Uvod u Odrzavanje i Testiranje Elektricne Opreme

SADRŽAJ 1 

Uvod u održavanje i testiranje električne opreme .......................................................................... 4  1.1 

Uvod ........................................................................................................................................ 4 

1.2 

Zašto održavati i testirati ......................................................................................................... 4 

1.3 

Pregled preventivnog održavanja i testiranja električne opreme ........................................... 4 

1.3.1  Ključni faktori u odlukama za optimiziranje preventivnog održavanja električne  opreme   ......................................................................................................................................... 6  1.3.2  Općeniti kriteriji za efikasan program preventivnog održavanja i testiranja električne  opreme   ......................................................................................................................................... 6  1.3.3 

Kvalifikacije osoba za preventivno električko održavanje ............................................... 7 

1.3.4 

Optimizacija intervala preventivnog održavanja ............................................................. 8 

1.3.5 

Kretanje rezultata testa ................................................................................................... 8 

1.3.6 

Pristup sistematske analize kvarova ................................................................................ 8 

1.3.7 

Testiranje nakon održavanja ........................................................................................... 9 

1.3.8 

Inženjerska potpora ......................................................................................................... 9 

1.3.9 

Sažetak ........................................................................................................................... 11 

1.4 

1.4.1 

Upravljanje održavanjem .............................................................................................. 11 

1.4.2 

Tehnički zahtjevi ............................................................................................................ 13 

1.4.3 

Što bi trebalo uključiti u EPM program ......................................................................... 15 

1.5 

PREGLED TESTIRANJA I TESTNIH METODA ............................................................................ 16 

1.5.1 

Vrste testova ................................................................................................................. 16 

1.5.2 

Vrste testnih metoda ..................................................................................................... 17 

1.6 

2 

PLANIRANJE EPM PROGRAMA .............................................................................................. 11 

Pregled dielektričke teorije i prakse ...................................................................................... 20 

1.6.1 

Karakteristike dielektrika (izolacije) .............................................................................. 22 

1.6.2 

Izolacija kao kondenzator .............................................................................................. 25 

1.6.3 

Ispitivanja istosmjernim naponom naspram izmjeničnim naponom ............................ 26 

1.6.4 

Načini kvara izolacije ..................................................................................................... 27 

TESTIRANJE ELEKTRIČNE OPREME ISTOSMJERNIM NAPONOM .................................................... 29  2.1 

Uvod ...................................................................................................................................... 29 

2.2 

Testiranje izolacije istosmjernim naponom .......................................................................... 30 

2.2.1 

Dielektrične pojave i polarizacija ................................................................................... 33 

2.2.2 

Prednosti i nedostatci ispitivanja s istosmjernim naponom ......................................... 34 

2.3 

DC ispitne metode ................................................................................................................. 35 

2.3.1 

Ispitivanje otpora izolacije ............................................................................................. 35 

2.3.2 

Kratkoročna očitavanja .................................................................................................. 35 

2.3.3 

Vremensko‐otporna mjerenja ....................................................................................... 36 

2.3.4 

Test indeksa polarizacije ................................................................................................ 37 

2.3.5 

Mjerenje razinama napona (istosmjerni napon) ........................................................... 37 

2.3.6 

Test naponom visokog potencijala ................................................................................ 37 

2.3.7 

Test dielektrične apsorpcije........................................................................................... 37 

2.4 

Transformatori ...................................................................................................................... 38 

2.4.1 

Mjerenje otpora izolacije .............................................................................................. 38 

2.4.2 

Ispitivanje apsorpcije dielektrika ................................................................................... 41 

2.4.3 

Prenaponsko istosmjerno ispitivanje (Hi‐Pot) ............................................................... 43 

2.5 

Kabeli i dodatna oprema ....................................................................................................... 46 

2.5.1 

Test mjerenja otpora izolacije ....................................................................................... 46 

2.5.2 

Test nadpotencijala istosmjernom strujom .................................................................. 50 

2.5.3 

Napon vs. test udarnim naponom ................................................................................. 52 

2.5.4 

Test propuštanja struje u odnosu na vrijeme ............................................................... 53 

2.5.5 

Go, No‐Go prenaponski test .......................................................................................... 54 

2.5.6 

Spajanje i procedure za DC prenaponski test ................................................................ 54 

2.6 

ELEKTRIČNE SKLOPKE I PREKIDAČI ........................................................................................ 57 

2.6.1 

Test mjerenja otpora izolacije ....................................................................................... 57 

2.6.2 

dc visoko naponski test ................................................................................................. 59 

2.6.3 

Test mjerenja otpora kontakata prekidača ................................................................... 59 

2.7 

Motori i generatori ................................................................................................................ 59 

2.7.1 

Procedura za testiranje polja namota ........................................................................... 61 

2.7.2 

Testiranje cjelokupnog  statora ( armaturnih namota) ................................................. 61 

2.7.3 

Cjelokupni sistematski test za motore i generatore ...................................................... 63 

2.7.4 

Istosmjerni prenaponski test ......................................................................................... 66 

2.7.5 

Test ‐ napon nasuprot struji propuštanja (korak‐napon test) ....................................... 67 

2.7.6 

Test ‐ propuštena struja naspram vremena .................................................................. 68 

2.8 

Odvodnici prenapona ............................................................................................................ 69 

2.9 

Kondenzatori ......................................................................................................................... 71 

2.9.1 

Testovi provjere stanja novih kondenzatorskih jedinica ............................................... 71 

2.9.2 

Testovi provjere stanja kondenzatorskih jedinica poslije puštanja u pogon ................ 72 

2.10 

OCJENJIVANJE REZULTATA TESTOVA .................................................................................... 73 

2.10.1  2.11   

 

Dozvoljeni kriteriji za ocjenjivanje izolacije ................................................................... 73 

Predostrožnosti kod testova istosmjerne struje ................................................................... 75 

1

UVOD U ODRŽAVANJE I TESTIRANJE ELEKTRIČNE OPREME

1.1 Uvod Trošenje električne opreme je normalna pojava koja počinje odmah po ugradnji. Ako se istrošenost ne provjerava može doći do kvarova ili nepravilnosti u radu. Također, moguće je da promjene tereta i alternacije električne mreže budu napravljene bez koordinacije sa postojećom mrežom, što može rezultirati pogrešnim odabirom opreme, pogrešnim podešavanjem zaštite, ili pogrešnim sklopnim jedinicama instaliranim u mrežu. Svrha preventivnog programa za održavanje i testiranje električne opreme (EPM) je da prepozna ove čimbenike i osigura načine za njihovo ispravljanje. S pomoću programa za održavanje i testiranje električne opreme, potencijalne opasnosti koje mogu izazvati kvarove opreme ili prekide u opskrbi, mogu biti otkrivene i ispravljene. Također, EPM program minimizira opasnosti po život i opremu koje mogu biti rezultat kvara opreme kad nije ispravno održavana. Ispravno održavana oprema smanjuje vrijeme prekida opskrbe minimiziranjem broja ozbiljnih kvarova. Da bi električna oprema ispravno radila potrebno je uspostaviti učinkovit program održavanja i testiranja. Ovaj program se može provesti uspostavljanjem odjela za održavanje ili ugovaranjem posla sa tvrtkom koja se time bavi. EPM program bi se trebao sastojati od rutinskih pregleda, testova, popravaka i servisa elemenata elektroenergetske mreže kao što su transformatori, kabeli, prekidači, sklopna postrojenja i sl. zajedno sa pripadajućom opremom kao što je ožičenje, zaštitni uređaji i releji, nadzorna i mjerna oprema i oprema koja ukazuje na kvar.

1.2 Zašto održavati i testirati Dobro organiziran i implementiran program minimizira broj nesreća i neplaniranih prekida opskrbe, i produžuje srednje vrijeme između kvarova električne opreme (MTBF). Koristi od EPM-a mogu podijeliti na direktne i indirektne. Direktne koristi proizlaze iz smanjenih troškova popravaka, smanjenog vremena ispada opreme i povećane sigurnosti osoblja i imovine. Indirektne koristi mogu biti povezane sa popravljenim moralom osoblja, većom stručnošću, povećanom produktivnosti i otkrivanjem nedostataka koje su od početka u sustavu ili koji su nastali naknadnim promjenama.

1.3 Pregled preventivnog održavanja i testiranja električne opreme Dobar dio osnove učinkovitog preventivnog održavanja električne opreme može se sažeti u četiri pravila: 

Održavati opremu suhom



Održavati opremu hladnom



Održavati opremu čistom



Održavati opremu dobro pričvršćenom

Većina električne opreme je podložna relativno malom broju mehanizama degradacije i svrha većine EPM aktivnosti je da ih spriječi, da ih uspori ili da smanji njihov utjecaj. Postoje četiri osnovna pristupa preventivnom održavanju električne opreme koja mogu biti sažeta u sljedećim poglavljima. Većina elektroprivreda, proizvođača opreme i vlasnika

postrojenja koristi kombinaciju tih pristupa. Odluka koji pristup koristiti uvelike ovisi o specifičnostima sustava i opreme, kao i o filozofiji menadžmenta.

“Rad do kvara” U ovom pristupu EPM se uopće ne izvršava. Istrošena oprema je popravljena ili zamijenjena samo kad posljedice istrošenosti postanu neprihvatljive (za većinu električne opreme to se podudara sa katastrofalnim kvarovima). Nema eksplicitnog pokušaja da se nadgledaju performanse ili da se spriječi kvar i prihvaćaju se rizici povezani s kvarom. Zbog općenito velike pouzdanosti električne opreme ugrađene u benignom okolišu, “rad do kvara” pristup uglavnom pruža zadovoljavajuću pouzdanost i raspoloživost u nekritičnim primjenama. Male tvrtke kojima fali osoblja koje je zaduženo za održavanje često koristi ovaj pristup, a i veće i iskusnije tvrtke u sektoru proizvodnje također često koriste ovaj pristup za opremu i sustave koji nisu ključni.

Provjera i servis samo kad je potrebno Ovaj pristup je napredak naprama pristupu “rad do kvara”, gdje osoblje u postrojenju ili osoblje zaduženo za održavanje pregledava električnu opremu na manje ili više redovitom rasporedu (često tijekom rutinskih “šetnji” postrojenjem). U ovom pristupu početni kvarovi su uglavnom ispravljeni prije nego postanu katastrofalni, naročito ako se posljedica kvara smatra neprihvatljivom, i najčešće postoji neformalno motrenje performansi da bi se predvidjeli budući kvarovi. Mnoga proizvodnja postrojenja koriste ovaj pristup i smatraju ga zadovoljavajućim.

Planirano preventivno održavanje U ovom pristupu EPM aktivnosti se vrše po fiksnim kalendarskim intervalima, satima u pogonu ili radnim ciklusima. I procedure i raspored su najčešće bazirani na preporukama proizvođača ili industrijskim standardima. Iako planirani EPM pristup osigurava periodičnu provjeru opreme, ne daje se prioritet sigurnosti ni produktivnosti, niti ne optimizira limitirane EPM resurse prema dotadašnjim iskustvima rada postrojenja. Planirani EPM pristup trenutno je nadmoćan pristup kod postrojenja gdje su produktivnost i sigurnost prioriteti.

Održavanje orijentirano na pouzdanost (RCM) RCM uključuje specificiranje i planiranje EPM aktivnosti prema statističkoj učestalosti kvara i/ili očekivanom životnom vijeku održavane opreme i njenoj kritičnosti i produktivnosti. RCM također uključuje stalno ažuriranje EPM procedura i rasporeda da bi reflektirali stvarno iskustvo u radu postrojenja. RCM je najisplativiji pristup jer povećava razinu sigurnosti u postrojenju, povećava pouzdanost i dostupnost dok istodobno smanjuje troškove održavanja tako da koncentrira ograničene resurse namijenjene za održavanje na opremu koja je najvažnija i/ili problematičnija, i smanjuje i eliminira nepotrebno održavanje opreme koja je od manje važnosti i/ili je dosta pouzdana. Sveobuhvatni RCM program također obuhvaća strukturirane propise za istragu temeljnog razloga kvara i ispravak problema i za nadgledanje performansi da bi se predvidjeli buduće kvarove. RCM je često

korišten u vojsci i sve se više prihvaća u nuklearnim elektranama i proizvodnim postrojenjima i njegove prednosti su sve više prepoznate.  

1.3.1 Ključni faktori u odlukama za optimiziranje preventivnog održavanja električne opreme Optimalni pristup za pojedino postrojenje, sustav i/ili dio opreme ovisi o različitim faktorima uključujući sljedeće: Utjecaj kvara opreme na sigurnost Utjecaj kvara opreme na produktivnost i profitabilnost (uključujući troškove ne proizvodnje kao i troškove popravka ili zamjene pokvarene opreme) Troškovi preventivnog održavanja (PM) Učestalost kvarova i/ili očekivan vijek opreme Mogućnost predviđanja kvara (ili preko ukupnog vremena rada ili ciklusa, ili preko zamjetnih znakova predstojećeg kvara) Vjerojatnost uzrokovanja oštećenja opreme ili problema u sustavu tijekom održavanja i testiranja Tehnička izučenost osoblja zaduženog za održavanje postrojenja Dostupnost informacija o pouzdanosti opreme radi podrška RCM-u  

1.3.2 Općeniti kriteriji za efikasan program preventivnog održavanja i testiranja električne opreme Učinkoviti programi za preventivno održavanje i testiranje električne opreme i podsustava bi trebali zadovoljavati dolje navedene kriterije: Prvo i najvažnije, strukturirani program za preventivno održavanje i testiranje bi trebao zapravo postojati. To znači da bi se EPM trebao izvršavati prema sljedećem: 

Pod propisanom kontrolom menadžmenta



U skladu sa definiranim praksama i rasporedima



Pod jasno dodijeljenim vodstvom

Naročito: Menadžment bi trebao dodijeliti visoki prioritet EPM-u. Nužna posljedica toga je da bi adekvatni resursi – osoblje, objekti, alat, oprema za testiranje, obučavanje, podršku u obučavanju, inženjerstvu i administraciji – trebali biti pridruženi EPM-u. Osobito je važna potpora osoblja koje je sudjelovalo u projektiranju i radu postrojenja.

EPM aktivnosti bi se trebale prioritizirati prema važnosti sustava i opreme, tako da je najviše resursa pridijeljeno opremi, podsustavima i sustavima koji su važni za sigurnost. EPM bi se trebao vršiti prema nedvosmislenim pisanim procedurama temeljenim na specifičnim karakteristikama opreme, uporabe i okoliša. EPM procedura i rasporedi bi trebali biti nadgledani i ponovno ispitivani da bi se osigurao ponovni pregled proceduralnih promjena i inkorporacija modifikacija u postrojenju. EPM bi trebao imati podršku da bi imao korist od iskustva prikupljenog u postrojenju i izvan njega (npr. Publikacije profesionalnih društvenih i industrijskih udruženja, i neformalna komunikacija sa drugim zainteresiranim organizacijama.) EPM program bi trebao inkorporirati učinkovitu podršku za istragu temeljnog razloga kvara, njegov ispravak i kontrolu ponavljanja. Informacijski sustavi bi trebali biti postavljeni da bi se evidentirali i ažurirali zapisi o održavanju, testiranju i radu postrojenja i da bi se omogućilo ujednačeno bilježenje testnih podataka kao podrška dvama prethodnima kriterijima. Samo prikladno obučeno osoblje bi smjelo vršiti EPM. (O potrebnim kvalifikacijama za PM osoblje će biti raspravljano u sljedećem poglavlju.) Menadžment bi morao stalno nadgledati i procjenjivati efikasnost EPM programa i raditi potrebne izmjene kao odgovor na identificirane probleme u rasporedu i na napredak u tehnologiji održavanja.

Kao što samo ime govori “rad do kvara” i “provjera i servis samo kad je potrebno” ne pružaju dovoljno strukturiranosti, usmjerenosti i nadgledanja da bi zadovoljili kriterije za pouzdan EPM pristup. Ovi pristupi nisu prihvatljivi za važnu opremu i sustave. Očiti minimum je planirani EPM.  

1.3.3 Kvalifikacije osoba za preventivno električko održavanje Minimalne prihvatljive kvalifikacije osoblja zaduženog za obavljanje preventivnog električkog održavanja ovise o okolnostima. Normalno je prihvatljivo za nespecijaliste (operatore) da obavljaju površne preglede i ostalo nezahtjevno preventivno električko održavanje dok su vođeni definiranim procedurama i prihvatljivim kriterijima. Iako, efektivne administrativne kontrole trebaju biti smještene tako da osiguraju da ključno preventivno održavanje na važnoj opremi i sistemima bude izvedeno samo ili barem pod neposrednom i aktivnom prismotrom ispravno obučenog i iskusnog tehničara za održavanje. Takve operacije tipično uključuju unutarnju inspekciju, testiranje, kalibraciju i revitalizaciju. Trening za ključno električko preventivno održavanje na važnoj opremi i sistemima uključuje barem  sljedeće:   



Osnove u elektroenergetici



Opće tehnike električkog održavanja



Metode i praksu električke sigurnosti



Dizajn i rad opreme i sistema koji se održavaju



Procedure održavanja i testiranja koje je moguće primijeniti na opremi i sistemima koji se održavaju i testiraju

 

Za ključne zadaće, iskustvo tehničara mora uključivati sličan posao na istoj ili sličnoj opremi, ako je moguće u istoj radnoj okolini, iako je i iskustvo dobiveno kod treninga pod direktnim nadzorom iskusnog instruktora prihvatljivo.

1.3.4 Optimizacija intervala preventivnog održavanja Iskustvo u raznim industrijama pokazuje da obavljanje preventivnog održavanja prema fiksnom rasporedu rijetko rezultira optimumom prema troškovima prevencije i korektivnog održavanja i sigurnosti i dobitaka od proizvodnje zbog pouzdanosti i korisnosti opreme. Ako postoje podaci o kvarovima i održavanju, razumno neposredna metoda može biti korištena za optimizaciju ciklusa preventivnog održavanja. Također, nekoliko industrijskih standarda, kao što je National Electrical Code (NEC) Standard 70B, National Electrical Testing Association (NETA) specifikacije održavanja i ostale preporuke proizvođača pružaju smjernice u učestalost održavanja električke opreme koja se može koristiti kako bi se ustanovio ciklus električkog preventivnog održavanja.

1.3.5 Kretanje rezultata testa Sistematsko kretanje rezultata testa električkog preventivnog održavanja ključan je element visokokvalitetnih programa električkog održavanja. To je istina zato što su amplitude (prolaz ili pad) mnogih izmjerenih parametara tijekom testa električkog preventivnog održavanja na opremi loši pokazatelji budućih kvarova, osim ako su daleko od normalnog raspona pa pokazuju predstojeći i vjerojatno nepovratan kvar. Primjeri uključuju otpor izolacije, struju istjecanja, kapacitivnost, faktor snage, faktor disipacije, temperaturu ležaja i vibraciju i temperaturu zavoja. Doduše padajući trend u ovim parametrima snažno indicira neminovnu nevolju, osobito ako trend ubrzava. Program koji prati zvuk može često upozoriti osoblje za održavanje i operacijsko osoblje elektrane na vrijeme kako bi primijetili degradaciju i spriječili kvara, ili u najmanju ruku minimizirali učinak kvara na sigurnost i produktivnost. Kako bi pružio značajnu informaciju, program trenda mora strukturiran tako da provjeri učinak vanjskih faktora koji utječu na rezultate mjerenja ali su nevažni za stvarno stanje opreme koja se nalazi izvan testiranog područja. Testne procedure trebaju odrediti oprez kako bi osigurale da vanjski uvjeti koji mogu utjecati na rezultate testa ostanu isti od testa do testa, ili da isprave rezultate kada je ovo nepraktično. (Npr., očitanja otpora izolacije uzeta kod varijabilne temperature su korigirana na opću baznu temperaturu). Tipični beznačajni vanjski uvjeti koji utječu na testne električke rezultate uključuju temperaturu, vlažnost i teret.

1.3.6 Pristup sistematske analize kvarova

Analiza kvarova i istraživanje uzorka mora biti sastavni dio bilo kojeg programa preventivnog električkog održavanja. Koraci koje treba poduzeti nakon kvara su razmatrani i opisani ispod. 1. Koristi analizu uzroka kvara kako bi odredio približni uzrok kvara. Približni uzrok je izražen u uvjetima komadić-dio-nivo uzroka kvara. (relej XX nije djelovao zbog korodiranih kontakata) 2. Usporedi približne uzroke s prijašnjim kvarovima ili uvjetima na istoj ili sličnoj opremi kako bi odredio da li problem ima sistematski uzrok kvara (npr. kemijski aktivni okoliš u primjeru navedenom iznad) 3. Ako se pokaže da nema sistematskih uzroka kvara, ispravi kvar, nastavi proizvodnju i nastavi izvoditi nadgledanje. Ako postoji vidljiv uzrok, započni strukturiranu istragu uzroka. 4. Ako je problem općenit, kontaktiraj ostale pogođene elektrane i proizvođače opreme kako bi odredio imaju li efektivne korektivne mjere. Ako postoje, prilagodi ove mjere za specifične prilike opreme u kvaru. Ako ne postoje nastavi na sljedeći korak. 5. Ako je problem specifičan za elektranu, ili ako je opći, ali ne postoji efektivno rješenje razvijeno drugdje, odredi da li je pripisiv jedinstvenom dizajnu sustava, aplikaciji ili okolišnom faktoru, ili operacijskom faktoru kao što je održavanje, testiranje i praksa upravljanja. 6. Ako se pokaže da je problem vezan uz dizajn sustava, opremu aplikacije, ili okolišu, odredi specifični manjak (preko specifičnih testova monitoringa performansi, monitoringa okoliša, itd.), i učini adekvatnu korekciju. 7. Ako je problem vezan uz krivo upravljanje, identificiraj i ispravi specifičnu proceduru koju uključuje. 8. Odredi da li je uzrok kvara izazvan manjkom u programu da li u proceduralnom pisanju , treningu, nadzoru, kompetentnosti ili izvorima, i učini primjerene korekcije. 9. Učini potrebna testiranje i nadgledanje nakon uklanjanja kvara kako bi zaključio problem i uvjerio se kako je otklonjen.

1.3.7 Testiranje nakon održavanja Testiranje nakon održavanja pruža najbolje jamstvo da je održavanje provedeno uspješno i da si sistem ili komponente vraćene u funkcionalno stanje. Testiranje nakon održavanja vrlo istaknut u bolju funkcionalnost elektrane. U ovim organizacijama, testiranja nakon održavanja se izvode slijedeći bilo koji postupak koji potencijalno može djelovati na rad komponente, podsistema ili sistema i opseg testiranja je dovoljno širok kako bi potvrdio sve potencijalno zahvaćene funkcije. Prateći sistemi, podsistemi ili komponente su testirani zajedno s sistemom, podsistemom ili komponentom koja započinje proces ako inženjerova analiza pokaže da je održavanje značajno djelovalo na te povezane dijelove.

1.3.8 Inženjerska potpora Inženjerska potpora je namijenjena kako bi osigurala da program preventivnog održavanja pravilno adresira inženjering i logističke aspekte održavanja. U pogledu ovih grubih ciljeva,

inženjerska potpora održavanja obuhvaća mnogo inženjerskih i menadžerskih aktivnosti koje se događaju u elektrani. Ovo uključuje barem sljedeće funkcije:  



Inženjering održavanja



Inženjering sistema



Inženjering dizajna



Trening



Menadžment rezervnih dijelova i materijala



Osiguranje kvalitete



Kontrolu kvalitete

 

Postoje, naravno, mnoga druga područja održavanja uključena u inženjersku potpornu grupu. Namjera je ovdje pokazati područja koja odudaraju kod boljeg rada elektrane i nastoje biti nerazvijena ili nedostaju u drugim organizacijama. Inženjering održavanja je inženjerska potporna aktivnost najviše direktno uključena preventivnom održavanju. Ova funkcija je predstavljena u svim elektranama s visokim performansama, iako njezino ime i mjesto gdje se uklapa u organizaciju varira široko od elektrane do elektrane. Njezina namjena je optimizacija programa održavanja preko planiranja, odziva, kontinuirane procjene, i periodičnih aktualiziranja smjerova i procedura. Funkcija grupe inženjerskog održavanja tipično uključuje:  



Razvoj i kontrolu procedure održavanja



Periodične ocjene i aktualiziranje prakse i procedure



Zapisivanje podataka o održavanju



In service inspection and testing (ISI/IST) razvoj programa



Pružanje smjernica za trening osoblja i trening održavanja



Skupljanje i izrada trenda kvara opreme, pouzdanosti, dostupnosti i podataka održavanja



Praćenje i izrada trenda omjera korektivnog i preventivnog održavanja



Analiza uzroka kvara



Praćenje, izrada trenda i analiza



Identificiranje i monitoring performansa opreme, parametara, posebno preteča kvarova vezanih s održavanjem



Identificiranje i monitoring indikatora performansi održavanja

1.3.9 Sažetak Prethodno je bio kratak pogled na mogućnosti programa preventivnog električkog održavanja. Postoji mnogo načina kako postići napredak u organizaciji, ali otpor promjenama je vjerojatno glavni uzrok nemogućnosti poboljšanja u elektrani koja ima sjajnu organizaciju održavanja, vrhovni menadžment je nadišao otpor prema direktnom, dugoročnom uključenju u ustanovljenje i implementirane politike koje vode do usavršenog održavanja. Rezultat je značajno poboljšanje u pouzdanosti, dostupnosti i toplinskoj efikasnosti. Indirektni rezultat je bio u većoj sigurnosti i većim profitima. Ove promjene u tim organizacijama nisu bile lake, a zahtijevale su vrijeme i posvećenost implementaciji. Učinkoviti menadžment je ključ učinkovite organizacije održavanja, a ne broj programa koje menadžment ima.  

1.4

Planiranje EPM programa

  Postoje menadžerski, ekonomski te tehnički aspekti (opisano u poglavlju 1.3.), uz ostale zahtjeve, koji se moraju uzeti u razmatranje prilikom razvijanja kvalitetnog programa održavanja. Razmotrimo te aspekte kroz proces razvijanja efikasnog i transparentnog programa održavanja. Glavni dio programa održavanja sastoji se od upravljanja održavanjem, tehničkih zahtjeva te predmeta vezanih za EPM program.  

1.4.1 Upravljanje održavanjem Dizajn bilo kojeg programa održavanja mora biti potpuno usuglašen s ciljevima menadžmenta elektrane. Održavanje je poput police osiguranja: nema direktne otplate, no ipak je trošak koji se zbraja u ukupni trošak konačnog proizvoda. Ipak, može se reći da su prisutne otplate poput onih navedenih u odjeljku 1.2. Generalno gledajući, menadžment odbija investirati u program održavanja iako su svjesni važnosti dobrog programa održavanja. Imajući to na umu, ostaje na osoblju elektrane da pokaže menadžmentu koliko je dobar program održavanja isplativ i opravdan. Planiranje EPM programa trebalo bi uključivati prednosti dobro isplaniranog održavanja te pregled troškova zbog neispravne opreme nasuprot troškova preventivnog održavanja za što se sredstva uzimaju iz budžeta. Svaki program održavanja trebao bi biti optimalan razmatrajući minimizaciju troškova i ispravnost opreme. Plan programa također mora uključivati točke vezane za test opremu, potreban alat, osposobljeno osoblje te za vrijeme potrebno kako bi se inspekcije, testovi i održavanje izvršilo. Uz to, plan mora sadržavati i dio vezan za sustave nadziranja održavanja bili oni automatizirani ili ne. Moraju se poduzeti sljedeći koraci kako bi se uspostavilo preventivno održavanje električne opreme i testiranje: 

Odrediti faktore koji će činiti temelje programa održavanja (npr. potreba za kontinuiranom proizvodnjom, politika raspolaganja budžetom za planiranje održavanja)



Nadgledanje i strukturiranje podataka vezanih za neispravnost opreme te troškova slabije proizvodnje. Napraviti analizu troškova koja pokazuje prednosti planiranog održavanja.



Uspostaviti prioritete održavanja električne opreme. Ova se točka sastoji od proizvodnog slijeda, određivanja najvažnije i najmanje važne opreme, određivanja pouzdanosti opreme itd.



Određivanje najboljih tehnika održavanja. Ovo uključuje odabir najboljih metoda održavanja te osoblja za različite tipove opreme i sustave



Raspored i implementacija programa. Cilj ove točke je nadgledanje prednosti i troškova programa te analiza funkcija programa u svrhu njegova poboljšanja

Nakon uspostave programa bitno je da se on sastoji od elemenata poput odgovornosti, inspekcije, vođenja rasporeda itd. 1.4.1.1 Odgovornost 

Odgovornost službe za održavanje trebala bi biti jasno definirana transparentnim organizacijskim grafikonima s jasnim zadaćama svake podjedinice za održavanje. Za jasno definirane zadaće mora se pobrinuti vodstvo. Svi odjeli kompanije moraju biti obaviješteni o zadaćama službe za održavanje. Efektivnost službe za održavanje uvelike ovisi o tome koliko je služba dobro organizirana i koliko su njezini članovi međusobno sinkronizirani. 1.4.1.2  Inspekcija  

Inspekcija je ključna za uspjeh bilo kojeg programa održavanja. Potrebno je odvojiti dovoljno vremena za inspekciju kako bi se kvalitetno utvrdili uvjeti za novu opremu. Cilj inspekcije je da upozori na nepravilnosti opreme. Kada je inspekcija redovita moguće je brže djelovati u slučaju nepravilnosti opreme te time umanjiti, u protivnom, vrlo visoke troškove. 1.4.1.3  Raspored 

Kako bi se kvalitetno provodilo održavanje, mora se napraviti jasan i strog raspored zadaća pojedinih članova. Raspored održavanja mora se bazirati na minimalnom vremena pojedinih segmenata održavanja. Raspored za inspekciju, rutinsko održavanje i ostale zadaće mogu dosta varirati za različite vrste opreme i ovisi o mnogo faktora. Ti su faktori, primjerice, starost opreme, učestalost popravaka, vrijeme u pogonu, uvjeti okoline, šteta načinjena lošim rukovanjem te sigurnosni uvjeti. Na temelju tih faktora izrađuje se raspored koji daje optimalnu ravnotežu između troškova održavanja i troškova zamjene opreme. 1.4.1.4  Poslovne naredbe 

Poslovne naredbe postoje za sve službe inspekcije te za službe za rad na opremi. One služe kako bi se točno znalo kada treba djelovati i na kojem djelu opreme treba djelovati. One se najčešće izdaju automatiziranim računalnim putem. 1.4.1.5 Praćenje i zapis podataka 

Uspjeh programa održavanja uvelike ovisi o interesu gornjeg menadžmenta i osoblja za taj program. Za efikasan program neminovno je da postoji kontinuiran proces praćenja i zapisivanja podataka vezanih uz rad opreme i održavanja te opreme. Ti podaci moraju biti dostupni u svako doba kao bi se eventualni problem lakše riješio i samim time minimizirali troškovi održavanja. Ti se podaci također mogu koristiti za praćenje pouzdanosti i kvalitete opreme kroz više mjeseci ili godina. Ukoliko se praćenje i zapis podataka ne radi kontinuirano i odgovorno gubi se smisao planiranog programa održavanja.

  

1.4.2 Tehnički zahtjevi Tehnički zahtjevi mogu se svesti na: 

Ispitivanje opreme u elektrani



Hijerarhija opreme po važnosti



Plan ostvarivanja EPM-a



Razvoj procedure za EPM program

1.4.2.1  Ispitivanje opreme u elektrani 

Jedan od preduvjeta za efikasni EPM program jest točnost podataka o opremi u elektrani. To najčešće uključuje dijagrame, studije o ponašanju opreme u uvjetima kratkog spoja, sheme ožičenja i ostale podatke koji se mogu uzeti kao referentne točke za buduća testiranja i procese održavanja. Smisao dijagrama jest da služe kao službeni zapis o opremi električne instalacije u elektrani. Državno udruženje proizvođača električne opreme u SAD-u definiralo je standarde za simbole dijagrama, oznake opreme i simbole električnih pojava. Dijagrami i crteži koji su u čestoj upotrebi su: 

Dijagram procesa: dijagram međuodnosa pojedinih podsistema



Blok dijagram: grupa međusobno povezanih blokova gdje svaki blok označava jedan podsustav



Jednolinijski dijagram: dijagram na kojem je jednom linijom prikazan tok snage ili električni krugovi. U ovom tipu prikaza fizičke zakonitosti su zanemarene



Shematski (osnovni) dijagram: prikazuje sve električne krugove i pojedine elemente u krugu. U ovom prikazu naglasak je na dijelovima kruga i njihovom značaju za taj krug



Dijagram kontrolnog niza: prikazuje pozicije kontakata i spojišta



Dijagram kontakata: locira i identificira električnu opremu, terminale, kablove. Prikazuje interkonekciju kablovima pomoću linija



Interkonekcijski dijagram: prikazuje samo vanjske spojeve kablovima



Dijagram rasporeda u električnom krugu: prikazuje fizički raspored opreme u električnom krugu



Studija o koordinaciji opreme prilikom kratkog spoja: podaci o električnoj snazi, dijagrami i crteži potrebni su tijekom održavanja i testiranja električne opreme. To može uključivati informacije i podatke vezane za releje i zaštitne uređaje. Takvi se podaci najčešće dobiju prilikom studije o ponašanju tijekom kratkog spoja. Ta se studija provodi u fazi izgradnje elektrane. Bilo bi mnogo poželjnije da se ta studija provodi u fazi dizajniranja elektrane pa da se tijekom izgradnje samo potvrde već načinjene teze i pretpostavke. Ova bi se studija tijekom izgradnje elektrane trebala

uzimati kao referentna točka te bi se sve eventualne izmjene vezane za tu studije trebale ukomponirati u nju za buduće reference. 

Dijagrami sustava: ovi se dijagrami najčešće koriste za velike sustave te se sastoje od:  Sustav kontrole i monitoringa  Sustav osvjetljenja  Ventilacijski sustav  Sustav rashlađivanja i zagrijavanja  Sustavi za hitne slučajeve  Ostali sustavi

Dijagrami sustava mogu imati točke dodirnice, poput dijagrama električne opreme, sigurnosnih dijagrama, dijagrama za hitne slučajeve, hidrauličkih, pneumatskih i/ili mehaničkih sustava. Upravo je zbog toga bitno poznavati prirodu tih sustava i njihovo međudjelovanje. 1.4.2.2 Hijerarhija opreme po važnosti 

Pad električnog sustava smatra se velikom problemom i prijetnjom za ljude i imovinu. Teško je napraviti kvalitetan pregled opreme po važnosti zbog varijacije važnosti pojedinih dijelova opreme u pojedinim elektranama. Zbog toga, stvaraju se timovi ljudi koji su zaduženi za rangiranje opreme po važnosti. Svi najvažniji elementi moraju biti označeni na shemama. Služba za održavanje mora biti u stanju prepoznati i shvatiti svaki sustav, opremu i njihovu funkciju te kako bi pojedini elementi mogli utjecati na druge elemente u sustavu.   1.4.2.3 Plan ostvarivanja EPM­a  

Nekoliko je bitnih faktora kada se govori o frekventnosti održavanja opreme: 

Uvjeti okoline



Uvjeti opterećenja



Zahtjevi u mreži



Stanje opreme

Smisao rasporeda održavanja je da se utvrdi stanje opreme i količina rada za održavanje te opreme. U pravilu proizvođači opreme navedu koliko je često potrebno vršiti održavanje i inspekciju opreme. Ti se intervali dobivaju uzimajući u obzir standardne radne uvjete i uvjete okoline. Ukoliko se ti uvjeti promijene tada se i frekventnost održavanja mijenja. Kada se uspostavi određena frekvencija održavanja opreme poželjno je da se ta frekvencija ne mijenja prečesto. Ukoliko se događaju nepredviđeni kvarovi frekvenciju održavanja moguće je povećati za 50 %. Također, ukoliko nije potrebno održavanje za neku opremu dulje vrijeme, moguće je smanjiti frekvenciju za 50 %. Generalno gledajući, frekvencija održavanja varira od 6 mjeseci do 3 godine.

  1.4.2.4 Izrada uputa i procedura za EPM program Završna tehnička funkcija u izradi i razvoju EPM programa uključuje uspostavu uputa, procedura i metoda za osiguranje rada opreme i komponenata sustava bez kvara. Služba za održavanje bi trebala imati potpuno razvijene procedure i upute za servisiranje opreme i komponenti. Dodatno, služba za održavanje bi trebala razviti procedure za isključenje, zaštitu, preklapanje, alarme i metode snimanja podataka i javljanje neobičnih stanja odgovarajućem tijelu. Snimljeni podaci za održavanje bi se trebali dalje koristiti za procjenu rezultata i kao indikator mogućih modifikacija u programu održavanja. Drugim riječima, snimljene informacije bi se trebale koristiti kao povijesni podaci te kao povratna informacija programu održavanja.

1.4.3 Što bi trebalo uključiti u EPM program  

Preventivno održavanje sustava i testni program bi trebali sadržavati sljedeće aktivnosti: - preventivno održavanje sustava i testiranje - popravci sustava - analiza kvarova - trend održavanja i testnih podataka

Da bi se postiglo efikasan i učinkovit rad, nužno je provesti ove četiri aktivnosti.   1.4.3.1 Preventivno održavanje sustava i testiranje 

Ova aktivnost obuhvaća nadzor, čišćenje i podešavanje te testiranje opreme da bi se osigurao rad bez neprilika do sljedećeg planiranog održavanja. Preventivno održavanje i testiranje također omogućuju predviđanje dolazećeg kvara određenog dijela pa se može planirati njegova zamjena bez katastrofalnih posljedica. Informacija o testiranju se može dobiti iz nekoliko različitih standarda kao što su Insulated Cable Engineering Association (ICEA), National Fire Protection Association (NFPA), Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), American National Standard Institute (ANSI), National Electrical Manufacturer's Association (NEMA), National Electrical Testing Association (NETA), Insurance Company Manuals (ICM), National Electrical Code (NEC), Standard 70B i drugi, ovisno o opremi koja se testira.   1.4.3.2 Električni popravci   

Popravak električne opreme i pripadajućih strojeva vezanih uz proizvodnju elektrane je osnovni zahtjev dobrog programa održavanja. Održavanje bi se trebalo provesti ekonomski

i efikasno. Osnovni cilj održavanja bi trebao biti izbjegavanje neočekivanih havarija opreme. Nadalje, kada se havarija desi, rezervni dijelovi bi trebali biti pri ruci da bi se mogli napraviti potrebni popravci. Osoblje zaduženo za održavanje bi trebalo biti adekvatno obučeno za obavljane popravaka hitno i pravilno da bi se minimiziralo vrijeme ispada.   1.4.3.3 Analiza kvarova 

Kvar električne opreme bi se trebao analizirati (vidi odjeljak 1.3.6) zbog otkrivanja razloga ispada. Osim ako kvar nije očit, upitna je kvaliteta opreme. Pouzdanost se može ugraditi u opremu, no zahtijeva održavanje da bi se očuvala. Sklonost ignoriranju održavanja i testiranja prevladava pred redovitim planiranim održavanjem i testiranjem jer se redovito održavanje smatra nepotrebno i preskupo. Stoga, najbolje dizajnirana i izrađena oprema se može pokvariti zbog nemarnosti. Uzrok svakog kvara bi se morao analizirati da bi se mogle provesti korektivne mjere za izbjegavanje sličnih zastoja.   1.4.3.4 Trend održavanja i testnih podataka 

Sustavni trend održavanja i testnih podataka (vidi odjeljak 1.3.5) može upozoriti osoblje održavanja o propadanju opreme. To omogućuje osoblju za održavanje bolji nadzor takve opreme ili omogućuje poduzimanje korektivnih mjera za sprečavanje katastrofalnih kvarova.  

1.5 PREGLED TESTIRANJA I TESTNIH METODA Testiranje električne opreme se obično provodi na terenu nakon što se oprema instalira. Proizvođač obavlja električna testiranja na opremi prije nego oprema izađe iz tvornice; ti testovi, znani kao tvornički testovi, premašuju opseg ovog teksta pa se neće dalje razmatrati. Testovi na terenu se provode iz razloga da se vili dali je novo instalirana oprema oštećena, da bi se pokazalo treba li poduzeti kakvo korektivno održavanje ili zamjena postojeće opreme, da bi se pokazalo dali oprema može nastaviti sa obavljanjem svoje funkcije sigurno i adekvatno, da bi se zabilježilo propadanje opreme kroz njen životni vijek, te da se provjeri nova oprema prije puštanja u pogon. U smislu tih ciljeva, električno testiranje opreme se može podijeliti na sljedeće: 

vrste testova



vrste testnih metoda

 

1.5.1 Vrste testova  

Vrste testova su prijamna provjera, rutinski testovi održavanja, te specijalni testovi održavanja koji se provode za specijalne svrhe.  

1.5.1.1 Prijamna provjera 

Ova testiranja su znana kao startni testovi i provode se na novi opremi, obično nakon instalacije i prije puštanja u pogon. Testovi koji se provode unutar godine dana, to je prije nego garancijski rok ističe, su navedeni kao ispitni testovi. Testovi ove vrste se rade na naponu 80 posto od završnog tvorničkog testnog napona. Oni se provode da bi se odredilo sljedeće:  

Da li je oprema u suglasnosti sa specifikacijama Da bi se odredilo mjerilo za buduće testove Da bi se utvrdilo da je oprema instalirana bez oštećenja Da bi se potvrdilo da oprema zadovoljava svoju svrhu i ograničenja   1.5.1.2 Rutinski testovi održavanja 

Ovi testovi se provode po redovitim intervalima kroz životni vijek opreme. Izvode se istovremeno sa preventivnim održavanjem i na naponu 60 posto od završnog tvorničkog testnog napona. Tijekom rutinskih testova održavanja, vrlo je korisno snimiti informacije o opremi na početku i snimiti stanje opreme u kojem se oprema ostavlja. Stoga, ti testovi se mogu dalje podijeliti na sljedeće: Testovi u kojima se oprema nalazi pri dolasku: ovi testovi se izvode na opremi na prijemu ili nakon što je oprema isključena zbog održavanja, ali prije nego se izvode bilo kakvi poslovi održavanja Testovi u kojima se oprema nalazi pri odlasku: ovi testovi se izvode nakon održavanja i prije puštanja u pogon. Ti testovi mogu pokazati stupanj poboljšanja opreme te služiti kao mjera za buduće testove.   1.5.1.3 Specijalni testovi održavanja 

Ovi testovi se provode na opremi za koju se zna da je neispravna ili je bila izložena nepovoljnim uvjetima koji mogu utjecati na njene radne karakteristike. Primjer može biti prekid kvara osiguračem, koji zahtjeva pregled, održavanje i testiranja prije nego se vraća radu.  

1.5.2 Vrste testnih metoda   Testiranje električne opreme obuhvaća provjeru izolacije, električna svojstva i druge faktore  koji  su  povezani  sa  sveukupnim  radom  električnog  sustava.  Stoga,  testiranje  električne  opreme  se  može podijeliti na sljedeće tipove:   

-

testiranje krute izolacije

-

testiranje izolacijske tekućine

-

testiranje zaštitnih naprava

-

analiza vremena isključenja osigurača

-

testiranje uzemljivačke elektrode

-

testiranje analize plina pri kvaru

-

testiranje infracrvenog nadzora

  1.5.2.1 Testiranje krute izolacije 

Izolacija može biti kruti, tekući ili plinoviti dielektrični materijali koji sprečavaju tok električne struje između točaka različitog potencijala. Testiranje izolacije se provodi da bi se odredio integritet izolacijskog medija. To se obično izvodi tako da se visoki napon priključi na testni primjerak te se određuje struja koja teče u tim testnim uvjetima. Pretjerana struja može pokazati dotrajalo stanje ili dolazeći kvar izolacije. Izolacijski testovi se mogu provesti ili istosmjernim naponom ili izmjeničnim. Testiranje krute izolacije tim naponima može se kategorizirati kao nedestruktivno, odnosno destruktivno testiranje. Destruktivni testovi mogu uzrokovati kvar ili učiniti je nepogodnom za daljnju upotrebu. Nedestruktivni testovi se provode na nižim naponima i testirana oprema se rijetko oštećuje. Testiranje visokim izmjeničnim naponom je primarno 'ispravno' ili 'neispravno'. Napon se podiže na određeni nivo. Ako oprema zakaže ili ako proteče značajna struja, testirana oprema nije pogodna za rad. Ako oprema ne zakaže, prošla je testiranje. Ovaj test može utvrditi jedino dali je oprema dobra ili loša. Ne može pokazati s kojom sigurnosnom granicom je oprema prošla testiranje. Ipak, postoje nedestruktivni testovi koji se mogu provesti izmjeničnim naponom, kao što su faktor snage, faktor disipacije, kapacitivnost i dr., o kojima je više riječ u trećem poglavlju. Testiranja visokim istosmjernim naponom mogu pokazati više od 'ispravno' ili 'neispravno'. Mogu pokazati da je stanje opreme trenutno zadovoljavajuće no može doći do kvara u budućnosti. Testiranje istosmjernim naponom se provodi za dobivanje informacija za periodične usporedbene analize. Sa testiranjem istosmjernim naponom, struja propuštanja se mjeri tokom testa i uspoređuje se sa strujom propuštanja prethodnih testova. Ipak, visokonaponski istosmjerni test se smatra destruktivnim ako se ispitni napon ne primjenjuje u prije određenim naponskim koracima. Visokonaponski istosmjerni testovi se mogu provoditi na nižim naponima i to su nedestruktivni testovi, kao što su otpor izolacije, nivo dielektrične apsorpcije, te polarizacijski indeks. Detaljnije razlaganje o ovim testovima nalazi se u drugom poglavlju.  

 

 

1.5.2.2 Testiranje izolacijskih tekućina  

Izolacijske tekućine koje se koriste u transformatorima i drugim električnim elementima su izložene zagađenju i pogoršanju svojstava tijekom vremena. Ti zagađivači imaju štetan utjecaj na izolacijska svojstva tekućine kao i na izolaciju sustava transformatorskih namota. Općenito, elementi koji izazivaju onečišćenja izolacijske tekućine su vlaga, toplina, kisik i ostali katalizatori koji rezultiraju kemijskom reakcijom koja proizvodi kiselinu i mulj koji napadaju izolacijsku tekućinu. Glavne izolacijske tekućine koje se danas koriste za

transformatore su ulje, silikon i RTemp. Korištenje askarela, koji je prije korišten u transformatorima, je zabranjeno regulativama zbog velike toksičnosti, iako i danas postoje transformatori s askarelom kao izolacijom. Predložena su testiranja koja nadgledaju stanje ovih izolacijskih tekućina. Periodično bi trebalo uzimati uzorke iz transformatora kako bi se proveli različiti testovi u skladu s ASTM metodama, o kojima je raspravljano u poglavlju 4.   1.5.2.3 Testiranje uređaja za zaštitu 

Testiranje zaštitnih uređaja uključuje testiranje i održavanje zaštitnih releja, prekidač niskonaponske snage te slične opreme kao što su mjerni transformatori i ožičenje. Razlog testiranja i održavanja zaštitnih releja i uređaja je da bi se osigurala njihova primarna funkcija pri stvarnim uvjetima rada. Testiranja na zaštitni relejima i uređajima te prekidačima se može svrstati u rutinske provjere. O ovim testovima će se detaljnije raspravljati u sljedećim poglavljima o zaštitnim uređajima, relejima, prekidačima.   1.5.2.4 Analiza vremena reagiranja prekidača 

Ovaj analiza se provodi kako bi se utvrdilo da li operativni mehanizam prekidača radi ispravno. Ovaj test se obično provodi na srednje i visokonaponskom prekidaču te prikazuje poziciju kontakta prekidača u odnosu na vrijeme. Pomoću ovog odnosa zatim određujemo brzinu rada prekidača, otvaranje, zatvaranje i odskočni kontakt te interval zatvaranja i okidanja prekidača. Pomoću vremena reagiranja prekidača možemo odrediti stanje mehaničkih dijelova prekidača, kao što je mehanizam zatvaranja, opruge i amortizeri. Ovo područje je detaljnije opisano u poglavlju 7.   1.5.2.5 Ispitivanje otpora uzemljenja elektroda   

Integritet sustava uzemljenja je vrlo važan u električnom sustavu zbog slijedećih razloga: -održavanje referentne točke potencijala (zemlje) za opremu i osobnu sigurnost, -osigurati električno pražnjenje valova za vrijeme udara groma -spriječiti pretjerane visoke napone zbog induciranih napona u električnom sustavu.

Kako bi se osigurala učinkovitost nultog potencijala potrebna su periodična testiranja uzemljenja elektroda i sustava uzemljenja. Uzemljenje električnog sustava te mjerenje otpora uzemljenja je detaljnije obrađeno u poglavlju 10.   1.5.2.6 Testiranje na „plinove greške“ 

Testiranje na „plinove greške“ obuhvaća analizu otopljenog plina i test zapaljivog plina. Analiza otopljenog plina daje informacije o pojedinim zapaljivim plinovima koji su otopljeni u izolacijskom ulju. Analiza zapaljivog plina daje informaciju o početnim greškama u transformatoru ispunjenom uljem tako što mjeri ukupnu količinu zapaljivih plinova koji se

nalaze u „dušikovoj kapi“ transformatora. Zbog pretjerane topline prilikom opterećenja transformatora ili iskrenja unutar transformatorskog izolacijskog ulja, dio ulja u transformatoru se razgradi te proizvede zapaljive plinove, koji se zatim otope u ulju te s vremenom oslobode kada se pomiješaju s dušikom. Metode otopljenog i zapaljivog plina su detaljnije obrađene u četvrtom poglavlju.   1.5.2.7 Metoda infracrvenog testiranja 

Postoje mnogi uređaji koji pomoću infracrvene tehnologije provjeravaju žarišna mjesta u prekidačima i ostalim elementima pod naponom u energetskom sustavu. Oni su vrlo korisni kod rutinskih održavanja i traženja loših veza i spojeva te preopterećenja terminala i linija. Metoda infracrvenog testiranja je detaljnije obrađena u kasnijim poglavljima o testiranju i održavanju nisko i visokonaponskih prekidača.      

1.6 Pregled dielektričke teorije i prakse Svi električni sklopovi koriste izolaciju za koju se pretpostavlja da ne vodi struju te da struja teče unutar sklopa; zbog toga izolacija treba imati slijedeća svojstva: 1.veliki otpor protoku električne struje, 2. veliku snagu kako bi izdržala električni udar, 3. odlična svojstva provođenja topline. Postoje tri osnovna električna kruga: 1. strujni krug, 2. dielektrični krug, 3. magnetski krug. Ova tri kruga su analogna u mnogim aspektima te se vode po istom zakonu, Ohmovom zakonu. Na primjer, svaki od ova tri zakona se može zapisati kao:

strujni krug je

I = E/R

dielektrični krug Ψ = E/S magnetski krug

Φ = F/Я

gdje je: E elektromotorna sila, F magnetomotorna sila, R električni otpor, S dielektrični otpor, Я magnetski otpor, I struja u električnom krugu,

Ψ električni tok u dielektričnom krugu, Φ magnetski tok u magnetskom krugu. Prema tome, formule za strujni, dielektrični i magnetski otpor su također slične:

S = (1/e)(L/A) Я = (1/µ)(L/A) R = ρ (L/A)

gdje je: ρ otpornost, e dielektrična konstanta, µ relativna permabilnost.

Iako se ti sklopovi podudaraju jedan s drugim, oni se u praksi razlikuju. Kod strujnog (električnog) kruga struje putuje samo unutar vodiča dok kod dielektričnog i magnetskog kruga put je kratak, nepravilan i postoji velik udio istjecanja toka, obično u zrak. U praksi je mnogo teže točno proračunati dielektrični i magnetski krug nego je slučaj kod električnog. Nadalje, struju u električnom krugu se može vrlo jednostavno izmjeriti različitim metodama, dok to nije slučaj s mjerenjem u dielektričnom i magnetskom krugu. Dielektrični krug se još razlikuje od električnog i magnetskog u dizajnu, predvidivosti i pouzdanosti. Dielektrični krug uključuje nekoliko uvjeta i parametara koji se moraju razumjeti kako bi se procijenile karakteristike i učinak dielektričnog kruga. Ti parametri su:

a. Dielektrik. Dielektrik je pojam kojim se identificira medij, kao što je izolacija u kojoj se može proizvesti i održavati električno polje. Energija koja je potrebna kako bi se dielektrik nabio je djelomično ili u cijelosti povratna kada se naboj otkloni.

b. Dielektrična konstanta. Dielektrična konstanta je poznata kao specifična kapacitivnost ili permitivnost. Dielektrična konstanta medija i materijala je definirana kao omjer kapacitivnosti određene konfiguracije elektroda s dielektrikom kao medijom i kapacitivnosti iste konfiguracije s vakuumom ili zrakom kao dielektrikom.

c. Dielektrična apsorpcija. Dielektrična apsorpcija je fenomen koji se javlja u dielektricima pri čemu se odvaja pozitivni i negativni naboj na odgovarajuće polove

kada se istosmjerna struja primjeni na dielektrik. Ovaj fenomen ovisi o vremenu te se obično manifestira kao postupno vremenski smanjujuća struja nakon uporabe napona.

d. Dielektrični gubitak. Dielektrični gubitak je vrijeme u kojem se električna energija pretvori u toplinu unutar dielektrika kada se on podvrgne električnom polju. Dielektrični gubitak je povezan s stvarnim gubicima komponenata (u vatima) unutar dielektrika.

e. Dielektrični faktor snage. Dielektrični faktor snage materijala je omjer snage rasipanja u materijalu u vatima (gubici u vatima) i umnoška efektivnog napona i struje kada se mjeri sa sinusoidalnim (ac) naponom. Numerički se izražava kao kosinus dielektričnog kuta faze tj. kosinus θ.

f. Dielektrični faktor rasipanja. Dielektrični faktor rasipanja je tangens kuta gubitaka (90 - θ). Poznat je pod nazivom tangens delta, tg δ.

g. Dielektrički faktor gubitaka ili dielektrički indeks gubitaka. Dielektrični faktor gubitaka nekog materijala je umnožak dielektrične konstante i njenog faktora rasipanja.

h. Dielektrična snaga. Dielektrična snaga materijala je potencijalni gradijent (napon) pri kojem dolazi do električnog kvara, a funkcija je debljine materijala i njegovih električnih svojstava.

i. Gradijent napona. Gradijent napona je definiran kao električni intenzitet u točki u električnom polju, tj. sila na jedinicu naboja u točki. Numerički je jednaka gustoći električnog toka podijeljenog dielektričnom konstantom.    

1.6.1 Karakteristike dielektrika (izolacije) Dielektrik (izolacija) za električnu opremu i aparate se koristi za različite primjene. Izražena je za širok raspon okolišnih uvjeta, kao što su temperatura, vlaga, kemijska i druga zagađenja i izloženost vremenskim prilikama. Jedan od važnih faktora koji utječe na životni vijek izolacije je toplinska degradacija iako i vlaga, zagađenost, naponski udar, te drugi faktori utječu na njegovo propadanje. Životni vijek izolacije ovisi o stupnju kojim je izolacija opterećena, tipu servisiranja kojem se podvrgava, brizi koja se pruža prilikom instaliranja i rada te mehaničkim vibracijama i sili koja na njega utječe.

Svojstva izolacijskih materijala koja su potrebna i poželjna su otpornost na površinsko propuštanje, otpornost na vlagu, kemikalije, ulja i ostale zagađivače te dobra mehanička svojstva. Važna električna svojstva izolatora su volumna otpornost, faktor snage, faktor rasipanja, kapacitivnost, dielektrična konstanta i dielektrična snaga. Ova svojstva, osim dielektrične snage se mogu ocijeniti ispitivanjima bez uništavanja.  

Ta ispitivanja su: 1. ac dielektrični gubitci 2. faktor snage ili faktor rasipanja (tg δ) 3. kapacitivnost 4. ac otpornost 5. napon radijskih smetnji 6. dc otpor izolatora 7. dc dielektrična apsorpcija   1.6.1.1 Dielektrični gubici 

Budući da ne postoji savršena izolacija, sva kruta i tekuća izolacija ima neki mjerljiv gubitak. Obično su ti gubici vrlo mali u odnosu na tipično korištene izolacije u električnoj opremi i uređajima, te se mijenjaju proporcionalno kvadratu primijenjenog napona. Plinske izolacije, poput zraka, nemaju mjerljivih gubitaka sve dok ne postanu ionizirani. Dielektrični gubici mjere se u vatima (W) (komponente otpora) i mjera su disipacije energije kroz i preko površine izolacije. Dielektrični gubici većine izolacije povećavaju se s porastom temperature, vlage i korone. Izolacija može podbaciti uslijed djelovanja efekta temperature, kod kojega porast temperature uzrokuje povećanje dielektričnih gubitaka što pak ima za posljedicu daljnji porast temperature. Ova pojava je trajna i nastavlja se dok izolacija ne podbaci.   1.6.1.2 Faktor snage i faktor disipacije 

Faktor snage definira se kao omjer djelatnih gubitaka (W) u ukupnoj prividnoj snazi (VA), ili kao kosinus kuta  između ukupnog vektora struje ( I T ) i narinutog vektora napona. To je mjera energetske komponente (komponenta otpora) struje opterećenja. Faktor disipacije definira se kao omjer djelatnih gubitaka (W) prema struji opterećenja, ili kao tangens kuta  između ukupnog vektora struje i vektora kapacitivne struje. Kut  je komplementaran kutu  . Iako se prividna snaga i djelatni gubici povećavaju kako raste volumen izolacije koji se testira na određeni napon, omjer djelatnih gubitaka prema prividnoj snazi (faktor snage ili faktor disipacije) ostaje isti bez obzira na volumen testirane izolacije. Stoga, osnovni odnos faktora snage i faktora disipacije eliminira efekt volumena izolacije koji predstavlja veličinu testiranja električne opreme ili uređaja. To pojednostavljuje problem uspostave "normalnih" vrijednosti izolacije za većinu vrsta električne opreme. Ispitivanje faktora snage i faktora disipacije detaljnije je objašnjeno u Poglavlju 3.

  1.6.1.3 Kapacitet 

U kondenzatoru, naboj Q (količina elektriciteta) je proporcionalan naponu E. Izraz za tu relaciju možemo pisati kao:   Q = CE   

A

A

d

d (a)

(b)

Air

Dielectric  

Slika 1.3 Pločasti zračni kondenzator   

gdje je C konstanta koju zovemo kapacitet. Kapacitet bilo koje električne opreme, uključujući kondenzatore, se može izračunati iz njihovih geometrijskih svojstava. Kondenzator, u svojoj najjednostavnijoj verziji, je pločasti zračni kondenzator kao što je prikazano na slici 1.3. Kapacitet takvog kondenzatora se može izračunati po sljedećoj formuli:   C = KA/d 

gdje je:

A = područje između elektroda d = debljina izolacije (razmak između elektroda) K = dielektrična konstanta izolacije (zraka)

Dielektrična konstanta (K) zraka je praktički jedinstvena, a dielektrične konstante svih drugih izolacijskih materijala su definirane s obzirom na izraz za zrak ili vakuum. Tablica 1.1 pokazuje dielektrične konstante najčešće upotrebljavanih izolacijskih materijala. U slučajevima gdje je geometrijski oblik električkog elementa jednostavan i poznat, kapacitet se može izračunati matematički. Ipak, u većini slučajeva, geometrija izolacijskog materijala je previše kompleksna i nije dovoljno dobro razumljiva za izračun kapaciteta matematičkim putem.

1.6.2 Izolacija kao kondenzator Savršeni izolator se može predstavljati kao idealni kondenzator, kao što je prikazano na slici 1.4(a). Ipak, svaka izolacija električnih elementa ima gubitke i prema tome, izolator nije čisti kondenzator. Dakle, električni krug realnog izolatora se može predstavljati kao kondenzator sa malim otpornikom spojenim u paralelu, kao što je prikazano na slici 1.4(b).    

IC

IC

E

(a)

IT

IC IC

IR

IT ?

(b)

E  

Slika 1.4 Električna slika izolacije, (a) idealna, (b) realna    Priroda izolacijskih materijala je takva da struja od 60 Hz ne može lagano proći kroz njih, pa je  prema tome njihova svrha da ju usmjere kroz vodič. Kada je napon narinut na vodič, uspostave se dva  polja; jedno zbog protjecanja struje (magnetsko polje) i drugo zbog napona (dielektrično polje). Linije  magnetskog  toka  oko  vodiča  su  koncentrične  kružnice,  dok  su  linije  dielektričnog  toka  oko  vodiča  radijalne.  Rezultantno naponsko naprezanje, zbog  dielektričnog  polja, varira sa udaljenošću  između  ekvipotencijalnih linija.    Tablica 1.1 Dielektrične konstante izolacijskih materijala 

vakuum 

1.0 

vlakno

2.5‐5.0 

zrak 

1.0 

staklo

5.4‐9.9 

papir 

2‐2.6 

tinjac

2.5‐7.7 

guma 

2‐3.5 

drvo

2.5‐7.7 

ulje 

2.2 

porculan

5.7‐6.8 

bakelit 

4.5‐5.5 

polietilen

2.3 

   

Dielektrična konstanta izolatora je pokazatelj koliko će dielektričnog toka izolator propustiti. Pod istim uvjetima, izolator sa većom dielektričnom konstantom će propustiti više dielektričnog toka nego drugi izolator koji ima nižu dielektričnu konstantu. Dielektrična konstanta za većinu komercijalnih izolatora varira između 2.0 – 7.0 kao što je prikazano u tablici 1.1. Treba napomenuti da je dielektrična konstanta vode 81 i generalno kada kondenzator postane mokar, njegova dielektrična konstanta se poveća skupa sa kapacitetom, što rezultira većim dielektričnim gubicima. Idealni izolator se može predstaviti kao kondenzator, zbog sličnog ponašanja. Dvije najčešće konfiguracije sagledane kao izolatori su paralelni pločasti i cilindrični kondenzatori. Na primjer, paralelni pločasti kondenzator predstavlja izolaciju transformatora ili namotaji stroja, dok cilindrični kondenzator predstavlja izolaciju kabela.  

1.6.3 Ispitivanja istosmjernim naponom naspram izmjeničnim naponom U slučaju primjene napona na izolaciju javlja se struja koje se sastoji od struje opterećenja ( I C ) i fazne komponente struje ( I R ). Kao što je prikazano na slici 1.4(b), struja opterećenja prethodi faznoj komponenti struje za 90º. Vektorski zbroj struje opterećenja i fazne komponente struje je ukupna struja ( I T ) prikazana na uzorku izolacije. Fazna komponenta struje također se naziva struja otpora, struja gubitaka ili struja vođenja. Idealna izolacija (idealni kondenzator) ponaša se nešto drugačije u odnosu na primjenu istosmjernih napona naspram izmjeničnih.   1.6.3.1 Ispitivanja istosmjernim naponom 

U slučaju priključenja istosmjernog napona na izolaciju javlja se velika početna struja kako bi se osigurala energija napajanja, međutim, ta struja se tijekom određenog vremena smanjuje na minimalnu razinu. Minimalna struja određena ja kontinuiranim istjecanjem ili gubitkom vata kroz izolaciju. Energija potrebna za napajanje izolacije poznata je kao efekt dielektrične apsorpcije. U praksi su gubici dielektrične apsorpcije (tj. apsorpcijske struje) mnogo veći od gubitaka kontinuiranim istjecanjem. U slučaju ispitivanja istosmjernim naponom, efekt dielektrične apsorpcije postaje minimalan tijekom određenog vremena i zato je moguće izvesti mjerenja struje kontinuiranog istjecanja. Gubici dielektrične apsorpcije su vrlo osjetljivi na promjene u sadržaju vlage u izolaciji, kao i na prisutnost drugih onečišćenja. Malo povećanje sadržaja vlage u izolaciji uzrokuje veliki porast dielektrične apsorpcije. Činjenica da dielektrični gubici nastaju uslijed dielektrične apsorpcije čini dielektrične gubitke. Ispitivanje faktora snage i faktora disipacije provodi se vrlo osjetljivim testovima koji

služe za otkrivanje vlage u izolaciji. Kada je istosmjerni napon priključen na izolaciju, ukupna struja na izolaciji obuhvaća kapacitivnu struju opterećenja, struju dielektrične apsorpcije i struje kontinuiranog istjecanja. Detaljnije objašnjenje tih struja i njihovog ponašanja objašnjeno je u Poglavlju 2, "Naponsko ispitivanje električne opreme direktnom strujom".   1.6.3.2 Ispitivanja izmjeničnim naponom 

U slučaju priključenja izmjeničnog napona na izolaciju javlja s velika struja koja ostaje konstantna dok izmjenični napon naizmjenično napaja ili prazni izolaciju. Kod efekta dielektrične apsorpcije struje ostaju visoke jer se nikad u potpunosti ne uspostavlja dielektrično polje uslijed čijeg se djelovanja svake polovice ciklusa mijenja polaritet struje. Kada je izmjenični napon priključen na izolaciju dolazi do izobličenja struja izolacije uslijed punjenja kapaciteta, dielektrične apsorpcije, struje kontinuiranog istjecanja i korone o kojima se razmatra u nastavku:  

a. Kapacitivna struja opterećenja. U slučaju izmjeničnog napona ova struja je konstantna i funkcija je napona, dielektrične konstante izolacijskog materijala i geometrijskog oblika izolacije.

b. Struja dielektrične apsorpcije. U slučaju kad je električno polje postavljeno preko izolacije dipolne molekule se pokušavaju uskladiti s poljem. Budući da molekule u izmjeničnom polju neprestano mijenjaju smjer i nikada se u potpunosti ne usklade, potrebna energija je funkcija materijala, onečišćenja (kao što je voda) i električne frekvencije. Ali nije funkcija vremena.

c. Struja istjecanja (vodljivost). Svi izolacijski materijali provode neku struju. U slučaju da napon poraste iznad određene razine elektroni će biti udareni od molekula uzrokujući prolaz struje kroz izolaciju. To je funkcija materijala, onečišćenja (posebno vode) i temperature. Pretjerana vodljivost stvara toplinu uzrokujući kvar izolacije.

d. Korona (ionizacijska struja). Korona je proces u kojem se razdvajaju neutralne molekule iz zraka kako bi formirale pozitivno ili negativno nabijene ione. To se događa zbog prenaglašene zračne praznine u izolaciji. Zračna praznina u ulju ili krutoj izolaciji može se pojaviti zbog dotrajalosti od topline ili fizičkog naprezanja, loše proizvodnje, neispravne ugradnje ili nepravilnog rada. Korona razgrađuje zrak u ozon koji u kombinaciji s vodom tvori dušikove kiseline. Ioniziran zrak bombardira okolinu izolacije i uzrokuje toplinu. Kombinacija tih uvjeta uzrokuje propadanje izolacije i stvaranje ugljika.    

1.6.4 Načini kvara izolacije

 

Proboj izolacije se može svrstati kao (1) kvar uslijed prekomjernih dielektričnih gubitaka i (2) kvar uslijed prenaponskih naprezanja. Ovi kvarovi su objašnjeni niže. Prekomjerni dielektrični gubici su rezultat oslabljene izolacije ili onečišćenja izolacije sa slabim dielektrikom kao što je voda. Kako se dielektrični gubici povećavaju, temperatura izolacije raste uzrokujući još veće gubitke. S vremenom, pojava eventualno rezultira potpunim uništenjem izolacije. Prenaponska naprezanja nastaju kada je napon narinut na izolator veći od njegovih dielektričnih svojstava. Molekularne sile su savladane i izolator postaje vodič. Neki uzroci kvara izolacije uslijed prenaponskog naprezanja su: 1) vanjsko povećanje narinutog napona, 2) smanjenje debljine izolacije i 3) zračni mjehurići ili raspori u izolaciji.  

PRIMJER KVARA NA IZOLACIJI: Uzmimo primjer uljnog transformatora koji kao izolaciju koristi ulje i impregnirani papir. Za svrhu ovog primjera pretpostavimo da izolaciju čini sloj ulja (2 inča) i sloj papira (2 inča). Kako je za oba materijala dielektrična konstanta ista, 2.0, možemo pretpostaviti da izolacija može izdržati 2500 V po inču, što daje ukupnu naponsku izdržljivost 10 kV, kao što je prikazano na slici 1.5.  

2" OF OIL

P=2

2500 V / IN

10 kV 2" OF PAPER

P=2

2500 V / IN

  Slika 1.5 Izolacija za 10 kV     

  STRESS

1.9" OF OIL

10 kV

P=2

0.1" OF WATER 1" OF PAPER

1" OF AIR

P=81 P=2

P=2

DIELECTRIC POWER FACTOR

2500 V / IN.

P.F. = 0.1%

0 V / IN.

P.F. = 100%

1600 V / IN.

P.F. = 0.5%

3400 V / IN.

P.F. = 0.0%

  Slika 1.6 Izolacija sa vodenim i zračnim onečišćenjem 

 

S namjerom da stavimo onečišćenje u izolaciju, zamijenimo 0.1 inč ulja sa vodom i 1 inč papira sa zrakom (tj. Stavimo prazninu u papir kao na slici 1.6). Dakle, sa dodanim onečišćenjem, umjesto 10 kV imamo 9.750 kV naponske izdržljivosti, pretpostavljajući da neće doći do proboja u zračnim rasporima. Budući da zrak ima nisku dielektričnu konstantu, trebati će više naponskog naprezanja nego za papir, slika 1.6. U ovom primjeru, dva načina kvara možemo opisati na sljedeći način: Kvar uslijed prekomjernih dielektričnih gubitaka. Onečišćenje uljne izolacije sa vodom povećava dielektrične gubitke u ulju i istovremeno smanjuje dielektričnu čvrstoću izolacije. Zbog povećanih gubitaka, uljna izolacija će se s vremenom uništiti. Kvar uslijed prenaponskih naprezanja. Ovaj kvar nastaje kada je zrak uveden u izolaciju. Zrak, iako dobar dielektrik na nižem naponu, postane prenapregnut na višim naponima. Pretpostavljeno je, u ovom primjeru, da zračni rasponi postanu prenapregnuti na 3400 V i tada počinje ionizacija koja rezultira koronom i koja će eventualno oslabiti papirnu izolaciju. U ovom načinu, smanjenje debljine izolacije i rezultantno naponsko naprezanje uzrokuju proboj izolacije.

2

TESTIRANJE ELEKTRIČNE OPREME ISTOSMJERNIM NAPONOM

2.1 Uvod Ovo poglavlje obuhvaća testiranje istosmjernom strujom (dc) koje se obično provodi terenski za odobrenje i održavanje električne opreme i uređaja. Na temelju informacija dobivenih ovim testovima određuje se da li je potrebno preventivno održavati ili izmijeniti instaliranu opremu, da li se novoinstalirana oprema može sigurno pustiti u pogon te se određuje postupno propadanje opreme za vrijeme životnog vijeka. Metoda testiranja pomoću istosmjerne struje obrađena u ovom poglavlju obuhvaća transformatore, izolatorske tekućine, prekidače, motore i generatore. Važno je prilikom ovih testiranja imati odgovarajuću opremu i kvalificirane operatore koji će tom opremom rukovati. Također, da bi se dobila optimalna korist od testa jako je bitno da se prilikom testa snimaju svi podaci i radnje održavanja za buduće analize i upute. Nadalje, oprema za testiranje mora biti u dobrom stanju i mora biti korištena od kvalificiranih operatora. Kad se oprema za testiranje koristi za podešavanje ostale opreme, ona mora imati dvostruku točnost od točnosti opreme koja se podešava. Nadalje, oprema za testiranje se mora podešavati u pravilnim intervalima da bi se osigurala točnost testnih podataka. Testni naponi i metode, kako je opisano u ovom poglavlju, su većinom u skladu sa standardima za tip opreme koja se testira. Vrijednosti istosmjernog napona podudaraju se sa vrijednostima izmjeničnog napona koji je specificiran po odgovarajućem standardu. Preporuča se da se konzultira proizvođača opreme za način provođenja testa i testne naponske razine kad nije poznata točna konstrukcija uređaja koji se testira. Ako se ne može nabaviti točne informacije o opremi koju testiramo, savjetuje se da se razina istosmjernog napona koji se koristi za testiranje odredi na temelju nazivnog napona opreme kako bi se izbjegla oštećenja izolacije. Također je važno pridržavati se dodatnih mjera predostrožnosti kad se obavljaju dc testovi, a ove mjere su navedene u poglavlju 2.11.

Električne pojave u izolaciji kad je izolacija izložena istosmjernom naponu su ukratko razmotrene u poglavlju 1. Prije razmatranja različitih testova pomoću istosmjernog napona, potrebno je bolje razumjeti električne pojave u dielektricima.

2.2 Testiranje izolacije istosmjernim naponom  

Kad se na izolator narine istosmjerni napon, naprezanje izolacije zbog električnog polja uzrokuje povećanje vodljivosti struje i povećanje električne polarizacije. Razmotrimo elementarni strujni krug koji je prikazan na slici 2.1., koji se sastoji od istosmjernog izvora, prekidača i nadomjesne sheme izolatora. Kad je prekidač zatvoren, izolacija postane naelektrizirana i jako velika struja poteče čim se prekidač zatvori. Ipak, struja odmah naglo padne, i onda se smanjuje sve sporije dok ne dostigne konstantnu vrijednost. Struja koja je izobličena zbog izolacije može se podijeliti u nekoliko komponenti kao što je navedeno: - kapacitivna struja nabijanja - struja apsorpcije dielektrika - struja gubitaka po površini dielektrika - struja gubitaka kroz sredinu dielektrika

S

C

DC izvor napona

RL

RA

C = predstavlja struju nabijanja RA = predstavlja struju apsorpcije RL = predstavlja struju kroz sredinu dielektrika (dielektrični gubici)

 

Slika 2.1. Električna shema izolacije kod istosmjernog ispitivanja Kapacitivna struja nabijanja Kapacitivna struja nabijanja je velika kad je narinut veliki istosmjerni napon i računa se prema formuli:

• gdje je: ie= kapacitivna struja nabijanja E= napon u kV R= otpor u MΩ C= kapacitet u μF t= vrijeme u sekundama e= baza prirodnog logaritma Kapacitivna struja nabijanja je funkcija vremena i smanjuje se kako se povećava vrijeme kroz koje je narinut napon. To je početna struja nabijanja kad se narine napon i stoga nije bitna za ove testove koji se provode. Rezultati testa se ne mogu uzeti u obzir dok god se ova struja nije smanjila na zadovoljavajuće nisku vrijednost. Struja apsorpcije dielektrika Struja apsorpcije dielektrika je također velika kad se narine ispitni napon i smanjuje se kako vrijeme prolazi, ali sporije nego kapacitivna struja nabijanja. Ova struja je također velika, ali ne kao kapacitivna struja nabijanja. Struja apsorpcije se može podijeliti na dvije struje koje su nazvane „reverzibilna“ i „nereverzibilna“ struja nabijanja. Reverzibilna struja nabijanja se može izračunati po formuli:

gdje je: ia= struja apsorpcije dielektrika V= testni napon u kV C= kapacitet u μF D= konstanta proporcionalnosti T= vrijeme u sekundama n= konstanta

Nereverzibilna struja nabijanja je istog oblika kao i reverzibilna struja nabijanja, ali je puno manja. Nereverzibilna struja nabijanja su gubici u izolaciji i stoga nije povrativa. Ipak, dovoljno vrijeme mora proći dok se ne počnu snimati testni podaci tako da se reverzibilna struja apsorpcije smanji na malu vrijednost. Struja gubitaka po površini dielektrika

Struja gubitaka po površini dielektrika se javlja zbog vodljivosti na površini izolacije gdje vodič izlazi i dovodi ga na potencijal zemlje. Ova struja nije poželjna u rezultatima testova i stoga je potrebno eliminirati je pažljivim čišćenjem površine vodiča kako bi se eliminirale klizne staze, ili ju je potrebno snimiti i izbaciti iz rezultata mjerenja.

Struja parcijalnih izbijanja Struja parcijalnih izbijanja, također poznata i kao struja korone, nastaje zbog prevelikog naponskog naprezanja zraka na oštrim dijelovima vodiča zbog visokog napona. Ova struja nije poželjna i treba je eliminirati koristeći oklope za zaštitu od naponskog naprezanja na takvim mjestima. Ova struja se ne javlja na manjim naponima, kao što je napon kod mjerenja otpora izolacije.

Struja gubitaka kroz sredinu dielektrika Struja gubitaka kroz sredinu dielektrika koja teče kroz izolaciju je najvažnija. Ovo je struja koja služi za ocjenjivanje stanja izolacijskog sustava koji se testira. Treba ostaviti dovoljno vremena da se ova struja stabilizira prije nego počnemo snimati rezultate testa. Ukupna struja, koja se sastoji od različitih struja gubitaka koje su opisane gore, je prikazana na slici 2.2..

 

 

napona na

Slika 2.2. Razne struje gubitaka nastale zbog primjene istosmjernog izolacijski sistem

   

2.2.1 Dielektrične pojave i polarizacija Dielektrici imaju svojstvo privremene ili trajne apsorpcije električnog naboja i svojstvo vodljivosti. Kada se na njih dovede napon, sile pozitivnog i negativnog naboja koje su svojstvene česticama od kojih je načinjen dielektrik nastoje orijentirati te čestice u smjeru narinutog polja. Neki dielektrički materijali sastoje se od molekula koje imaju neparan broj atoma te je stoga naboj u njima raspoređen asimetrično. Kada se takva molekula smjesti u električno polje, ona će se gibati u njemu te tako postati polarizirana u smjeru polja. Takva se molekula naziva dipol. Dipoli imaju važnu ulogu za karakteristike izolacije. Dipol se može prikazati kao čestica koja ima mali pozitivan naboj na jednom kraju, a mali negativan naboj na drugom kraju. Kada se dipoli podvrgnu DC naponu, polariziraju se i poravnaju s obzirom na pozitivan i negativan polaritet napona. Ova je pojava poznata pod nazivom dipolna polarizacija. Na pojavu polarizacije velik utjecaj imaju svojstva materijala, struktura i stanje izolacije. Nabijene čestice, čestice s pozitivnim i negativnim nabojima, koje se ne zaustavljaju na barijeri kontaktnih površina i koje mogu putovati kroz dielektrik s jedne elektrode na drugu, čine struju curenja i nisu dio dielektričnih pojava. Nakon što se ukloni izvor napona kojem je bio podvrgnut dielektrik, polarizirane molekule će se s vremenom vratiti u svoj

prvobitan slučajan razmještaj pa polarizacija nestaje, odnosno približava se nuli. Vrijeme koje je potrebno da bi se polarizacija spustila na nulu kada se dielektrik kratko spoji naziva se vrijeme relaksacije. Treba znati da veliki dielektrici imaju veliko vrijeme relaksacije i potrebno je poduzeti prikladne mjere da bi se u zemlju odvela oslobođena energija (napon i struja) koja nastaje kada se polarizirane molekule vraćaju u prvobitno stanje.  

2.2.2 Prednosti i nedostatci ispitivanja s istosmjernim naponom Ispitivanje s DC naponom se uobičajeno koristi za ispitivanje električne opreme i aparata. Za ovu vrstu ispitivanja postoji niz prednosti i nedostataka čija važnost varira ovisno o specifičnim okolnostima. Prednosti i nedostatci navedeni su u sljedećim podpoglavljima. 2.2.2.1 Prednosti 



DC ispitivanje je pogodno za ispitivanje opreme koja ima vrlo velik nabojni kapacitet, npr. kabeli;



Naprezanja koja nastaju DC ispitivanjem uzrokuju znatno manja oštećenja na izolaciji u odnosu na AC napon;



Vremensko trajanje primjene DC napona nije kritično kao trajanje primjene AC napona;



Ispitivanje je moguće prekinuti prije nego dođe do kvara opreme;



Istovremeno je moguće ispitivati struju curenja i otpor izolacije;



Moguće je sakupiti prijašnje rezultate te na temelju njih donijeti procjenu;



Veličina i težina DC ispitne opreme je znatno manja u odnosu na AC ispitnu opremu;

2.2.2.2 Nedostatci 



Raspodjela naprezanja za transformatore, motore i namotaje generatora je drukčija pri DC ispitivanju u odnosu na AC ispitivanje;



Nakon DC ispitivanja potrebno je pažljivo izbiti preostali naboj;



Vrijeme potrebno da bi se izvelo DC ispitivanje na visokom potencijalu je veće u odnosu na AC ispitivanje;



Literatura koja se tiče DC ispitivanja kabela sugerira moguće loše učinke DC ispitivanja na neke kabele;



Oštećenja koja nije moguće otkriti DC ispitivanjem mogu izazvati kvar kada se podvrgnu AC naponu;



Moguće je da napon ne napreže jednolično svaki dio izolacije;



Temperaturna i naponska ovisnost o otpornosti;



Formiranje volumnog naboja – mogući budući kvarovi;

2.3 DC ispitne metode Nakon što smo vidjeli kako se ponaša izolacija kada se na nju narine DC napon, promotrimo različite testove koji se obavljaju ovom vrstom napona. Na krutoj izolaciji moguće je izvesti dva testa primjenom DC napona: 

Ispitivanje otpora izolacije;



Ispitivanje na visokom potencijalu.

 

2.3.1 Ispitivanje otpora izolacije Ovo ispitivanje se može obaviti primjenom napona 100 – 15 000 V. Instrument koji se koristi je megaohmmetar u ručnoj izvedbi, pogonjen motorom ili elektronski, koji prikazuje otpor izolacije u megaohmima. Kvaliteta izolacije varira ovisno o temperaturi, vlazi i ostalim klimatskim faktorima. Stoga je potrebno sva očitanja korigirati na standardnu temperaturu za klasu opreme koja se ispituje. Temperaturni korekcioni faktori za razne električne uređaje su prikazani tablicom 2.1. Megaohmska vrijednost otpora izolacije je obrnuto proporcionalna volumenu izolacije koja se ispituje. Na primjer, kabel dug 100 metara ima deset puta veći otpor izolacije u odnosu na kabel od 1000 metara, uz pretpostavku da su drugi uvjeti identični za oba kabela. Ovo ispitivanje je korisno za indikaciju trenda pogoršanja stanja izolacijskog sustava. Same vrijednosti otpora izolacije ne indiciraju slabosti u izolaciji, niti ukupnu dielektričnu čvrstoću, ali mogu indicirati kontaminaciju izolacije i moguće buduće probleme s izolacijskim sustavom ako se nastavi padajući trend vrijednosti otpora izolacije. Do vrijednosti otpora izolacije može se doći koristeći četiri metode: 

Kratkoročna očitanja;



Očitanja ovisnosti otpora o vremenu (ispitivanje omjera dielektrične apsorpcije);



Ispitivanje indeksa polarizacije;



Ispitivanje na step napon;

2.3.2 Kratkoročna očitavanja Ovo ispitivanje mjeri vrijednost otpora izolacije kroz kraći vremenski period, npr. 30 ili 60 sekundi te prati točku koja leži na krivulji rastućih vrijednosti otpora izolacije. Jedno očitanje omogućuje samo grubu provjeru stanja izolacije. Međutim, važna je usporedba očitane vrijednosti s prijašnjim vrijednostima. Kontinuirani padajući trend indicira buduće pogoršanje stanja izolacije. Za interpretaciju rezultata je potrebno sve vrijednosti koje se koriste u usporedbi normalizirati na 20 C te uzeti u obzir utjecaj vlage u zraku.   Tablica 2.2 ‐ Temperaturni korekcijski faktori 1 

                                                             1

 Korekcija na temperaturu 20 °C za rotacijsku opremu i transformatore i 15.6 °C za kabele. 

 

Kabeli

Temperatura 

°C 

°F 

Klasa  rotacijske  opreme  A  B 

Transformatori 

Uljni 

Suhi 

Code  natural 

Code  GR‐S 

Perf.  Natural 

Heat  resist.  Natural 

0 

32 

0,21 

0,4 

0,25 

0,4 

0,25

0,12

0,47

5 

41 

0,31 

0,5 

0,36 

0,45 

0,4

0,23

10 

50 

0,45 

0,63 

0,5 

0,5 

0,61

15,6 

60 

0,71 

0,81 

0,74 

0,72 

20 

68 

1 

1 

1 

25 

77 

1,48 

1,25 

30 

86 

2,2 

35 

95 

40 

Ozone  resist.  Natural  GR‐S  0,14 

Lakirana  tkanina 

Impregnirani  papir 

0,42

Heat  resist. &  perf. GR‐ s  0,22

0,1 

0,28

0,6

0,56

0,37

0,26 

0,2 

0,43

0,46

0,76

0,73

0,58

0,49 

0,43 

0,64

1

1

1

1

1

1 

1 

1

1 

1,47

1,83

1,24

1,28

1,53

1,75 

1,94 

1,43

1,4 

1,3 

2,27

3,67

1,58

1,68

2,48

3,29 

4,08 

2,17

1,58 

1,98 

1,6 

3,52

7,32

2

2,24

4,03

6,2 

8,62 

3,2

3,24 

2 

2,8 

2,05 

5,45

14,6

2,55

2,93

6,53

11,65 

18,2 

4,77

104 

4,8 

2,5 

3,95 

2,5 

8,45

29,2

3,26

3,85

10,7

25 

38,5 

7,15

45 

113 

7,1 

3,15 

5,6 

3,25 

13,1

54

4,15

5,08

17,1

41,4 

81 

10,7

50 

122 

10,45 

3,98 

7,85 

4 

20

116

5,29

6,72

27,85

78 

170 

16

55 

131 

15,5 

5 

11,2 

5,2 

6,72

8,83

45

 

345 

24

60 

140 

22,8 

6,3 

15,85 

5,4 

8,58

11,62

73

 

775 

36

65 

149 

34 

7,9 

22,4 

8,7 

15,4

118

 

 

70 

158 

50 

10 

31,75 

10 

20,3

193

 

 

75 

167 

74 

12,6 

44,7 

13 

26,6

313

 

 

 

 

2.3.3 Vremensko-otporna mjerenja Dobar izolacijski sustav pokazuje kontinuiran porast vrijednosti otpora izolacije za vrijeme perioda dok se nalazi pod naponom. S druge strane, izolacijski sustav onečišćen vlagom, prašinom ili prljavštinom pokazivat će nisku vrijednost otpora izolacije. Kod dobre izolacije, efekt apsorpcije struje smanjuje se s povećanjem vremena. Kod loše izolacije, efekt apsorpcije se pojačava zbog visokih struja gubitaka. Metoda vremensko-otpornih mjerenja neovisna je o temperaturi i veličine opreme. Ona može donijeti konačne rezultate o stanju izolacije. Odnos vremensko-otpornih očitavanja može pokazati stanje izolacijskog sustava. Omjer mjerenja kroz 60 sekundi i mjerenja kroz 30 sekundi naziva se pokazatelj dielektrične apsorpcije (DAR – dielectric absorption ratio):  

DAR 

mjerenje kroz 60s mjerenje kroz 30s

DAR vrijednost ispod 1.25 predstavlja razlog za istragu i mogući popravak električne aparature. Obično su DAR mjerenja ograničena ručno-upravljanim megaohmmetrom.

  2.3.4 Test indeksa polarizacije Test indeksa polarizacije je specijalna primjena testa dielektrične apsorpcije. Test indeksa polarizacije je omjer otpora izolacije za vrijeme 10 minuta i otpora izolacije za vrijeme 1 minute. Polarizacijski indeks manji od 1 ukazuje na istrošenost opreme i potrebu za hitnim održavanjem. Ovaj test se koristi za suhe izolacijske sustave poput suhih transformatora, kablova, rotacijskih strojeva, itd.  

2.3.5 Mjerenje razinama napona (istosmjerni napon) U ovoj metodi, napon se primjenjuje u koracima (razinama) za testiranje izolacije. Kako se napon povisuje, slabija izolacija će pokazivati manji otpor koji nije bio očit pri manjim naponima. Vlaga, prašina i druge prljavštine mogu se uočiti pri manjim naponskim razinama, tj. ispod radnih napona, dok se starenje i fizička oštećenja u čistim i suhim izolacijskim sustavima mogu otkriti samo pri visokim naponima. Test razinama napona daje vrlo dobre rezultate ukoliko se redovito primjenjuje u periodičnim vremenskim razmacima.  

2.3.6 Test naponom visokog potencijala Test istosmjernim naponom visokog potencijala sastoji se u primjenjivanju napona uzduž izolacije iznad istosmjernog ekvivalenta vršne vrijednosti 60-Hz operacijskog napona. Ovaj test može se primijeniti u naponskim koracima. Kada se napon visokog potencijala primjenjuje kao test dielektrične apsorpcije, maksimalni napon se postepeno koristi u periodu od 60 do 90 sekundi. Maksimalni napon se tada zadržava 5 minuta, a svake minute se očitavaju struje gubitaka. Kada se ovaj test primjenjuje kao test razinama napona, maksimalni napon se postiže u nekoliko jednakih povećanja, obično ne manje od osam, a svaka se razina zadržava jednaki vremenski period. Vremenski interval između pojedinih koraka trebao bi biti između jedne i četiri minute. Na kraju svakog intervala mjere se struje gubitaka ili otpor izolacije prije prelaska na iduću razini. Moguće je izraditi i graf ovisno o mjerenjima kako bi se grafički predočilo stanje izolacije. Rutinski testovi se provode s maksimalnim naponom od 80% maksimalnog testnog napona pri prihvaćanju ili 60 % tvorničkog testnog napona.  

2.3.7 Test dielektrične apsorpcije Test dielektrične apsorpcije se provodi pri naponima mnogo većim od uobičajenih testnih vrijednosti otpora izolacije te može prijeći 100 kV. Test je dodatak testu visokog potencijala. U ovom testu, napon se primjenjuje duži vremenski period, od 5 do 15 minuta. Periodično se očitavaju otpor izolacije ili gubitci struje. Test se vrednuje na temelju otpora izolacije. Ako je izolacija dobra, prividni izolacijski otpor će se povisivati tokom testa. Test dielektrične apsorpcije neovisan je o temperaturi i volumenu izolacije na kojoj se provodi.  

 

2.4 Transformatori Istosmjerno testiranje transformatora uključuje ispitivanje čvrste izolacije namota i izolaciju fluida korištenih u transformatoru. Ispitivanje čvrste izolacije namota upotpunjuje druge testove. Ispitivanjem čvrste izolacije namota ne može se doći do zadovoljavajućeg zaključka, ali mogu se dobiti vrijedne informacije o stanju namota, poput utjecaja vlage ili karbonizaciji. Istosmjerni testovi smatraju se sigurnim iako mogu izazvati kvarove na namotima. Važno je istaknuti da su ti kvarovi rezultat početnih kvarove koje je test namjeravao otkriti. Ukoliko se takav kvar ne bi otkrio, mogao bi se dogoditi u neplanirano vrijeme.  

2.4.1 Mjerenje otpora izolacije Test se izvodi na nazivnom naponu (ili iznad) za određivanje postojanja malih otpora prema zemlji ili između namota kao rezultat istrošenosti namota. Na mjerenje utječu varijable kao što su temperatura, vlažnost, testni napon ili veličina transformatora. Ovaj b se test trebao provoditi prije i nakon popravka ili za vrijeme održavanja. Podatci o testiranju trebaju se sačuvati u svrhu buduće usporedbe rezultata. Dobivene vrijednosti potrebno je normalizirati na 20oC zbog komparacije. Primjeri vrijednosti otpora dobrih izolacijskih sustava prikazani su u Tablici 2.2. Procedure pri testiranju:  

Ne iskopčavajte uzemljenje transformatorskog spremnika i jezgre. Uvjerite se da su spremnik i jezgra uzemljeni. Iskopčajte sve visokonaponske, niskonaponske i neutralne konekcije, odvodnike munja, ventilatorske sustave, brojila ili bilo koji niskonaponski sustav povezan s namotima transformatora. Prije početka testa, premostite zajedno sve visokonaponske izvode tako da se uvjerite da su svi premosnici udaljeni od metalnih i uzemljenih dijelova. Također, premostite sve niskonaponske i neutralne izvode. Koristite megaohmmetar s minimalnom skalom od 20000 megaohma. Mjerenja otpora vrše se između svakog seta namota i zemlje. Namot koji se mjeri mora biti odvojen od zemlje kako bi mu se izmjerio izolacijski otpor. Megaohmmetarska očitanja trebaju se vršiti u bremenu jedne minute. Učinite sljedeća očitanja za dvonamotni transformator:

Visokonaponski namot prema niskonaponskom namotu i prema zemlji Visokonaponski namot prema zemlji Niskonaponski namot prema visokonaponskom namotu i prema zemlji

Niskonaponski namot prema zemlji Visokonaponski namot prema niskonaponskom namotu     Tablica 3 Tipične vrijednosti otpora izolacije za energetske i distribucijske transformatore 

  Napon namota  transformatora  (kV) 

Uzemljenje namota (MΩ)  20oC

30oC

40oC

50oC

60oC