ΒΡΕΙΤΕ ΜΑΣ ΣΤΟ FACΕBOOK (Ηλεκτρολογικές Ενημερώσεις) ΚΑΙ ΚΑΝΤΕ LIKE

Παρασκευή, 2 Σεπτεμβρίου 2016

ΔΟΚΙΜΕΣ ΚΑΛΩΔΙΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ

Κανονισμοί

 Η διαδικασία και οι διάφορες παράμετροι ελέγχου των καλωδίων περιγράφεται στους διεθνείς κανονισμούς και πρότυπα (Standards). Ομάδες μελέτης και επιτροπές ηλεκτρικών οργανισμών από όλο τον κόσμο καταγράφουν τα προβλήματα και την εμπειρία από τη συμπεριφορά των καλωδιακών εγκαταστάσεων για μεγάλα χρονικά διαστήματα λειτουργίας, και σε συνδυασμό με την ερευνητική εργασία διακεκριμένων μελών της πανεπιστημιακής κοινότητας προτείνουν τις κατάλληλες τροποποιήσεις στους κανονισμούς. 
Οι κανονισμοί σε καμία περίπτωση δεν αναφέρονται σε υποχρέωση ελέγχου. Η επιλογή της πραγματοποίησης ή μη του ελέγχου στο εγκατεστημένο καλώδιο ανήκει στο αρμόδιο τμήμα συντήρησης της εγκατάστασης. Απλά, σε περίπτωση διενέργειας ελέγχου, αυτός πρέπει να γίνει σύμφωνα με τις υποδείξεις που αναφέρονται στα Standards. 
Για νέες καλωδιακές εγκαταστάσεις, ο έλεγχος συνήθως προβλέπεται από τη διαδικασία παραλαβής του έργου. Για ήδη εγκαταστημένα καλώδια, ο περιοδικός έλεγχος αποτελεί κοινή πρακτική, καθώς σχεδόν πάντα η ευθύνη της πιθανής εμφάνισης μιας βλάβης βαραίνει το τμήμα συντήρησης της εγκατάστασης εφόσον διαπιστωθεί ότι σχετικοί έλεγχοι δεν έχουν πραγματοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. 
Η συνήθης πρακτική στην Ελλάδα είναι να εφαρμόζονται οι ευρωπαϊκοί κανονισμοί IEC, καθώς και οι γερμανικοί VDE. Οι κανονισμοί αυτοί διαμορφώνονται με βάση τις υποδείξεις και μελέτες των ομάδων εργασιών της CIGRE και τα έγγραφα εναρμονισμού της CENELEC. 

Μέθοδος ελέγχου διηλεκτρικής αντοχής μονωτικού υλικού καλωδίων ισχύος

Κατά την εφαρμογή της μεθόδου, το υπό έλεγχο καλώδιο υποβάλλεται σε ακραίες συνθήκες φόρτισης για παρατεταμένο χρονικό διάστημα, προκειμένου να διαπιστωθεί εάν η μόνωσή του έχει την απαιτούμενη διηλεκτρική αντοχή ώστε να μην εμφανίσει διακυμάνσεις ή μεταβολές στο ρεύμα διαρροής.

Ειδικότερα, κατά την εφαρμογή της τάσεως δοκιμής, η μέθοδος αποβλέπει: 

- στον εντοπισμό ασυνήθιστα υψηλών τιμών ρεύματος διαρροής. Οι τιμές αυτές καθορίζονται από τα standards και π.χ. στα καλώδια Μέσης Τάσης έως 20 kV είναι της τάξης των mA. 
- στον εντοπισμό ρεύματος διαρροής που δεν παραμένει σταθερό ή εμφανίζει στιγμιαίες απότομες έντονες διακυμάνσεις (υπερπηδήσεις – βυθίσεις), 
- στην εμφάνιση τόξου αγωγιμότητας (‘σκάσιμο’). 

Όλα τα παραπάνω υποδηλώνουν μειωμένη διηλεκτρική αντοχή της μόνωσης του καλωδίου.

Τάση δοκιμής:

Η εφαρμοζόμενη τάση κατά την δοκιμή ενός καλωδίου εξαρτάται από την ονομαστική τάση λειτουργίας του και προδιαγράφεται από τα αντίστοιχα πρότυπα δοκιμών (στάνταρντ).

Οι διαθέσιμες μορφές τάσεως δοκιμής για την εφαρμογή της μεθόδου ελέγχου διηλεκτρικής αντοχής μονωτικού υλικού καλωδίων ισχύος είναι:
- Τάση δοκιμής DC,
- Τάση δοκιμής AC συχνότητας 50 Hz,
- Τάση δοκιμής AC συχνότητας 0,1 Hz

Η δοκιμή με τάση DC αποτελούσε την επιλογή της πλειοψηφίας των χρηστών, λόγω του συγκριτικά χαμηλού κόστους και βάρους του απαραίτητου εξοπλισμού. Μέχρι πρίν από λίγα χρόνια, τα διεθνή πρότυπα επέτρεπαν τη χρήση της για όλους τους τύπους καλωδίων ισχύος. Σήμερα, όμως, έχει αποδειχθεί ότι η εφαρμογή τάσεως DC για παρατεταμένο χρονικό διάστημα προκαλεί σημαντικές αλλοιώσεις στο μονωτικό υλικό των καλωδίων, επειδή δεν μεταβάλλεται η πολικότητα του εφαρμοζόμενου πεδίου κατά τη διάρκεια της δοκιμής. Ειδικά για τα καλώδια Μέσης Τάσης με U0/U από 3,6/6 kV έως 20,8/36 kV, η χρήση του DC έχει απαγορευθεί σύμφωνα με τα τελευταία (1996) γερμανικα πρότυπα VDE 0276-620 (για καλώδια με πλαστική μόνωση) και VDE 0276-621 (για καλώδια με μόνωση χάρτου-ελαίου). Σημειώνεται ότι τα Έγγραφα Εναρμονισμού (HARMONIZATION DOCUMENT) HD 620 και HD 621, στα οποία στηρίζονται τα παραπάνω πρότυπα έχουν υιοθετηθεί από την CENELEC (Ευρωπαική Επιτροπη Ηλεκτροτεχνικών Προτύπων), της οποίας μέλος είναι και η Ελλάδα. Παρόμοιοι περιορισμοί στη χρήση τάσεως DC κατά τον έλεγχο καλωδίων προβλέπονται και στο διεθνές πρότυπο ΙΕΕΕ 400.2.

Επίσημη απαγόρευση δοκιμών με τάση DC σε καλώδια Χαμηλής Τάσης, ή σε καλώδια Υψηλής Τάσης (με U0/U μεγαλύτερο από 20,8/36 kV) δεν υπάρχει ακόμα. Ο λόγος είναι ότι στα μεν καλώδια Χαμηλής Τάσης το πάχος της μόνωσης είναι σχετικά μικρό και οι αλλοιώσεις είναι αμελητέες, ενώ στα καλώδια Υψηλής Τάσης οι εναλλακτικοί τύποι τάσεως δοκιμής, δηλαδή τάση AC συχνότητας 50 Hz, ή τάση AC συχνότητας 0,1 Hz είναι πολύ δύσκολο ή και πρακτικά αδύνατο να χρησιμοποιηθούν.

Δοκιμές μανδύα καλωδίου (dc test)
Ο έλεγχος του μανδύα ενός καλωδίου μέσης τάσης είναι αναγκαίος σε μία νέα εγκατάσταση για να εξασφαλιστούν τα κάτωθι:  
i.            H συνέχεια καλωδίου
ii.            H τοποθέτηση καλωδίου έγινε σύμφωνα με τα σχέδια 
iii.            Oι συνδέσεις του μανδύα στις συνδετήριες μούφες κατά μήκος της γραμμής έχουν γίνει σωστά. 
Αναφορικά με τις υπόγειες γραμμές που είναι ήδη σε λειτουργία και βρίσκονται σε περιόδους συντήρησης, είναι αναγκαίο να πραγματοποιείται έλεγχος στο μανδύα του καλωδίου πριν την επιστροφή της γραμμής σε λειτουργία. Επίσης επιβάλλεται ο έλεγχος του μανδύα μετά από τον εντοπισμό και την επισκευή σφάλματος στο καλώδιο.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΟΚΙΜΗΣ
Δοκιμή σύμφωνα με 
·         HD     620 S1
·         IEC     60229-2007 / par.5

Εφαρμόζεται συνεχής τάση (dc) μεταξύ μανδύα καλωδίου και γης. 
Απαίτηση της δοκιμής είναι ο μανδύας να αντέξει την εφαρμοζόμενη τάση χωρίς να υπάρξει διάσπαση (no breakdown), σύμφωνα με τα παραπάνω αναφερόμενα πρότυπα. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα διαρροής πρέπει να είναι μικρότερο από 1 μιλιαμπέρ (αντίσταση μόνωσης τουλάχιστον της τάξης Megoohm)
Δοκιμή μόνωσης καλωδίων μέσης τάσης (VLF test) (Very Low Frecouency)
Συνιστάται ιδιαίτερα, πολλές φορές είναι υποχρεωτικό, να πραγματοποιηθεί έλεγχος της μόνωσης (VLF test) μετά το πέρας των εργασιών εγκατάστασης, της κατασκευής συνδετήριων μουφών και ακροκιβωτίων. Αυτό γίνεται για να επιβεβαιωθεί η ακεραιότητα του καλωδίου πριν την αρχική ενεργοποίηση, αποφεύγοντας έτσι ένα πιθανό σφάλμα υψηλής ισχύος. 
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΟΚΙΜΗΣ
Δοκιμή σύμφωνα με 
·         HD       620 S1
·         VDE     0276
·         IEEE     400.2

Η μόνωση του καλωδίου υπό δοκιμή υποβάλλεται σε έλεγχο διηλεκτρικής αντοχής VLF (Very Low Frequency – 0.1 Hz) σύμφωνα με τα πρότυπα VDE 0276- HD 620. Ο αγωγός απομονώνεται πλήρως από την εγκατάσταση και από τις δύο άκρες. Η τάση δοκιμής εφαρμόζεται μεταξύ του αγωγού και του γειωμένου μεταλλικού μανδύα του καλωδίου για χρονική περίοδο 1 ώρας. Η μόνωση πρέπει να αντέξει τη τάση δοκιμής (NO 
VLF 60kV test set (High Voltage Inc.)


Έλεγχος καλωδίων / Συμπεράσματα / Πρότυπα

• Η δοκιμή με DC σε καλώδια με μόνωση PE/XLPE είναι αναξιόπιστη και μπορεί να επιφέρει περαιτέρω βλάβες στο καλώδιο.

• Η δοκιμή με VLF είναι η πιο ενδεδειγμένη για καλώδια PE / XLPE:
Με τάση δοκιμής 3 φορές την ονομαστική τάση λειτουργίας (3 Uo) και διάρκεια εφαρμογής 15 έως 60 λεπτά, μπορούν να ανιχνευτούν οι περισσότερες αλλοιώσεις του καλωδίου.
Μεγάλη αποτελεσματικότητα στην ανίχνευση αλλοιώσεων μόνωσης.
Αποφεύγεται η καταπόνηση των υγιών τμημάτων του καλωδίου.

• Η δοκιμή με VLF είναι κατάλληλη και για ανίχνευση αλλοιώσεων σε καλώδια με μόνωση χάρτου, ή και μικτά δίκτυα που έχουν και τους δύο τύπους καλωδίων.

• Η δοκιμή με VLF στα 0,1 Hz είναι η πλέον επαρκής, συγκρινόμενη με τις υπόλοιπες εναλλακτικές μεθόδους ελέγχου καλωδίων.


Δοκιμή σε καλώδια στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Ε.Μ.Π. πραγματοποιήθηκε δοκιμή σε καλώδιο Μέσης Τάσης 12kV, στερεάς μόνωσης (XLPE) και μήκους 10m περίπου.
Χρησιμοποιήθηκε η συσκευή sebaKMT 40 
Ακολουθήθηκε η συνδεσμολογία που επιβάλλουν τόσο οι κανονισμοί ΙΕΕΕ 400ΤΜ και 400.2ΤΜ, όσο και ο κατασκευαστής της συσκευής.

Όπως φαίνεται στις φωτογραφίες που παρατίθενται παρακάτω, ο ακροδέκτης υψηλής τάσης της συσκευής συνδέεται στον αγωγό του καλωδίου και ο ακροδέκτης γείωσης της συσκευής συνδέεται με την ηλεκτρική θωράκιση και γειώνεται στη γη του εργαστηρίου (κρουστική γη).





Η πρώτη δοκιμή γίνεται σε καλώδιο 12/20 kV μήκους 12m περίπου, 1x95/16mm2 με μόνωση XLPE και εξωτερικό περίβλημα PVC. Εφαρμόστηκε τάση VLF 3Uo = 36kV για 40min. Το καλώδιο πέρασε με επιτυχία τη δοκιμή, αφού άντεξε την εφαρμοζόμενη τάση για 40min χωρίς να συμβεί διάσπαση.

Η δεύτερη δοκιμή γίνεται σε καλώδιο 12/20 kV μήκους 12m 3x240/25mm2 με μόνωση XLPE και εξωτερικό περίβλημα PVC. Εφαρμόστηκε τάση VLF 3Uo = 36kV για 40min. Το καλώδιο δεν πέρασε τη δοκιμή, αφού άντεξε την τάση 8min και 21sec.

Υπάρχει ωστόσο και άλλη άποψη, που δεν υποστηρίζει τις δοκιμές VLF και δεν τις θεωρεί ενδεδειγμένες λύσεις για τις δοκιμές σε καλώδια, για δύο κυρίως λόγους :

- Τα καλώδια λειτουργούν με εναλλασσόμενη τάση βιομηχανικής συχνότητας και με τέτοια τάση θα πρέπει να δοκιμάζονται, για να φανεί η καταπόνηση του καλωδίου υπό πραγματικές συνθήκες λειτουργίας
- Ο μηχανισμός διάσπασης στα 0,1 Hz είναι διαφορετικός από ότι στα 50 Hz. Η συχνότητα της εφαρμοζόμενης τάσης έχει ισχυρή επίδραση στην τάση διάσπασης της μόνωσης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.



Η τάση διάσπασης μειώνεται γραμμικά με την αύξηση της συχνότητας σε λογαριθμική κλίμακα. Λαμβάνοντας υπόψη τη συμπεριφορά του μονωτικού υλικού, είναι φανερό ότι ο μηχανισμός διάσπασης στα 0,1 Hz είναι διαφορετικός από ότι στα
50Hz.

Για να ελεγχθεί η μεταβολή της τάσης διάσπασης συναρτήσει της συχνότητας στην περίπτωση μηχανικών καταπονήσεων ή ύπαρξης υδάτινων δενδριτών, προκλήθηκαν τομές σε καλώδια ή τοποθετήθηκαν σε υδάτινο περιβάλλον για ορισμένο χρονικό διάστημα.



Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, η τάση διάσπασης στα 0,1 Hz μεταβάλλεται πολύ περισσότερο από ότι στα 50 Hz. Οι τιμές των τάσεων διάσπασης στην περίπτωση που υπάρχουν μηχανικές φθορές είναι πιο κοντά (μικρότερη κλίση) καθώς σε όλο το εύρος των συχνοτήτων κύρια αιτία της διάσπασης είναι οι μηχανικές αυτές βλάβες. Η τάση διάσπασης χωρίς μηχανικές βλάβες είναι 200% μεγαλύτερη στα 0,1Ηz από ότι στα 50Hz, πράγμα που δείχνει ότι ο μηχανισμός διάσπασης είναι διαφορετικός για τις δύο συχνότητες.

Παρ’ όλα αυτά, οι δοκιμές VLF χρησιμοποιούνται ευρέως, καθώς έχουν γίνει αποδεκτές από οργανισμούς όπως η ΙΕΕΕ, η EPRI, η CEA (Canadian Electric Association) κ.α. 
Οι δοκιμές VLF χρησιμοποιούνται κυρίως για δοκιμή σε καλώδια εγκατεστημένα και προτιμάται για το μικρό όγκο και ισχύ του εξοπλισμού και το χαμηλότερο κόστος, σε σχέση με δοκιμές σε βιομηχανική συχνότητα.

Η δοκιμή VLF δεν είναι καταστρεπτική για μονώσεις που βρίσκονται σε καλή κατάσταση, ενώ δεν προκαλεί επιπλέον φθορές στη μόνωση. Σε περίπτωση που η μόνωση περιέχει θέσεις φθοράς, ανομοιογένειας και υδάτινους δενδρίτες, η μόνωση διασπάται, πράγμα το οποίο επιδιώκεται, αφού εάν μια μόνωση δεν μπορεί να αντέξει τάση 2-3 φορές μεγαλύτερη της ονομαστικής, δε θα αντέξει για πολύ βρισκόμενη σε λειτουργία. Είναι προτιμότερο, λοιπόν, να προκληθεί διάσπαση κατά τη δοκιμή, όπου στη συνέχεια μπορούμε να εντοπίσουμε και να διορθώσουμε τις θέσεις φθοράς, παρά κατά τη λειτουργία του καλωδίου.
Μπορεί βέβαια ο μηχανισμός διάσπασης να είναι διαφορετικός στα 0,1Hz από ότι στα 50Ηz, αλλά αυτό που ενδιαφέρει είναι να εξακριβωθεί εάν το καλώδιο έχει φθορές που μπορεί να οδηγήσουν σε διάσπαση. Δηλαδή αυτό που έχει σημασία δεν είναι σε ποια τάση έχουμε διάσπαση στο υγιές καλώδιο, αλλά να διαπιστωθεί εάν ο βαθμός φθοράς της μόνωσης επιτρέπει τη συνέχιση της λειτουργίας του καλωδίου.
Επιπλέον, η τάση διάσπασης για υγιές καλώδιο είναι αρκετά μεγαλύτερη στα 0,1Hz από ότι στα 50Hz, αλλά η τιμή της για τις δύο συχνότητες δε διαφέρει σημαντικά για καλώδια με μηχανικές βλάβες και υδάτινους δενδρίτες.

Σκοπός λοιπόν της δοκιμής δεν είναι να καταδείξει σε ποια τάση έχουμε τη διάσπαση του καλωδίου, αλλά το αποτέλεσμα της δοκιμής είναι ποιοτικό (pass/fail) και όχι ποσοτικό. Άλλωστε και από τους κανονισμούς λαμβάνεται υπόψη μια σχέση ανάμεσα στα αποτελέσματα στα 0,1Hz και στα φαινόμενα αποτελέσματα στα 50Hz.

πηγές:atengineering.gr και Διπλωματική εργασία (Ηλεκτρικές δοκιμές σε καλώδια μέσης τάσης) του Χριστοδούλου Χρήστου-Ηλεκτρολόγου Μηχανικού ΕΜΠ