Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Nové metody zkoušek výkonových vypínačů a jejich vyhodnocování

číslo 8-9/2004

inovace, technologie, projekty

Nové metody zkoušek výkonových vypínačů a jejich vyhodnocování

Dipl. Ing. Frank Richter,
KoCos Messtechnik AG

Požadavky na zkoušení výkonových vypínačů stále stoupají, zároveň však klesá počet odborníků schopných tyto zkoušky v různých odvětvích energetiky provádět. Proto nemá jednotlivý zkušební technik často potřebné odborné vědomosti, aby naměřené hodnoty a výsledky správně vyhodnotil. O to více je požadována taková zkušební technika, která umožní zkušebnímu technikovi použít automatické zkoušení a analýzu výsledků.

Vysokonapěťové vypínače se nacházejí v uzlech elektrických sítí a na jejich provozní spolehlivost jsou kladeny extrémní požadavky. Vypínače jsou stále vystaveny vnějším rušivým vlivům, jako jsou nečistoty, vlhkost a hodnoty změny teploty. Často se roky nepoužívají, a přesto musí při poruchových podmínkách (např. při bouřce) v co nejkratším čase – až 20 × nebo vícekrát za sebou – spolehlivě spínat.

Obr. 1

Pravidelné podchycení a měření rozhodujících parametrů, při pravidelné údržbě i mimo plán pravidelných revizí, je nepostradatelné pro včasnou a preventivní reakci na případnou změnu spínacích poměrů. Pro úplné posouzení funkční schopnosti vypínače musí být přitom stanoveny různé elektrické a mechanické parametry. K těm patří např. rychlost a zdvih hlavních kontaktů a vlastní doba sepnutí. Odchylky od jmenovitých hodnot ukazují na závadu v pohonu vypínače nebo ve spínací komoře. Důležitými indikátory pro rozvíjející se chybu jsou vedle mechanických také elektrické parametry. Tak např. amplitudy a časové průběhy ovládacích proudů vypínací cívky se stávají důležitým vodítkem o stavu: změny ovládacích sil, např. spojené s mechanickým opotřebením, jsou zpravidla viditelné přímo na amplitudě a tvaru křivky.

Moderní zkušební soupravy vypínačů jsou schopny snímat a synchronně zaznamenávat nejen údaje stavu hlavních a pomocných kontaktů, ale také ovládací proudy cívek, ovládací proudy pružinového pohonu, motoru čerpadla, ventilové tlaky a pohyb, stejně jako i mechanický pohyb hlavních kontaktů. Jen tak je možné prověřit všechny parametry určující provozuschopnost vypínače a zjistit jeho vnitřní stav, aniž by se musel pohon, nebo dokonce spínací komora otevírat.

Zvláštní požadavky na technické vybavení: dynamické časové měření

Podle provedení vypínače se liší počet měřených analogových a binárních signálů. Proto jsou požadavky při zkoušení vypínače vn pouze s jednou spínací cestou na pól a trojpólovým pružinovým pohonem pochopitelně podstatně menší než při zkoušení vypínače vvn se čtyřmi spínacími cestami a jednopólovým hydraulickým pohonem.

Obr. 2

Zkušební zařízení řady ACTAS (ACTAS – Advanced Circuit Breaker Test and Analysing System), které vyrábí firma KoCoS Messtechnik AG, Korbach [1] a na český trh dodává firma INGEA, s. r. o. [6] (obr. 1), umožňuje díky modulární výstavbě a flexibilnímu zkušebnímu programu (softwaru) přizpůsobení pro každou představitelnou měřicí úlohu. Je-li pro zkoušku zapotřebí speciální hardware, je možné jej sestavit z modulů ACTAS. Jako příklad může sloužit „dynamické časové měření“ (Dynamic Timing), které je možné s přístrojovou variantou ACTAS P16DYN (obr. 2). Tento postup se používá na vysokonapěťovém výkonovém vypínači s grafitovými kontakty, kde obvyklá měřicí metoda s komparátory selhává. Při tomto provedení kontaktů vzniká problém, že při sepnutí dvou různých materiálů není pro vyhodnocení k dispozici žádný zřetelný digitální průběh odporu kontaktů. Případ od případu dochází mnohokrát k zákmitům a ke zřetelně analogovému chování průběhu odporu. Jednoduché rozlišení zapnutého a vypnutého stavu se spínacím prahem zde není možné rozeznat. Přístroj ACTAS používá metodu, kdy pro analogové měření odporu kontaktů je užito šest oddělených měřicích obvodů typu Kelvin najednou (čtyřvodičové zapojení) při měřicím proudu 10 A DC. Naměřené hodnoty jsou zpracovány softwarem podle homologovaného algoritmu firmy Siemens [2], který je porovnává s idealizovaným průběhem odporu, a tak jsou získány platné spínací body. ACTAS P16DYN tak nabízí – jako celosvětově ojedinělý zkušební systém – možnost provést dynamické časové měření současně až na šesti spínacích komorách. Velmi důležitý vedlejší efekt této zkušební metody z hlediska bezpečnosti je fakt, že vypínač zůstává na obou stranách uzemněn.

Integrální zkoušení

Pojem „integrální zkoušení vypínačů„ obsahuje dva podstatné požadavky:

  1. Zkušební technika by měla kdykoliv po dobu životnosti vypínače („od kolébky do hrobu„) umožnit jeho referenční měření. Veškeré zkoušky, počínaje prvními měřeními ve vývoji, přes životnostní, typové, kusové a provozní až po poslední revizi, musí být provedeny stejnou metodou. To znamená stejné zkušební předpisy a postupy, zkušební hardware a formáty dat. Přístroje řady ACTAS firmy KoCoS proto nabízejí paletu zkušebních zařízení, jejichž vybavení je optimálně navrženo pro různé případy použití. Veškerá zkušební zařízení jsou parametrizována a obsluhována stejným programem. Záznamy z měřicích zařízení jiných výrobců mohou být importována přes různá softwarová rozhraní. Podobně mohou být data zaznamenaná přístrojem ACTAS exportována v různých formátech pro další zpracování a analýzu.

  2. Všechny měřené hodnoty a parametry, které jsou nutné k určení provozuschopnosti, musí být zjištěny v průběhu jednoho jediného měřicího cyklu. Z toho plyne požadavek na měřicí zařízení, aby všechny měřené signály byly připojeny a vyhodnocovány současně. Měřicí zařízení musí proto disponovat odpovídajícím počtem analogových vstupů a výstupů, stejně jako dostatečnou kapacitou paměti. Zvláště tento parametr je důležitý, neboť v závislosti na koncepci pohonu vypínače trvá typický spínací cyklus, včetně souvisejících parametrů (pružinový pohon, dočerpání provozního tlaku atd.), až 60 s, při nutném rozlišení až 0,1 ms. Podobně není po stránce vyhodnocení postačující vyhodnotit jednotlivé parametry bez parametrů dalších, protože různé parametry se protichůdně ovlivňují. Například příliš málo nastavený přítlak kontaktu může mít za následek kratší dobu spínání (tento parametr by byl samostatně vyhodnocen pozitivně, v tomto případě by to však mohl být výsledek špatného nastavení). Jen současné měření spínacího času a pohybu kontaktů chrání před špatnou interpretací.

Automatizace vyhodnocení: referenční charakteristiky

Jak je u moderních zkušebních zařízení obvyklé, probíhá obsáhlé vyhodnocení pořízených měření pomocí softwaru s expertní funkcí. Úlohou je posouzení zaznamenaných dat, které je plně automatické a spolehlivé, současně s vysokou vypovídací schopností. Všeobecně se děje posouzení jednotlivých parametrů na základě vložených mezních hodnot, na nichž jsou většinou konstrukčně závislé. Protože však různé parametry jsou také vzájemně závislé, neplatí tato metoda vždy. Častokrát se musí v těchto případech najít rovnováha mezi jednotlivými ovlivňovanými parametry. K tomu slouží srovnání naměřených průběhů signálů s referenčními charakteristikami. Myšlenka spočívá v tom, že pokud jsou všechny naměřené průběhy signálů zcela uvnitř tolerančního pásma referenčních charakteristik, leží všechny určující parametry mezi definovanými hranicemi.

Tuto metodu pro určení mechanických poměrů výkonových vysokonapěťových vypínačů požaduje norma IEC 62271-100:2003--05 [3]. Referenční charakteristiky, potřebné pro posouzení naměřených křivek, mohou být získány v rámci typových zkoušek. Definice a vyhodnocení referenčních charakteristik se mohou provádět čistě digitálně: dříve obvyklé analogové rychlozapisovače byly již nahrazeny digitálními a dynamický záznam mechanického pohybu pomocí analogových nebo inkrementálních potenciometrů (inkrement = přírůstek – pozn. red.) patří dnes ke standardní zkušební výbavě.

Obr. 3

Protože jsou všechny potřebné informace k dispozici v digitální formě, může být vyhodnocení softwarem naměřených průběhů signálů uskutečněno automaticky (obr. 3). Přitom se zkouší podle normy, zda naměřené hodnoty nejsou v žádném časovém bodě mimo mezní křivky, které jsou definovány z referenčních charakteristik a přípustných tolerancí. Mezní křivky jsou stanoveny jednoduchým tolerančním vektorem, vztaženým na referenční charakteristiky, jako např. ±2 mm absolutně nebo ±5 % statického zdvihu kontaktů. Referenční charakteristiky a měřené signály jsou všeobecně časově synchronizovány podle okamžiku sepnutí hlavních kontaktů.

Aktuální verze vyhodnocovacího softwaru ACTAS plně podporuje požadavky normy IEC 62271-100:2003-05 [3] pro vytvoření a použití charakteristik. Zadané požadavky normy jsou ještě překročeny tím, že kromě časových průběhů mohou být referenční charakteristiky vytvořeny i pro další libovolné signály, např. proudy cívek nebo tlak ventilu (u výkonových vypínačů s pneumatickým pohonem). Tak je poprvé možné podrobit přesné a jisté analýze libovolné signály, které byly dříve nedostatečně charakterizovány jednotlivými parametry, jako je amplituda a doba trvání.

Protože referenční charakteristiky mohou pocházet z cizích zdrojů nebo být k dispozici jako idealizované křivky, podporuje program ACTAS import charakteristik přes univerzální rozhraní ASCII. Idealizované charakteristiky se mohou vytvořit jen z několika bodů v MS-Excel a pak importovat do programu ACTAS. Samozřejmě se mohou libovolné průběhy, které byly naměřeny v ACTAS, určovat jako referenční charakteristiky. Program ACTAS tak nabízí rozsáhlé řešení pro zkoušení vypínačů, od vývoje, přes výstupní kontrolu v závodě až po zkoušky v poli s velkou výhodou: hodnoty naměřené při vývoji mohou být výrobcem uloženy do plánu zkoušek pro další zkoušení jako referenční charakteristiky. Přední výrobci vypínačů, jako společnost ABB [4], Alstom [5] a Siemens, používají pro uvedené úlohy přístroje ACTAS.

Literatura:

[3] IEC 62271-100:2003-05 High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: High-voltage alternating-current circuit-breakers. Genf/Schweiz: Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale.

Zdroje na internetu:
[1] KoCoS Messtechnik AG, Korbach: www.kocos.com
[2] Siemens AG, Erlangen: www.siemens.com
[4] ABB, Ladenburg: www.abb.com
[5] Alstom, Frankfurt/M: www.alstom.de
[6] INGEA, s.r.o, Praha, www.ingea.cz

INGEA, s. r. o.
Mezi Sklady 3/170
140 00 Praha 4
tel.: 244 462 794, 244 462 920
fax: 244 460 819
e-mail: ingea@ingea.cz
http://www.ingea.cz