„Bo jeden obraz wart jest więcej niż tysiąc słów.” Kamera wyładowań niezupełnych UV-260

Użytkownik standardowego sprzętu do wykrywania wyładowań niezupełnych nie ma łatwego zadania. Aby stworzyć raport z miejsca badań, który będzie przydatny dla służb usuwających problemy w instalacji, zmuszony jest do wykonywania opisów miejsca i uszkodzonego elementu. Musi zaznaczać obiekt na mapach, rejestrować zdjęcia przy użyciu aparatu fotograficznego a ostatecznie ręcznie z tego wszystkiego stworzyć raport. Kamery do wyładowań zmieniają znacząco tę sytuację. Przede wszystkim rejestrują problem przedstawiając go jako obraz widzialny, a jak głosi pewne przysłowie „Jeden obraz wart jest więcej niż tysiąc słów”, co potwierdza się i w tym przypadku. Otrzymujemy zobrazowane miejsce występowania problemu wraz z pozycją GPS, całość może być uzupełniona notatką w oprogramowaniu UV Analyze. Inspektor może dodatkowo przekazać służbom utrzymania obiektu jeszcze jedno ważne źródło informacji – film wideo. Wyładowania niezupełne nie dość, że są niszczące w skutkach, to dodatkowo są zjawiskiem niestałym, zależnym od napięcia, ich wielkość zależy m.in. od warunków pogodowych. Dlatego najlepszym sposobem na przekazanie informacji o wielkości problemu jest tu rejestracja filmu. Wróćmy jednak do zagadnienia, jakim jest wyładowanie koronowe.

Wyładowania koronowe to jedne z trzech wyróżnianych rodzajów wyładowań niezupełnych, czyli przebić wywołanych wysokim napięciem, które jednak nie powoduje zwarcia. Oprócz wyładowań koronowych – najmniej szkodliwych spośród wyładowań niezupełnych – rozróżnia się jeszcze wyładowania powierzchniowe, związane głównie z zanieczyszczeniami powierzchni izolatora oraz wyładowania wewnętrzne, związane z degradacją wewnątrz izolacji. Wyładowania w/w emitują promieniowanie z zakresu fal ultrafioletowych, zakres tych fal przedstawia rysunek poniżej:

Rys. 1. Fale elektromagnetyczne różnej długości

Wyładowanie koronowe to przepływ prądu, najczęściej w powietrzu, z elektrody ulotowej będącej pod wysokim napięciem. Napięcie to powoduje jonizację powietrza, co doprowadza do powstawania wokół elektrody plazmy – zjonizowanej materii zawierającej naładowane elektrycznie cząstki. Powstałe jony przenoszą ładunek w miejsca o niższym potencjale.

Jeśli elektroda ulotowa, którą może stać się każdy obiekt znajdujący się pod wysokim napięciem, posiada odpowiedni „zaostrzony” kształt, wokół tej części wytwarza się duży gradient potencjału, co może doprowadzić do powstania wyładowania. Przy bardzo dużym napięciu może to być iskra lub łuk elektryczny – jeśli powstaje tzw. kanał plazmy. Natomiast wyładowanie koronowe powstaje, gdy napięcie, które wywołuje jonizację jest w danej chwili zbyt niskie, żeby powstał kanał plazmy.

Samo wyładowanie jest niewidoczne w świetle dziennym (w całkowitej ciemności widoczna jest bardzo słaba, niebiesko-fioletowa poświata). Dzieje się tak, gdyż większość wytwarzanego promieniowania znajduje się w zakresie niewidocznego dla ludzkiego oka ultrafioletu. Obecnie wraz z rozwojem detektorów promieniowania UV, dotychczas stosowane akustyczne metody detekcji wyładowań zaczęły ustępować metodom polegającym na rejestracji fal ultrafioletowych w postaci obrazu widzialnego.

Wyładowania koronowe powodują powstawanie widma elektromagnetycznego w zakresie 200..405 nm. Promieniowanie słoneczne zawiera również, oprócz światła widzialnego, promieniowanie w zakresie fal ultrafioletowych. Większość emitowanego przez Słońce promieniowania krótkofalowego pochłania warstwa ozonowa atmosfery ziemskiej. Dodatkowo w urządzeniach do rejestracji wyładowań koronowych, stosuje się odpowiednie filtrowanie, co pozwala wytłumić promieniowanie UV pochodzące od Słońca. Dzięki temu kamera firmy Sonel może pracować także w świetle dziennym bez zakłóceń, operując w zakresie fal 240..280 nm.

Rys. 2. Widmo wyładowania koronowego

W zależności od polaryzacji elektrody ulotowej wyładowanie może być dodatnie lub ujemne. W obu przypadkach głównym źródłem elektronów są fotony, powstające w skutek powrotu wzbudzonych atomów tworzących plazmę na niższe stany energetyczne, stąd przyrządy skaluje się w „fotonach UV”.

Wyładowanie dodatnie jest jednorodne, większość ładunków skupia się w pobliżu elektrody. Wyładowanie ujemne dla takiego samego napięcia zajmuje większy obszar. Ponieważ energia rozłożona jest na tym większym obszarze, stąd wydaje się słabsze i może być trudniejsze w zlokalizowaniu.

W praktyce, kontrolowane wyładowania koronowe wykorzystuje się na przykład w przemyśle do usuwania zapylenia w gazach, powietrzu lub usuwając niepożądane ładunki elektryczne, a w warunkach domowych choćby w jonizatorach powietrza. Z wytwarzaniem ładunków na określonych powierzchniach można zetknąć się na co dzień choćby w drukarce laserowej lub kserokopiarce.

Niepożądane wyładowania koronowe są niekorzystne nie tylko dla urządzeń na których występują. Powodują zakłócania fal radiowych, stąd często problemy z odbiorem sygnału radiowego blisko linii wysokiego napięcia. Powodują straty energii (energia „ucieka” w powietrze). Najbardziej niekorzystnym efektem wyładowań koronowych jest jednak ich niszczący wpływ na izolację, prowadzący do uszkodzeń elementów izolacyjnych, a co za tym idzie, unieruchamianie całych systemów przesyłu energii. Stąd dąży się do zapobiegania powstawaniu wyładowań koronowych oraz likwidacji ich we wczesnej fazie, brak odpowiednich działań może doprowadzić do powstania łuku i trwałych, kosztownych uszkodzeń.

Występowanie nawet niewielkich wyładowań w jednym miejscu może powodować niekorzystne zmiany również z tego powodu, że przepływ prądu oraz zanieczyszczenia powodują powstawanie substancji żrących, pogarszających stan izolatorów, co pozwala na dostęp wilgoci do środka i coraz szybciej postępującą degradację. Zlokalizowanie wyładowań koronowych jest użytecznym ostrzeżeniem przed ich uwidocznieniem, podobnie jak wykrycie problemów za pomocą technik termowizyjnych.

Kamera UV-260 wykrywa i lokalizuje wyładowania koronowe poprzez detekcję sygnału UV generowanego podczas tych wyładowań, co pozwala ocenić poziom wyładowania. Obraz może zostać zatrzymany i zapisany jako obraz nieruchomy, niezależny obraz UV lub nałożony na obraz widzialny; można również rejestrować oglądane wyładowanie w postaci filmu wideo.

Rys. 3a. Obraz UV

 

Rys. 3b. Obraz widzialny

 

Rys. 3c. Obraz UV/widzialny

Rejestrowane obrazy i filmy zapisywane są na wymiennej karcie SD w formacie pozwalającym na odtworzenie w komputerze. W praktyce, ilość występujących wyładowań w określonym czasie jest prezentowana graficznie – jest to tzw. obraz UV. Precyzyjne nałożenie obrazu UV na obraz rzeczywisty oraz wbudowany autofocus, pozwalają na dokładną i bezpieczną lokalizację miejsca z dużej odległości.

 

 

Rys. 4. Wyładowania koronowe w warunkach laboratoryjnych

 

 

Rys. 5. Wyładowania koronowe w warunkach rzeczywistych sieci energetycznych

 

Rys. 6. Wyładowanie koronowe i jego skutki.

Kamera do rejestracji wyładowań koronowych UV-260 jest nowoczesnym, wysokiej jakości przyrządem, łatwym i bezpiecznym w obsłudze. Produkt firmy Sonel jest urządzeniem niewielkich rozmiarów, zwartego kształtu, prostym i ergonomicznym w obsłudze. Podczas prowadzenia długich obserwacji oraz dla wyeliminowania przypadkowych drgań i wstrząsów kamera może być umocowana na statywie.

Rys. 7. Kamera UV-260 zamocowana na statywie

W badaniu rozległych instalacji linii wysokiego napięcia ważna jest możliwość prostego, ale i szybkiego zapisu lokalizacji miejsca przeprowadzonego badania. W tym celu kamera UV-260 została wyposażona w moduł GPS, każdy zapisany plik zawiera dane geolokalizacyjne.

Intuicyjne oprogramowanie „Sonel UV Analyze” pozwala na gromadzenia kolejnych rejestracji (tworzona jest lista rejestracji) oraz wydruk raportów. Do każdej rejestracji można zaimportować zdjęcie lub film nagrany kamerą UV. Odtwarzanie nagrań wideo nie wymaga specjalnego oprogramowania. Pliki można otwierać za pomocą standardowego oprogramowania do oglądania filmów. Jeśli zdjęcie zawierało notatkę głosową, będzie ona również zaimportowana. Wszystkie pola rejestracji można edytować w oknie głównym programu, włącznie z polami uzupełnianymi automatycznie podczas dodawania nowej rejestracji z wartości określonych w danych domyślnych.

Rys. 8. Kamera UV-260

Kamera pozwala w prosty sposób wykrywać problemy nie tylko w infrastrukturze już eksploatowanej przez dłuższy czas, ale także w obiektach dopiero wykonanych i uruchamianych, gdzie nierzadko problemem są błędnie zamontowane lub uszkodzone elementy (np. pęknięte izolatory porcelanowe czy szklane). W takich przypadkach wykrycie ulotu pozwala na usunięcie problemu zanim dojdzie do większych uszkodzeń. Decydując się na zakup kamery UV-260, Użytkownik otrzymuje źródło cennych informacji, niedostępnych za pomocą innych technik lub urządzeń. Jest to narzędzie oszczędzające czas i nakłady, zwłaszcza w obiektach rozbudowanych czy rozległych.