מדריך מקיף לזיהוי אקוסטי של פריקה חלקית

מבוא

פריקה חלקית במערכות בידוד של שנאי זרם מהווה את האיתות המוקדם האמין ביותר לכשל מתקרב בבידוד — וזיהוי פליטת קול הוא השיטה המעשית ביותר לזיהוי פריקה חלקית פעילה בשנאים מותקנים להפצת חשמל, מבלי להוציא את הציוד משימוש. שנאי שחווי פריקה חלקית פעילה בתוכו משדר את מצבו המידרדר באמצעות אותות קוליים אולטראסוניים המתפשטים דרך חומר הבידוד והמעטפת שלו — אותות שניתן לזהות באמצעות ה- חיישן פיזואלקטרי¹ ציוד, שניתן לפרש באמצעות המתודולוגיה הנכונה, וניתן לפעול על פיו באמצעות תגובת תחזוקה מתאימה, והכל ללא דקה אחת של השבתה מתוכננת.

התשובה הישירה היא זו: זיהוי אקוסטי של פריקה חלקית במתאמי זרם (CT) להפצת חשמל מתבצע באמצעות זיהוי גלי לחץ אולטראסוניים — בדרך כלל ב- טווח תדרי הקול² — הנוצרים בכל פעם שמתרחש אירוע של פריקה חלקית בתוך מערכת הבידוד של שנאי הזרם, וטכניקה זו בעלת ערך ייחודי לתחזוקת שנאי זרם מותקנים, שכן היא אינה פולשנית, אינה מצריכה ניתוק של המעגל המשני, ניתנת לביצוע בתנאים של מתח פעיל, ומספקת מידע על המיקום שאינו ניתן להשגה באמצעות שיטות מדידה חשמליות של פריקה חלקית — מה שמאפשר לצוותי התחזוקה להבחין בין פגמים פנימיים בבידוד שנאי הזרם, המחייבים החלפה דחופה, לבין מקורות קורונה חיצוניים שאינם מצריכים התערבות בשנאי הזרם.

מהנדסי תחזוקת רשתות חשמל, מומחים להערכת מצב הבידוד וצוותי אמינות האחראים על ניהול צי המכשירים (CT), מדריך זה מספק את המסגרת הטכנית המלאה לזיהוי פריקות חלקיות באמצעות פליטה אקוסטית — החל מהפיזיקה של יצירת האות האקוסטי, דרך בחירת החיישנים, מתודולוגיית המדידה, פרשנות האות ועד קבלת החלטות בנושא תחזוקה.

תוכן העניינים

• מהו פריקה חלקית במערכות בידוד CT וכיצד פועלת זיהוי פליטה אקוסטית?
• כיצד לבחור ולמקם חיישני פליטה אקוסטית לצורך זיהוי פריקה חלקית באמצעות CT?
• כיצד לבצע קמפיין מדידה מובנה של פריקות חלקיות אקוסטיות באמצעות CT?
• כיצד לפרש אותות פליטה אקוסטית ולקבל החלטות בנוגע לתחזוקת CT?
• שאלות נפוצות בנושא זיהוי אקוסטי של פריקה חלקית במתקני חלוקת חשמל מסוג CT

מהו פריקה חלקית במערכות בידוד CT וכיצד פועלת זיהוי פליטה אקוסטית?

פריקה חלקית היא פריקה חשמלית המגשרת רק על חלק מהבידוד שבין המוליכים — היא אינה מהווה נתיב פריצה מלא בין מוליך המתח הגבוה לאדמה, אך היא גורמת לבלאי הדרגתי של חומר הבידוד המקיף את אתר הפריקה, עד שלבסוף נוצר נתיב פריצה מלא. במערכות בידוד CT — בין אם מדובר בנייר משומן, שרף אפוקסי יצוק או גז SF₆ — פריקה חלקית היא מנגנון השחיקה העיקרי הממיר מערכת בידוד מתקינה לבלתי תקינה על פני פרק זמן הנע בין חודשים לשנים, בהתאם לעוצמת הפריקה ולסוג הבידוד.

הפיזיקה של פריקה חלקית בבידוד CT

פריקה חלקית מתרחשת באזורים שבהם הבידוד חלש — חללים בשרף יצוק, בועות גז בבידוד נייר-שמן, ממשקי התקלפות, תכלילים מתכתיים ואזורים שבהם מתח השדה החשמלי גבוה באופן מקומי. באזורים אלה, השדה החשמלי המקומי עולה על עמידות הפריצה של חומר הבידוד בתוך הפגם — בדרך כלל חלל מלא בגז שבו עמידות הדיאלקטריות נמוכה בהרבה מזו של הבידוד המוצק או הנוזלי שמסביבו.

כאשר השדה המקומי עולה על עוצמת ההתפרקות של החלל, מתרחשת פריקה מהירה בתוך החלל — הנמשכת בין ננו-שניות למיקרו-שניות. פריקה זו:

• מבחינה חשמלית: מייצר פולס זרם במעגל הראשי ופולס מושרה תואם במעגל המשני — הבסיס לשיטות המדידה החשמליות של תופעות פריקה חלקית (PD)
• מבחינה תרמית: מפקיד אנרגיה באתר הפריקה, גורם לפחמת חומר הבידוד הסובב ומגדיל את החלל הריק במהלך מחזורי פריקה רצופים
• מבחינה אקוסטית: יוצר שינוי לחץ מקומי מהיר — דחף מכני — המתפשט החוצה מנקודת הפליטה כגל אקוסטי דרך חומר הבידוד הסובב ומארז ה-CT

הפליטה האקוסטית הנובעת מאירוע של פריקה חלקית היא פולס לחץ רחב-פס בעל תכולת אנרגיה משמעותית בטווח התדרים האולטרא-סוני של 20–500 קילוהרץ. האות מתפשט דרך חומר הבידוד של שנאי הזרם — שמן, שרף או גז — ודרך דפנות בית השנאי, הולך ונחלש עם המרחק ומוחזר בממשקי החומרים, עד שהוא מגיע למשטח החיצוני של שנאי הזרם, שם ניתן לזהותו באמצעות חיישן פיזואלקטרי במגע.

פרמטרים טכניים עיקריים המגדירים את זיהוי פריקות חלקיות אקוסטיות באמצעות CT:

• טווח תדרי פליטת הקול: 20–300 קילוהרץ עבור PD פנימי במתמר זרם; אנרגיית שיא בדרך כלל בטווח 80–150 קילוהרץ עבור בידוד מתמר זרם מסוג שמן-נייר; 100–250 קילוהרץ עבור בידוד מתמר זרם מסוג שרף יצוק
• מהירות התפשטות האות: 1,400–1,500 מטר לשנייה בשמן שנאים; 2,500–3,500 מטר לשנייה בשרף אפוקסי יצוק; 5,100 מטר לשנייה במארז פלדה — הבדלי המהירות מאפשרים לאתר את מקור הגל באמצעות שיטות מדידת זמן ההגעה
• הנחתת אות: 6–12 dB לכל 100 מ"מ בשמן; 15–25 dB לכל 100 מ"מ בשרף יצוק; ההנחתה גוברת עם העלייה בתדר — רכיבים בתדר נמוך יותר מתפשטים למרחק רב יותר ממקור הפליטה
• סף הזיהוי: מטען ה-PD המינימלי שניתן לזהות שווה בערך ל-100–500 pC עבור חיישנים פיזואלקטריים במגע המותקנים על גוף מכשיר ה-CT; מדידת PD חשמלית רגישה יותר (5–10 pC) אך דורשת גישה למעגל משני
• תגובת התדר של החיישן: חיישנים פיזואלקטריים רחבי פס: תגובה שטוחה בטווח 20–300 kHz; חיישנים פיזואלקטריים תהודיים: רגישות שיא ב-150 kHz ±20%; חיישנים תהודיים מספקים רגישות גבוהה יותר בתדר התכנון, אך אינם קולטים אותות מחוץ לתחום התהודה
• תקנים רלוונטיים: IEC 60270³ (מדידת פריצת דיאלקטריקה חשמלית — שיטת ייחוס), IEC 62478 (טכניקות בדיקה במתח גבוה — פליטה אקוסטית), IEC 60599 (ניתוח גזים מומסים — שיטת אבחון משלימה)

היתרון של זיהוי פליטה אקוסטית על פני מדידת PD חשמלית ביישומים של תחזוקה בשטח:

מדידת PD חשמלית לפי תקן IEC 60270 היא השיטה המקובלת לכימות PD — היא מספקת מדידות מטען מכוילות ביחידות פיקוקולומב, והיא השיטה המשמשת לבדיקות קבלה במפעל. עם זאת, מדידת PD חשמלית בשטח מחייבת גישה למעגל המשני של שנאי הזרם (CT), קבל צימוד מכויל וסביבת מדידה נטולת רעש — תנאים שקשה מאוד להשיג בתחנת חלוקת חשמל המופעלת. זיהוי פליטה אקוסטית דורש רק גישה פיזית למשטח בית ה-CT — ניתן לבצעו כאשר ה-CT מחובר לחשמל במלואו, תחת עומס, ללא כל שינוי במעגל המשני, ובנוכחות סביבת רעש אלקטרומגנטי שהופכת את מדידת ה-PD החשמלית לבלתי מעשית בשטח.

כיצד לבחור ולמקם חיישני פליטה אקוסטית לצורך זיהוי פריקה חלקית באמצעות CT?

בחירת החיישן ומיקומו הם שני הגורמים המשפיעים ביותר על איכות הזיהוי האקוסטי של פריצות דיסק — חיישן שנבחר כהלכה אך ממוקם במיקום שגוי יחמיץ אותות של פריצת דיסק פנימית, ואילו חיישן הממוקם כהלכה אך בעל תגובת תדר שגויה יזהה הפרעות חיצוניות במקום פריצה פנימית.

בחירת חיישנים לזיהוי PD אקוסטי באמצעות CT

חיישני מגע פיזואלקטריים (שיטה עיקרית):
חיישנים פיזואלקטריים במגע נלחצים כנגד משטח מעטפת ה-CT ומזהים גלים אקוסטיים המועברים דרך דופן המעטפת. הם מספקים את הרגישות הגבוהה ביותר לזיהוי PD פנימי ומהווים את השיטה הסטנדרטית לביצוע סקרי PD אקוסטיים ב-CT.

קריטריונים לבחירה:

• טווח תדרים: 50–200 קילוהרץ עבור שנאים טבולים בשמן; 80–300 קילוהרץ עבור שנאים יצוקים משרף — הנחתה הגבוהה יותר של השרף מחייבת רגישות לתדרים גבוהים יותר כדי לזהות אותות ממקור הפריקה לפני שהם נחלשים לרמת הרעש הרקע
• רגישות: מינימום -65 dB ביחס ל-1 V/μbar לזיהוי אמין של מקורות פריצת דיאלקטרי (PD) במרחקים של עד 300 מ"מ דרך שמן; מינימום -55 dB ליישומים עם שרף יצוק
• תאימות דיור: בסיס הרכבה מגנטי למארזי CT פרומגנטיים — מספק כוח חיבור עקבי ומיקום חוזר ונשנה של החיישן לצורך מעקב אחר מגמות; חיבור באמצעות דבק למארזים שאינם פרומגנטיים

חיישנים אולטראסוניים מוטסים (שיטה משלימה):
חיישני אולטרה-סאונד ללא מגע מזהים פליטה אקוסטית באוויר שמקורה בקורונה על פני השטח ובמקורות PD חיצוניים. הם משמשים להבחנה בין קורונה חיצונית — המייצרת אותות חזקים באוויר אך אותות מגע חלשים — לבין PD פנימי, המייצר אותות מגע חזקים אך אותות חלשים באוויר.

מיקום החיישנים בסוגים שונים של מכשירי CT

CT בשמן (תותב מחרסינה או מחומר מרוכב):

• מיקום החיישן הראשי: דופן תחתונה של המיכל, 50–100 מ"מ מעל קרקעית המיכל — אותות אקוסטיים המועברים בשמן ממקורות פריצת דיאלקטריים פנימיים מתפשטים כלפי מטה ומתרכזים בקרקעית המיכל; מיקום זה ממקסם את יחס האות לרעש לצורך זיהוי פריצות דיאלקטריות פנימיות
• מיקום החיישן המשני: במרכז דופן המיכל, בזווית של 90° ביחס לחיישן הראשי — מאפשר איתור מקור דו-ממדי באמצעות השוואת זמני ההגעה
• יש להימנע מ: משטח התותב — תופעת קורונה חיצונית על משטח התותב מייצרת אותות אקוסטיים חזקים העלולים להסתיר את אותות ה-PD הפנימיים אם החיישן ממוקם על התותב

שרף יצוק CT (עטוף באפוקסי):

• מיקום החיישן הראשי: בבסיס גוף ה-CT, ישירות על משטח האפוקסי — לשרף יצוק יש יכולת הנחתה אקוסטית גבוהה יותר מאשר לשמן, ולכן יש למקם את החיישן קרוב ככל האפשר למיקום הצפוי של מקור ה-PD (בדרך כלל בממשק בין מוליך המתח הגבוה לבין השרף או בממשק בין הליבה לשרף)
• מיקומים משניים של החיישנים: במרווחים של 120° סביב היקף גוף ה-CT — מאפשר איתור מקור תלת-נקודתי עבור מכשירי CT המוקפים בשרף
• חומר צימוד: ג'ל צימוד אקוסטי נדרש לשימוש עם שרף יצוק — חספוס פני השטח של האפוקסי יוצר חללים אוויריים המנמיכים באופן משמעותי את עוצמת האותות בתדרים הגבוהים ללא ג'ל צימוד

אימות איכות הצימוד

לפני שתתחיל להקליט מדידות PD, יש לוודא את איכות הצימוד האקוסטי:

$SNR_{coupling} = 20 \times \log_{10}\left(\frac{V_{signal}}{V_{noise}}\right) \geq 6 \text{ dB}$

יש להפעיל דופק שבירת עופרת עיפרון (מקור: Hsu-Nielsen) על משטח מעטפת ה-CT במרחק של 100–200 מ"מ מהחיישן — פעולה זו מייצרת דופק אקוסטי רחב-פס המאמת שהחיישן מחובר כהלכה ושמסלול האות שלם. חיישן המחובר כהלכה יציג תגובת דופק נקייה עם יחס אות לרעש (SNR) של 6 dB ומעלה מעל לרמת הרעש הרקע.

כיצד לבצע קמפיין מדידה מובנה של פריקות חלקיות אקוסטיות באמצעות CT?

ביצוע סדרת מדידות PD אקוסטיות מובנות עבור צי של שנאי חלוקת חשמל מחייב פרוטוקול מדידה מוגדר, המאפשר השוואה בין שנאים, בין תקופות מדידה, ובין השנאי הנבדק לבין שנאי ייחוס תקין וידוע — שכן רמות האות האקוסטיות המוחלטות אינן משמעותיות ללא הקשר; דווקא הרמות היחסיות והמגמות הן שמאפשרות לזהות הידרדרות בבידוד.

שלב 1: קביעת מדדי בסיס

לפני שניתן יהיה לזהות תקלות ב-CT באמצעות זיהוי PD אקוסטי, יש לקבוע ערכי בסיס עבור כל מכשיר CT בצי, בתנאים שבהם ידוע כי המכשיר תקין:

• יש לתעד את ערכי הבסיס בעת ההפעלה או במצב התקין האחרון הידוע: יש למדוד ולתעד את רמת האות האקוסטי, את ספקטרום התדרים ואת דפוס הפאזות עבור כל סורק CT בעת ההפעלה או מיד לאחר בדיקת בידוד תקינה
• תנאי מדידת המסמך: יש לתעד את מתח הראשי, הזרם הראשי, טמפרטורת הסביבה ותנאי מזג האוויר — רמות האותות האקוסטיים של פריקת חלקיקים משתנות בהתאם למתח (מתח ההתחלה של פריקת חלקיקים) ולטמפרטורה (צמיגות הבידוד משפיעה על התפשטות האות בשמן)
• הגדרת התייחסות לצי: יש לזהות את ההתפלגות הסטטיסטית של רמות האותות האקוסטיים בצי מכשירי ה-CT — מכשירי CT שרמות האותות שלהם גבוהות ב-6 dB ויותר מהחציון של הצי מחייבים בדיקה, ללא תלות ברמה המוחלטת

שלב 2: הגדרת סדר המדידות ותדירותן

• סקר שנתי לעובדי CT עם ותק של 15 שנים ומעלה: הידרדרות הבידוד מואצת במחצית השנייה של חיי השירות של ה-CT; בדיקות PD אקוסטיות שנתיות מספקות רזולוציה זמנית מספקת לזיהוי ההידרדרות בטרם תגיע לרמות קריטיות
• סקר חצי-שנתי עבור מתקני טיפול בקרינה (CT) עם בעיות בידוד ידועות: CT-ים שהראו רמות אקוסטיות גבוהות בסקר הקודם, CT-ים עם ממצאים חריגים ניתוח גז מומס⁴ תוצאות, וכן מחשבי CT שחוו אירועי עומס תרמי
• סקר מיידי לאחר אירועי תקלה: כל שנאי זרם (CT) שנחשף לזרם תקלה העולה על 50% מהזרם המדורג לזמן קצר, מחייב ביצוע הערכת PD אקוסטית בתוך 30 יום — הלחץ התרמי הנגרם מזרם התקלה עלול לגרום להתדרדרות הבידוד, המתבטאת ב-PD בתוך שבועות ספורים ממועד התקלה

שלב 3: הפעלת פרוטוקול המדידה

1. הכינו את סביבת המדידה: יש למדוד את רמת הרעש הסביבתי באמצעות חיישן המחובר למארז ה-CT, אך כאשר מקור האות מנותק — פעולה זו קובעת את רמת הרעש הבסיסית לצורך חישוב יחס האות לרעש (SNR); אם הרעש הסביבתי עולה על -40 dBV בתדר המדידה, יש לזהות ולסלק את מקורות הרעש לפני שממשיכים
2. הצב את החיישן במיקומים שנקבעו: השתמש במיקום הספציפי לסוג ה-CT שהוגדר בשלב 1 בפרק בחירת החיישנים; מרח ג'ל צימוד עבור CTs עם יציקת שרף; אמת את איכות הצימוד באמצעות בדיקת מקור Hsu-Nielsen
3. הקלט את צורת הגל בתחום הזמן: יש להקליט לפחות 10 שניות של אות אקוסטי רציף בכל מיקום חיישן — די בכך כדי לצפות במספר מחזורי תדר חשמל ולזהות פעילות PD המתואמת לפי שלב
4. הקלטת ספקטרום התדרים: ניתוח FFT של צורת הגל שנלכדה; זיהוי רכיבי תדר שיא; השוואה לספקטרום הבסיס — רכיבי תדר חדשים מעל לקו הבסיס מצביעים על פעילות PD חדשה
5. שיא תבנית PD ברזולוציה שלב⁵: יש לסנכרן את מדידת הקול עם שלב המתח בתדר הרשת באמצעות אות מתח ייחוס; יש לתאר את הקשר בין משרעת האירוע האקוסטי לזווית הפאזה — צורת דפוס ה-PRPD מזהה את סוג מקור ה-PD
6. יש לבצע ניתוח זמן הגעה באמצעות חיישנים מרובים: אם מותקנים שני חיישנים או יותר בו-זמנית, יש לתעד את הפרש הזמנים בהגעת האותות האקוסטיים (TDOA) בין מיקומי החיישנים — דבר המאפשר חישוב מיקום המקור

שלב 4: חישוב מיקום המקור

עבור שני חיישנים הממוקמים במיקומים ידועים על גוף ה-CT:

$\Delta d = v_{oil} \times \Delta t$

איפה $\Delta t$ הוא הפרש הזמנים הנמדד בין הגעת $v_{שמן}$ היא מהירות התפשטות הקול בשמן (1,450 מטר לשנייה). המקור נמצא על היפרבולה המוגדרת על ידי הפרש אורך המסלול הקבוע $\Delta d$ — כאשר יש שלושה חיישנים או יותר, נקודת המפגש של מספר היפרבולות מספקת את מיקום מקור נקודתי.

במקרה של CT בעל גיאומטריה פנימית ידועה, ניתן להשיג דיוק במיקום המקור של ±20–50 מ"מ באמצעות שלושה חיישנים ומדידת TDOA מדויקת — די בכך כדי להבחין בין מקור PD בממשק מוליך המתח הגבוה (החמור ביותר), בממשק בין הליבה לבידוד (חומרה בינונית) ובדופן המיכל (חומרה נמוכה ביותר).

תרחישי יישום

• סקר שנתי של צי ה-CT בתחנות חלוקת החשמל: הצבת חיישנים פיזואלקטריים על דופן תחתונה של המיכל; סקר משרעת וספקטרום באמצעות חיישן בודד; השוואה לנתוני הבסיס של הצי; סימון CTs עם עלייה של יותר מ-6 dB ביחס לנתוני הבסיס לצורך סקר רב-חיישני מעקב
• הערכת מצב בידוד CT ישן (מעל 20 שנות שירות): פריסת חיישנים מרובים עם ניתוח PRPD; איתור מקור באמצעות TDOA; התאמה לתוצאות ניתוח הגז המומס; קבלת החלטות תחזוקה על סמך ראיות אקוסטיות וכימיות משולבות
• הערכת בידוד CT לאחר תקלה: סקר מיידי באמצעות חיישן בודד בתוך 30 יום ממועד התרחשות התקלה; השוואה לנתוני הבסיס מלפני התקלה; רמת אות מוגברת מפעילה תוכנית ניטור מואצת
• בסיס ייחוס חדש להפעלת CT: סקר רב-חיישני מקיף בעת ההפעלה; תבנית PRPD נרשמה כנקודת ייחוס; ספקטרום התדרים תועד; התוצאות נשמרו בתיק ניהול הנכסים של CT כנקודת ייחוס לכל אורך חיי המכשיר

כיצד לפרש אותות פליטה אקוסטית ולקבל החלטות בנוגע לתחזוקת CT?

מסגרת לפרשנות אותות

פירוש אותות PD אקוסטיים מחייב הבחנה בין ארבע קטגוריות של אותות, המייצרות טווחי משרעת חופפים אך מתאפיינות בספקטרום תדרים, בדפוסי פאזות ובהשלכות תחזוקתיות שונים בתכלית:

קטגוריה 1: פריקת חלל פנימי (הקריטית ביותר)

• מאפיינים אקוסטיים: דחפים חוזרים בקצב חזרה של פי 2 מתדר החשמל (שני אירועי פריקה בכל מחזור מתח — אחד במחצית המחזור החיובית, ואחד במחצית השלילית); תדר שיא של 80–150 קילוהרץ; האות חזק יותר בחיישן מגע מאשר בחיישן אווירי
• תבנית PRPD: אשכולות סימטריים במיקומים פאזיים של 45° ו-225° (פסגות מתח חיוביות ושליליות); התפלגות המשרעת עוקבת אחר התפלגות גאוסיאנית בתוך כל אשכול
• השלכות על התחזוקה: הידרדרות פעילה בבידוד הפנימי — יש לתכנן את ההחלפה במהלך ההשבתה המתוכננת הבאה; יש להגביר את תדירות הניטור לתדירות חודשית עד להחלפה

קטגוריה 2: זרימה על פני השטח (חומרה גבוהה)

• מאפיינים אקוסטיים: דפוס פולסים לא סדיר; קיימת קורלציה לתדר החשמל, אך היא א-סימטרית; תדר שיא 50–100 קילוהרץ; האות ניתן לזיהוי הן בחיישני מגע והן בחיישני אוויר
• תבנית PRPD: אשכולות א-סימטריים — חזקים יותר במחצית מחזור אחת מאשר בשנייה; התפלגות משרעת לא סדירה המעידה על התנהגות פריקה לא יציבה
• השלכות על התחזוקה: בלאי בבידוד השטח — בדרך כלל בממשק בין התותב לאוגן או בין הליבה לשרף; יש להחליף; אין לדחות את הטיפול מעבר להפסקת הפעילות המתוכננת הבאה

קטגוריה 3: קורונה חיצונית (חומרת CT נמוכה)

• מאפיינים אקוסטיים: רעש רציף ולא פולסים נפרדים; אות מוליך אוויר חזק; אות מגע חלש או נעדר; תדר שיא 20–50 קילוהרץ
• תבנית PRPD: מרוכז בנקודות מעבר האפס של המתח (90° ו-270°); התפלגות משרעת אחידה מאוד
• השלכות על התחזוקה: קורונה חיצונית שמקורה במוליכים, מבודדים או רכיבים סמוכים — אין פגיעה בבידוד ה-CT; יש לאתר ולתקן את מקור הקורונה החיצונית; אין צורך בהחלפת ה-CT

קטגוריה 4: רעידות מכניות והפרעות (ללא PD)

• מאפיינים אקוסטיים: אות רציף בתדר הרשת ובהרמוניות (50 הרץ, 100 הרץ, 150 הרץ); ללא מתאם עם שלב המתח; האות קיים בחיישן המגע אך אינו מתואם לשלב
• תבנית PRPD: התפלגות אחידה על פני כל זוויות הפאזה — ללא מתאם פאזות
• השלכות על התחזוקה: רטט מכני הנובע ממגנטוסטריקציה, מרכיבים רופפים או ממקורות מכניים חיצוניים — אין מדובר באות PD; אין חשש לבעיית בידוד; יש לבדוק את המקור המכני אם רמת הרטט גבוהה

תרשים זרימה להחלטות תחזוקה

הקשר עם שיטות אבחון משלימות

איתור PD אקוסטי מספק את האבחון השדה המעשי ביותר — אך מסקנותיו מתחזקות הודות לקורלציה עם שיטות משלימות:

• ניתוח גזים מומסים (DGA): היווצרות מימן (H₂) ומתאן (CH₄) ב-CTs המוטבלים בשמן מאשרת תופעת פריצת דיאלקטרי (PD) פעילה; אצטילן (C₂H₂) מעיד על פריקת קשת חשמלית בעלת אנרגיה גבוהה; הקשר בין העלייה ברמת האות האקוסטי לבין קצב היווצרות הגזים ב-DGA מאשר את קיומו של מקור פריקה פנימי
• הדמיה תרמית (אינפרא-אדום): נקודות חמות על פני השטח של בית הנורה מצביעות על חימום התנגדותי הנובע ממסלולי פריקה; הקשר עם אותות אקוסטיים באותו המיקום מאשר פעילות פריקה על פני השטח
• מדידת פריצת דיאלקטריקה חשמלית (IEC 60270): מספק מדידת טעינה מכוילת ביחידות pC — הנדרשת לצורך הערכת חומרת המצב באופן מוחלט; מתבצע במהלך הפסקת חשמל מתוכננת, כאשר ה-CT מנותק מהחשמל והמעגל המשני נגיש

טעויות נפוצות בפרשנות

• ייחוס כל האותות האקוסטיים המוגברים ל-PD פנימי: קורונה חיצונית שמקורה בציוד סמוך היא הגורם השכיח ביותר לאינדיקציות אקוסטיות כוזבות של פריקת חלקיקים (PD) בתחנות משנה להפצת חשמל; יש להשוות תמיד בין אותות חיישני המגע לאותות חיישני האוויר לפני שמסיקים כי קיימת פריקת חלקיקים פנימית
• קבלת החלטות בנוגע להחלפה בהתבסס על משרעת של מדידה בודדת בלבד: תוצאה בודדת של משרעת מוגברת, ללא ניתוח דפוס PRPD, השוואת ספקטרום תדרים ומתאם לקו הבסיס, אינה מספקת ראיות מספיקות לצורך קבלת החלטה על החלפה; הערכת PD אקוסטית מחייבת את חבילת אפיון האות המלאה
• התעלמות מאותות אקוסטיים הנמצאים מתחת ל“סף האזעקה”: הידרדרות הדרגתית בבידוד גורמת לעלייה מתמשכת ברמות האותות האקוסטיים לאורך חודשים ואף שנים; אות שנמצא כיום 3 dB מעל לרמת הבסיס ו-4 dB מעל לרמת הבסיס בסקר הבא מעורר דאגה רבה יותר מאשר אות שנמצא 6 dB מעל לרמת הבסיס אך נשאר יציב — המגמה מספקת מידע רב יותר מהרמה המוחלטת
• ביצוע בדיקת PD אקוסטית מיד לאחר תנודה במתח או אירוע מיתוג: פעולות מיתוג מייצרות אותות אקוסטיים העלולים להישאר באוויר במשך דקות ארוכות ב-CTs המוטבלים בשמן; יש להמתין לפחות 30 דקות לאחר כל פעולת מיתוג לפני תחילת מדידות PD אקוסטיות

סיכום

זיהוי פריקות חלקיות באמצעות פליטה אקוסטית הוא הטכניקה המעשית ביותר לניטור מצב הקיימת עבור שנאי זרם (CT) להפצת חשמל המותקנים בשטח — היא אינה מצריכה הפסקת חשמל, גישה למעגלים משניים, תשתית תחנת משנה מיוחדת או שינויים בשנאי הזרם או במעגלים המחוברים אליו. הערך של הטכניקה אינו טמון בזיהוי פריקה חלקית (PD) ברגע בודד בזמן — אלא ביצירת קו בסיס לכל CT בצי, מעקב אחר מגמות ברמת האות האקוסטי לאורך סדרות מדידות רצופות, ושימוש בתבנית המפורקת לפי פאזות ובספקטרום התדרים כדי להבחין בין פריקה פנימית של חלל ריק, המחייבת החלפה דחופה, לבין קורונה חיצונית, שאינה מצריכה התערבות ב-CT. בניהול צי שנאים להפצת חשמל, זיהוי פריקות חלקיות באמצעות פליטה אקוסטית הוא ההשקעה בתחזוקה שהופכת את התגובה התגובתית לכשל בשנאים — החלפה דחופה לאחר כשל בלתי צפוי בבידוד — לניהול נכסים מתוכנן, שבו שנאים המתבלים מזוהים חודשים לפני הכשל ומוחלפים במהלך הפסקות חשמל מתוכננות, ללא הסיכון הבטיחותי, הפסקת השירות לצורך הגנה ועלויות הרכש הדחופות הכרוכות בכשל בלתי מתוכנן בשנאים.

שאלות נפוצות בנושא זיהוי אקוסטי של פריקה חלקית במתקני חלוקת חשמל מסוג CT

1. להבין את הטכנולוגיה העומדת בבסיס חיישנים פיזואלקטריים המשמשים לניטור אקוסטי בתדרים גבוהים. ↩

2. חקרו את מאפייני התדר האולטראסוני הספציפיים הנוצרים כתוצאה מאירועי פריקה חשמלית. ↩

3. עיין בתקן הרשמי IEC 60270 למדידת פריקה חלקית במערכות חשמל קונבנציונליות. ↩

4. למדו כיצד ניתוח גזים מומסים מזהה התדרדרות בבידוד באמצעות אינדיקטורים כימיים בשמן. ↩

5. מדריך מפורט לפרשנות דפוסי פריקה חלקית ברזולוציה שלבית למטרות אבחון. ↩