Pionierskie pomiary miernikiem Sonel MIC-15k1. Badania rezystancji izolacji linii przesyłowej 400 kV

Pomiary rezystancji izolacji linii elektroenergetycznych to dziewiczy obszar działań. Standardem jest pomiar parametrów podłużnych: impedancji zgodnej i zerowej, impedancji własnych i wzajemnych, pętli ziemiooporowych. Natomiast nie mierzy się R ISO . Co więcej, nie istnieją żadne normy bądź wytyczne określające minimalne wartości rezystancji izolacji, napięcia probierczego czy czasu pomiaru. Firma SONEL S.A. uznała niniejszy temat za warty zbadania. Oto rezultaty.

Co badaliśmy?

Dzięki uprzejmości spółki TAURON Dystrybucja S.A., mieliśmy okazję zbadać linię elektroenergetyczną o napięciu znamionowym 400 kV. Przebiega między miejscowościami Jasieniec i Grudziądz (Polska) na dystansie 73,6 km. Liczy 195 słupów kratowych typu E33U, E33spec oraz EA33, wspartych na fundamentach prefabrykowanych, monolitycznych i palowych.

Jak mierzyliśmy?

Badana linia była nieuziemiona i pozbawiona zasilania. Do niej, za pośrednictwem sięgającego ziemi odejścia, podłączony został analizator jakości izolacji MIC-15k1. Napięcie probiercze wynosiło 15 kV. Z uwagi na zachowanie standardów bezpieczeństwa, sterowanie przyrządem, monitorowanie pomiaru i jego zakończenie odbywało się zdalnie – z telefonu komórkowego poprzez aplikację mobilną Sonel MIC Mobile 2.0.

Teoria kontra praktyka

Korzystając z wiedzy teoretycznej, wyliczono spodziewaną wartość rezystancji izolacji pojedynczej linii fazowej. Jako model linii przyjęto nieskończenie długi przewód, zawieszony nad nieskończoną płaszczyzną na wysokości d = 10 m. Założono, że ma on promień r=26,1 mm, a rezystywność otaczającego go powietrza wynosi ρ = 71,4 TΩm. Nie uwzględniono występowania podpór (słupów) sąsiednich przewodów fazowych oraz przewodu odgromowego. Nie wzięto pod uwagę także zwisu przewodu oraz nierówności terenu. Jednostkowa rezystancja jednego metra tego układu wynosi R m = 7,6 TΩ. Wyliczając równoległe połączenie całej długości linii (dzieląc tę wartość przez długość linii), otrzymuje się rezystancję wypadkową: R s = 1,02 GΩ. Jednostkowa rezystancja R m układu wynosi 7,6 TΩ. Mnożąc tę wartość przez długość linii, otrzymuje się rezystancję wypadkową: R s = 1,02 GΩ. Badany przewód fazowy jest zamocowany do 268 izolatorów. Przyjęto, że rezystancja pojedynczego izolatora wynosi 1 TΩ. Przekłada się to na wypadkową rezystancję układu izolatorów R i = 3,7 GΩ.

Faza Zmierzone R ISO Prąd upływu I L Pojemność C MΩ µA µF

L1 234 65,1 1,47 L2 220 69,4 1,45 L3 240 63,7 1,46

Parametry R s i R i można zamodelować jako dwa rezystory połączone równole- gle. Ich wypadkowa rezystancja - a więc teoretyczna rezystancja izolacji linii R ISO - wynosi 805 MΩ. Teorię skonfrontowano z pomiarami na fazach L1, L2 i L3 rozpatrywanej linii. Wy- niki przedstawiono w tabeli na poprzed- niej stronie. Przy okazji zweryfikowano jedną cieka- wą rzecz. Linia napowietrzna to swo- ista antena, bardzo długa i krzyżująca się z innymi liniami. Nie było wiadomo, jakie wartości napięcia i prądu mogą się w niej indukować po odziemieniu. Dzięki analizatorowi MIC-15k1 ustalono, że jest to napięcie przemienne w gra- nicach 20…260 V, generujące prądy zakłócające. Nie stanowiło to przeszko- dy w pomiarach R ISO . MIC-15k1 może pracować przy wartościach prądów ≥10 mA.

Interpretacja

Wartość teoretyczna R ISO wyniosła 805 MΩ, a wartość zmierzona - poniżej 250 MΩ. Różnica 550 MΩ może wyni- kać z uproszczeń w założeniach części teoretycznej. 1. Do obliczeń przyjęto silnie uprosz- czony model linii napowietrznej. Nie uwzględnia on wielu zmiennych, ta- kich jak: y zmiany w wysokości zawieszenia i odstępu przewodów od ziemi, y wpływ konstrukcji nośnej słupa kra- towego, y wpływ pozostałych przewodów znajdujących się na słupie, y odległość od innych linii napo- wietrznych, krzyżujących się z tą rozpatrywaną. 2. Przyjęta rezystancja izolatorów jest wartością orientacyjną i nie uwzględnia wpływu zabrudzeń na ich powierzchni.

3. Przyjęto przybliżoną wartość prze- wodności powietrza wokół przewo- dów linii. Rzeczywista przewodność zależy od: y promieniowania kosmicznego y emisji związków promieniotwór- czych do atmosfery (w tym rado- nu), y zanieczyszczenia powietrza, y warunków atmosferycznych wpły- wające na jonizację atmosfery - jak temperatura i wilgotność - oraz za- wartości aerozoli na całej długości badanego obiektu. W celu uzyska- nia dokładniejszej analizy teore- tycznej, należałoby dokładnie zma- pować rozpatrywaną linię i stwo- rzyć jej model numeryczny.

Wyzwania na przyszłość

Jak wspomniano na wstępie, obszar badań rezystancji izolacji napowietrz- nych linii elektroenergetycznych nie jest objęty żadnymi normatywami. Nie określa się minimalnej wartości R ISO . Nie definiuje napięć pomiarowych. Nie ma danych na temat zalecanego czasu pomiaru. Nie istnieją wytyczne dotyczące warunków brze- gowych badań (temperatura, wilgot- ność itd.). Do jakich wartości zatem dą- żyć? Jak je ustalić? Jak wyliczyć? W jaki sposób mierzyć R ISO całej linii? Próbom izolacji poddaje się jedynie izolatory, ale dzieje się to jedynie na etapie ich produkcji. Czy to wystarczy w każdym przypadku? Jeśli mieli Państwo styczność z pomia- rami R ISO linii napowietrznych średnich i wysokich napięć – prosimy o kontakt. Chętnie porównamy doświadczenia.

SONEL S.A.