Osittaispurkausmittauksista (PD) puhutaan kasvavin määrin sähköverkon kunnossapidossa. Onko kuitenkaan pysähdytty ajattelemaan, miksi osittaispurkausmittauksia tehdään tietyillä jännitteen aaltomuodoilla ja mitä vaikutusta testijännitteen aaltomuodolla on mittaustuloksiin?

Mitä Eurooppa edellä, sitä Suomi perässä. Euroopassa kaapeleiden diagnosointi on Suomea edellä. Onneksi Suomessakin PD-mittausten tarpeeseen on pikkuhiljaa herätty, mutta PD-mittauksia ei edelleenkään suoriteta systemaattisesti kaapelin käyttöönotossa. Poikkeuksia toki on. PD-mittausten tarve on varsinkin elinkaaren alussa, sillä PD-mittaukset paljastavat asennus- ja valmistusvirheet. Osa näistä virheistä vioittaa kaapelin vasta vuosia käyttöönoton jälkeen. Tämä hankaloittaa vian tulkintaa. Olisiko virhe huomattu jo käyttöönotossa oikeilla testeillä - ja oikeilla metodeilla?

Kaapelille voidaan suorittaa useita erilaisia mittauksia, joilla voidaan määrittää kaapelin kunto. Eristysvastusmittaukset (Meggeröinti), kestotestit (VLF), häviökerroinmittaukset (TanDelta, TD) ja osittaispurkausmittaukset (PD) kertovat kaikki eristyksen kunnosta, mutta näistä ainoastaan osittaispurkausmittauksella voidaan määritellä ennakoivasti kaapelin heikkoja kohtia. Niitä kohtia, jotka voivat tulevaisuudessa aiheuttaa vikaantumisen. Tämä ei tarkoita, etteikö kaapelille kannata suorittaa muita mittauksia. Ehdottomasti kannattaa. Näillä mittauksilla voidaan määritellä eri asioita. Eristysvastusmittauksella ja kestotesteillä voidaan määritellä kaapelin nykykuntoa ja häviökerroinmittauksella voidaan arvioida kaapelin ”ikää”. PD-mittauksessa kaapelin diagnosointi viedään kuitenkin pidemmälle, ja tämä mahdollistaa pienempien osien tarkastelemisen. Epähomogeenisuudet kaapelin eristeessä aiheuttavat purkauksia, joita voidaan mitata, ja jotka voidaan paikallistaa TDR-tutkan avulla. Koska päätteitä ja jatkoksia tehdään edelleen kenttäolosuhteissa, on enemmän kuin inhimillistä, että virheitä sattuu.

Osittaispurkausmittaus on osittaispurkausmittaus. Mitä väliä testijännitteellä oikein on? Suomessa tehollistaajuus on 50 Hz. Koska offline PD-laitteiden koko pyritään pitämään järkevän kokoisena ja kustannustehokkaana, on tehtävä kompromisseja joko taajuuden tai jännitteen suhteen. PD-mittauksiin on sovellettu DAC (Damped AC) ja VLF (Very Low Frequency) -testijännitteitä. Järkevä koko on saavutettu, mutta entä tuo taajuus? Onko testitulos mitenkään verrannollinen käyttöjännitteen kanssa? IEEE:ssä julkaistu artikkeli ”Excitation Voltages for Partial Discharge Diagnostics on Medium Voltage Distribution Cables” käsittelee juurikin tätä aihetta. Em. artikkelin mukaan purkausten syttymisjännite vastaa suunnilleen sekä DAC- että VLF CR (kosinikanttiaalto)-testijännitteillä tehollistaajuutta. Sen sijaan sinimuotoisen VLF-jännitteen syttymisjännite on huomattavasti suurempi kuin tehollistaajuudella. Tarkoittaen sitä, että sinimuotoisella VLF-testijännitteellä mittauksia tehtäessä tarvitaan suurempaa jännitettä kuin käyttöjännitteellä, jotta purkauksia syntyy. On siis selvää, että johtopäätöksien tekeminen DAC- tai VLF CR -testijännitteillä tehtävistä testeistä on helpompaa. Mitä VLF Sin-testijännitteen syttymisjännite kertoo? Mitä vaihejännitteellä tehtävä testi kertoo käyttöjännitteellä tapahtuvista purkauksista?

PD-syttymisjännitteet testijännitteen aaltomuodon mukaan. [1]

Miksi VLF CR- ja DAC-testijännitteet sitten lähes vastaavat syttymisjännitteiltään tehollistaajuutta? Eihän näissä kummassakaan käytetä 50 Hz tehollistaajuutta. VLF CR on 0,1 Hz testi, mutta polariteetin kääntö toteutetaan keinotekoisesti 50 Hz taajuudella. DAC-testi perustuu resonanssipiiriin, jolloin testijännitteen taajuus muuttuu testin aikana. Koska taajuus on testissä muuttuva suure, käy taajuus n. 50 Hz taajuustasossa. VLF Sin on sen sijaan puhdasta 0,1 Hz siniaaltoa, jolloin 50 Hz taajuustasoon ei päästä käsiksi testin aikana.

Testijännitteet samassa aikatasossa. [2]

Testit on mahdollista suorittaa myös käytönaikaisina (online) -mittauksina. Tällöin käyttöjännite on testijännite. Vaikka vertailu käyttöjännitteeseen on tietysti mahdollista sen ollessa samalla testijännite, liittyy online-mittausten heikkous juuri tähän testijännitteeseen. Koska testijännite on käyttöjännite, tarkoittaa tämä sitä, että purkausten syttymisjännitteitä ei päästä tarkastelemaan (ellei syttymisjännite ole pienempi kuin käyttöjännite). Koska testijännitettä ei voida kasvattaa yli käyttöjännitteen, ei kaapelin kunnosta saada samalla tavalla aikaista indikaatiota verrattuna offline-testaukseen, joka tyypillisesti suoritetaan DAC-testijännitteellä portaittain 1,7 U0 (vaihejännite) asti. Tarkoittaen käytännössä sitä, että online-mittauksia suoritettaessa mittausfrekvenssin tulee olla tiheämpi verrattuna offline-mittaukseen, mikäli diagnosointiluotettavuutta pidetään vakiona. Online-mittaus tosin mahdollistaa jatkuvan seurannan, jolla purkausarvoja voidaan reaaliajassa tarkastella ilman käyttökeskeytyksiä. Jatkuva seuranta vaatii kuitenkin online-järjestelmän, kiinteitä asennuksia kentälle sekä tiedonsiirron määrittelyä, joka kasvattaa järjestelmän kustannuksia. Mittausmetodiikan valinta on taloudellinen valinta. Kuinka kriittisenä mitattavaa kaapeliosuutta pidetään? Kuinka paljon siihen ollaan valmiita investoimaan? Halutaanko mitata useita kaapeliosuuksia? Mikä on tarvittava mittausfrekvenssi? Mikä laite/toimintatapa haluttuun mittausprotokollaan olisi optimaalinen? Parhaan ratkaisun valinnassa, me Pereliläiset autamme mielellämme.

FAKTAT:

Megger on markkinoiden ainut toimija, joka tarjoaa laitteita offline-mittaukseen kaikilla mainituilla kolmella testijännitteellä. Megger on laajentanut PD-mittaus portfoliotaan PDIX-yritysostolla, joka mahdollistaa laajan ratkaisukyvyn niin online- että offline-mittauksiin riippumatta mitattavasta kohteesta/verkon komponentista.

Lue lisää syttymisjännitteen riippuvuudesta testijännitteeseen.

Aleksi Haverila, M.Sc.

Kirjoittaja työskentelee Perelissä mittalaiteosastolla tuotepäällikkönä.
Aleksi on kirjoittanut diplomityönsä keskijännitekaapelien osittaispurkausmittausten kannattavuudesta.

Lähteet:

[1] R. Probst, H. Putter, F. Petzold & P. Legler. 2018. Excitation Voltages for Partial Discharge on Medium Voltage Distribution Cables.

[2] Megger. 2022. Tuotevalikoima.