Osittaispurkauksia voidaan havaita usealla eri tavalla: kemiallisina ilmiöinä, optisina ilmiöinä, lämpönä, äänenä, korkeataajuisina impulsseina ja sähköisinä signaaleina. Oli menetelmä mikä tahansa keskustelemme yleisesti PD-mittauksista sen enempää erittelemättä. Terminologisesti PD-mittaus on PD-mittaus, jos mittaamme varausta (pC).
On toki hyvin todennäköistä, että kaapelipäätteessä syntyvä paineaalto johtuu koronapurkauksista, mutta jos tunnistamme yöllisen sateen äänekkäänä ropinana, emme me varsinaisesti sitä mittaa. Vaikka mittaisimmekin tuon ropinan äänenvoimakkuutta, emme voi sanoa mittaavamme sademäärää. Periaate on sama PD-mittauksista puhuttaessa. Kun paikallinen sähkökentän voimakkuus ylittää eristeen sähkölujuuden, syntyy varaus, jonka purkautumista kutsutaan osittaispurkaukseksi. Sähköisin menetelmin voimme mitata näitä näennäisvarauksia (pC). Toinen vaihtoehto on mitata purkauksista aiheutuvaa sivutuotetta, kuten ääntä. Aivan, kuten sademäärän kanssa, johtopäätöksien tekeminen on mutkikkaampaa, koska emme mittaa sitä, mistä haluamme tietoa, vaan havaitsemme mahdollisesti sen mittaamalla mahdollisesti siitä aiheutuvaa ilmiötä.
Kuva 1: PD-mittausmenetelmien perusjako sähköisiin ja ei-sähköisiin menetelmiin. Lähde: Megger
Kun laitteita hankitaan, halutaan pienikokoinen, nopea, helppokäyttöinen, tarkka ja halpa laite. Tottakai. Sehän olisi loistava. Valitettavasti yhtälö ei kuitenkaan ole kovin realistinen. Halvemman pään laitteet voivat toki olla pieniä, helppokäyttöisiä ja nopeita. Analysointi ei sitten enää olekaan niin yksinkertaista, koska se perustuu referensseihin. Laaja datapankki ja koneoppiminen voivat toki helpottaa analysointia, mutta tuskin sitäkään kukaan ilmaiseksi tarjoaa.
Kalliimmat laitteet eivät välttämättä ole aivan yhtä pieniä tai nopeita, mutta analysointi onkin sitten jo hurjasti helpompaa. Jos hyväksytty taso on 1000 pC, on huomattavasti helpompaa todeta laite hyväksytyksi, kun taso on mitattu varauksena (pC). Se on joko alle tai se on yli.
Näistäkin mittauksista voidaan toki tehdä äärimmäisen kompleksisia, mutta kyse on siitä, että kuinka syvästi näitä purkauksia halutaan analysoida. PRPD-kuvaajan purkauskuvioista voidaan tehdä johtopäätöksiä purkaustyypin osalta. Spektrianalyysillä voidaan tarkastella purkauksia eri taajuusalueilla, ja siten rajata pois häiriöitä tai muita PD-lähteitä tapauksissa, joissa on monta purkauslähdettä. Lisää kompleksisuutta saadaan taas, kun ruvetaan pohtimaan tulosten perusteella tarkkaa reagointiaikaa ja -ratkaisua. Tämähän voidaan tehdä mahdollisimman luotettavaksi taas vain niin, että dataa löytyy laajasti erinäköisten purkaustyyppien etenemisajoista läpilyöntiin, eri olosuhteissa jne. Näinhän se on kaikessa. Mitä syvällisemmin, ja mitä parempi lopputulos halutaan saavuttaa, sitä enemmän asioihin on perehdyttävä, tehtävä ja ymmärrettävä.
Kuten aiemmin mainittu, purkausvapaiden eristerakenteiden PD-mittaustulosten analysoinnin ei tarvitse olla kompleksista, jos mittaukset on tehty mittaamalla purkaustasoja. Englannin kielessä on muuten hieno sana ”asset”, joka kuvastaa mielestäni sähköverkon komponentteja paremmin kuin sana sähköverkon komponentit. Annan itselleni luvan käyttää artikkelissa sanaa asset em. tarkoituksessa. Purkausvapaiden assetien mittauksissa tuloksen määrittää yleisesti purkaustaso sekä syttymisjännite. Kun mittauksen hyväksymistaso on määritetty, kalibrointi ja kytkennät on tehty asianmukaisesti, voidaan mitattua tulosta verrata hyväksyntätasoon. Kun PD-mittaukset tehdään näin, puhutaan tavallisista PD-mittauksista, jotka suoritetaan IEC 60270-standardin mukaisesti. Nämä hyväksyntätasot ovat vahvasti olosuhderiippuvaisia. Kentällä hyväksyntätaso on usein luokkaa 1000 pC ja tuotannossa Faradayn häkeissä luokkaa 5 pC. Syy on hyvin selvä: emme voi nähdä purkauksia, jotka ovat alle häiriötason. Tämä monimutkaistaa samalla mm. akustisin menetelmin tehtävien PD-mittausten tulkintaa. Mistä ääni on peräisin? Onko kyse purkauksista vai häiriöistä? Puhumattakaan siitä, että sisäiset purkaukset jäävät hyvin herkästi havainnoimatta kokonaan akustisiin metodeihin perustuvissa mittauksissa. Kalibrointi tavallisissa metodeissa on tässä mielessä kriittistä, sillä injektoitu signaali tulee erottaa ja määritellä joka mittauskerralla mittausolosuhteissa.
Kuva 2: Kalibrointisignaali ja injektoidun pulssin määritys softassa. Lähde: Megger
Asseteissa, jotka eivät ole eristerakenteeltaan purkausvapaita, purkaustyyppien tunnistaminen korostuu. Näistä yleisin esimerkki on pyörivät koneet, joissa purkausten kriittisyyttä arvioidaan purkaustason, syttymisjännitteen lisäksi purkaustyypin perusteella. Onneksemme purkaustyypeistä on yleisesti saatavilla tietoa ja mekin voimme toki autamme PD-asiantuntijoiden kanssa tulkintaa, joskin tähän vaikuttaa vahvasti se, että mikä logo siinä laitteen kyljessä komeilee.
Vaikka kaapelit ovat eristerakenteeltaan purkausvapaita, erottuvat nämä lisäksi merkittävästi muista asseteista PD-mittauksen osalta. Koska kaapelit ovat pitkiä ja sijaitsevat maan alla, on signaalin vaimenemisella ja purkausten sijainnilla suuri merkitys. Onneksi offline-mittauksia voidaan tehdä kaapeleille IEC 60270-standardin mukaisesti myös kentällä ja mittauksissa voidaan hyödyntää TDR-tutkaa paikallistamaan purkaukset. Koska kuitenkin kaapeleiden kapasitanssi on suuri, on jouduttu keksimään ratkaisuita, joilla kenttäolosuhteisiin tehtyjen mittalaitteiden jännitelähteiden koko on saatu pidettyä kohtuullisena. Näillä testijännitteillä on merkitystä syttymisjännitteen vertailukelpoisuuteen 50 Hz käyttöjännitteen kanssa, sillä purkausten syttymiseen vaikuttaa myös jännitteen muutosnopeus. Lue lisää jännitelähteen vaikutuksesta mittaustulokseen. TL;DR: Jännitelähteistä vaimeneva vaihtojännite ja kosinikanttiaaltoinen VLF ovat paremmin verrannollisia 50 Hz verrattuna kuin sinimuotoinen VLF.
Megger on laajentanut PD-portfoliotaan Power Diagnostix (PDIX) yritysostolla. Tämä tarkoittaa asiakkaille juhlapäivää, sillä tänä päivänä Megger tarjoaa markkinoiden monipuolisemmin valikoiman PD-mittauksiin eri asseteille, mikä taas tarkoittaa Suomessa sitä, että puhelinluettelosta ei tarvitse PD-mittalaitteisiin liittyen löytyä kuin yksi puhelinnumero ja se johtaa Pereliin. Megger on tarjonnut jo aiemmin markkinoiden ainoana toimijana kaikki kolme testijännitettä kaapelin PD-mittauksiin, mutta nyt tämä monipuolisuus tarkoittaa kaikkia assetteja. Meiltä siis jatkossa PD-mittalaitteet kaikkiin tarpeisiin. Oli kyseessä sitten online-, offline-mittaus tai monitorointi kentällä tai tuotannossa, PD-havainnointi akustisin menetelmin tai tavallinen mittaus riippumatta assetista.
Pohditaan yhdessä, mikä on teille sopivin vaihtoehto PD-mittauksiin tai havainnointiin.
Aleksi Haverila, M.Sc.
Kirjoittaja työskentelee Perelissä mittalaiteosastolla tuotepäällikkönä.