Artykuł opisuje cztery typy pomiarów i testów, które pomagają w konserwacji instalacji oraz urządzeń elektrycznych.
Istnieją cztery typy pomiarów i testów wykonywanych w ramach konserwacji predykcyjnej, które należy włączyć do ogólnego programu utrzymania ruchu w zakładzie przemysłowym. Obejmują one pomiary instalacji i urządzeń elektrycznych w zakładzie. Mogą zmniejszyć zapotrzebowanie na prace konserwacyjne wykonywane podczas przestojów, poprawić sprawność systemu, zmniejszyć ryzyko awarii systemu i urządzeń oraz pomóc firmie zoptymalizować swoje wydatki budżetowe.
Te pomiary i testy w ramach konserwacji predykcyjnej można przeprowadzać w czasie pracy instalacji i urządzeń elektrycznych (pod napięciem; online). Są nieniszczące, nieinwazyjne i badają sprzęt elektryczny znajdujący się w normalnych warunkach operacyjnych. W idealnym przypadku powinno się przeprowadzać te testy w okresach pomiędzy planowanymi przestojami, mającymi na celu wykonanie prac konserwacyjnych, aby uzyskane dane można było wykorzystać do przetworzenia na użyteczne informacje, które pomogą w ustaleniu priorytetów potrzeb prac wykonywanych podczas przestojów.
Procedury konserwacji predykcyjnej
Poniżej opisano cztery procedury konserwacji predykcyjnej wykonywanej podczas normalnej pracy instalacji elektrycznej w zakładzie, mające na celu ocenę jej stanu technicznego. Procedury te to:
1. Inspekcja wzrokowa (oględziny);
2. Testy wyładowań niezupełnych;
3. Badania termowizyjne/termograficzne;
4. Pobieranie próbek i analiza cieczy elektroizolacyjnej.
W połączeniu ze sobą te cztery testy mogą zidentyfikować zmiany w parametrach technicznych elementów instalacji elektrycznej, które wskazują na zbliżające się awarie. Jeśli testy są wykonywane przez wyspecjalizowaną firmę zajmującą się pomiarami elektrycznymi, to mogą być opłacalne dla zakładu, przeprowadzone efektywnie oraz zapewnić znaczne korzyści, w tym:
- sprzęt może być testowany w normalnych warunkach pracy,
- uzyskuje się dane trendów, które są wykorzystywane do przewidywania sytuacji w przyszłości,
- identyfikowane są problemy, które bez ich rozwiązania mogą doprowadzić do poważnych awarii,
- identyfikowany jest sprzęt, który będzie traktowany priorytetowo podczas planowanych przestojów konserwacyjnych,
- uzyskuje się dane, które pozwalają na wydłużenie czasu między planowanymi przestojami konserwacyjnymi,
- można poprawić przydzielanie budżetu na najbardziej kluczowe potrzeby utrzymania ruchu w zakładzie.
Ponadto usługi konserwacji predykcyjnej mogą być wykonywane częściej niż prace realizowane po wyłączeniu zasilania (offline), a tym samym zmniejszają ryzyko wypadków przy pracy oraz przestojów związanych z instalacją elektryczną, poprawiając bezpieczeństwo pracowników i publiczne, zwiększając komfort psychiczny kierownictwa oraz zapobiegając problemom, które mogłyby wpłynąć na reputację i wiarygodność operacyjną zakładu.
Konserwacja predykcyjna wykonywana podczas pracy systemu
Konserwacja predykcyjna wykonywana podczas pracy instalacji i urządzeń elektrycznych wykorzystuje wiele rodzajów technologii – w zależności od używanego sprzętu. Doświadczony inżynier lub technik ds. pomiarów będzie wiedział, jakiej technologii użyć i jak ją zastosować podczas testowania każdego zasobu (fot. 1). Każda technologia dostarcza unikalny zbiór danych, które w połączeniu zapewniają dobre zrozumienie stanu technicznego całego systemu.
Oględziny. Kontrola wzrokowa to badanie sprzętu bez konieczności otwierania jego obudowy. Wykwalifikowany technik jest przeszkolony w rozpoznawaniu warunków odbiegających od normalnych, które wskazują na zwiększone zagrożenie dla bezpieczeństwa lub niezawodności sprzętu.
Standardowa lista kontrolna oceny wizualnej obejmuje:
- kontrolę czystości,
- kontrolę stanu powłoki lakierniczej,
- kontrolę wielkości luzów
- stan połączeń uziemiających,
- odnalezienie pękniętych lub zanieczyszczonych elementów izolacyjnych i przepustów,
- kontrolę poziomu cieczy elektroizolacyjnej/odnalezienie wycieków,
- sprawdzenie temperatury cieczy elektroizolacyjnej/uzwojeń,
- sprawdzenie ciśnienia gazu,
- status i wskaźnik zadziałania przekaźnika zabezpieczającego.
Pomiary wyładowań niezupełnych (ang. partial disscharge, PD; pol. WNZ).
Testery wyładowań niezupełnych wykorzystują czujniki do wykrywania naprężeń napięciowych wywieranych przez napięcie w instalacji elektrycznej na uszkodzone elementy izolacyjne (fot. 2). Uszkodzona izolacja generuje sygnały o charakterystyce wyładowań niezupełnych. Czujniki wyładowań niezupełnych wykrywają te małe sygnały lub wyładowania elektryczne, które występują wewnątrz lub na powierzchni izolacji urządzeń elektrycznych średniego i wysokiego napięcia. Przedłużające się wyładowania niezupełne mogą spowodować erozję izolacji stałej i ostatecznie doprowadzić do jej przebicia oraz awarii sprzętu.
Pomiary wyładowań niezupełnych można wykonywać na materiałach izolacyjnych gazowych, ciekłych lub stałych. Wyniki tych pomiarów mogą być wykorzystane do ustalania priorytetów i zarządzania harmonogramami prac konserwacyjnych w zakładzie:
- Pomiary wyładowań niezupełnych informują o wielkości, lokalizacji i rodzaju degradacji izolacji.
- Wyniki pomiarów wyładowań niezupełnych identyfikują zasoby wymagające dodatkowej uwagi i/lub konserwacji wykonywanej po wyłączeniu zasilania.
- Trendy czasowe danych dotyczących wyładowań niezupełnych mogą pomóc personelowi kierowniczemu w podejmowaniu strategicznych decyzji dotyczących naprawy lub wymiany zasobów.
Istnieje kilka technologii wykorzystywanych w przyrządach do pomiarów wyładowań niezupełnych. Dokładność wykrywania wyładowań niezupełnych można poprawić, wykorzystując różne metody wykrywania i rodzajów czujników wyładowań niezupełnych. Poniżej opisano różnego rodzaju czujniki akustyczne i elektromagnetyczne, wykorzystywane w testerach WNZ.
Mikrofony ultradźwiękowe i czujniki kierunkowe, pracujące w zakresie fal decymetrowych (UHF). Detektory wykorzystujące mikrofony ultradźwiękowe i czujniki kierunkowe, pracujące w zakresie fal decymetrowych, mogą być wykorzystywane do oceny stanu technicznego urządzeń umieszczonych w metalowych obudowach wewnątrz budynków, takich jak rozdzielnice średniego napięcia. Detektory te podczas pomiarów przechwytują interesujące inżyniera/technika sygnały, które doświadczony specjalista ds. pomiarów może rozpoznać i wykorzystać do zidentyfikowania prawdopodobnej przyczyny i lokalizacji źródła wyładowań niezupełnych, aby w razie potrzeby można było rozwiązać ten problem.
Ultradźwiękowe mikrofony z czaszą paraboliczną. Detektory wyposażone w mikrofon ultradźwiękowy z czaszą paraboliczną wychwytują sygnały akustyczne wyładowań niezupełnych, pochodzące z różnych urządzeń w stacjach elektroenergetycznych, takich jak przepusty, izolatory, aparatura łączeniowa, transformatory i głowice kablowe.
Akustyczne czujniki kontaktowe. Akustyczne czujniki kontaktowe mogą być używane do wykrywania wyładowań niezupełnych w urządzeniach wypełnionych gazem i cieczą elektroizolacyjną.
Czujniki przejściowego napięcia doziemnego (transient earth voltage – TEV). Czujniki TEV mierzą napięcie indukowane na metalowych obudowach urządzeń elektrycznych przez fale elektromagnetyczne, generowane przez wyładowania niezupełne.
Bezprzewodowe przekładniki prądowe wysokiej częstotliwości (high frequency current transformer, HFCT). Bezprzewodowy przekładnik prądowego wysokiej częstotliwości podłącza się do zamontowanej na stałe lub tymczasowo skrzynki zaciskowej i monitoruje obwód danego kabla. Czujniki te wykrywają pochodzące z badanego kabla wyładowania niezupełne, które na wczesnym etapie ostrzegają o uszkodzeniu izolacji tego kabla. Tego typu czujnik może być również używany do wykrywania sygnałów z przewodów uziemiających testowanego urządzenia.
Ponadto do pomiarów i testów instalacji i urządzeń elektrycznych wykorzystuje się jeszcze:
Testowanie w podczerwieni. Badanie termowizyjne przeprowadza się za pomocą skanera na podczerwień (kamery) w celu zidentyfikowania warunków technicznych, które mogą spowodować pożar lub awarię instalacji elektrycznej. Skaner/kamera na podczerwień może wykrywać połączenia o podwyższonej rezystancji (luźne, brudne, skorodowane itp.), spowodowanej uszkodzeniem połączeń elektrycznych na skutek drgań, niewłaściwego momentu dokręcenia połączeń śrubowych lub korozji. Podwyższona rezystancja powoduje nagrzewanie się połączeń, które można wykryć podczas badania termograficznego. Pomiary takie dają również możliwość przeprowadzenia wewnętrznych oględzin rozdzielnic. Raporty z testów w podczerwieni zawierają kolorowe cyfrowe zdjęcia o wysokiej rozdzielczości oraz termogramy pokazujące „gorące punkty”, opis wykrytych nieprawidłowości i zalecenia dotyczące korekty lub naprawy.
Pobieranie próbek i analiza cieczy elektroizolacyjnych. Jednym z najskuteczniejszych sposobów określenia stanu technicznego transformatora wypełnionego cieczą elektroizolacyjną (olejem) jest pobranie próbki tej cieczy i wykonanie jej analizy laboratoryjnej. Pobieranie próbek cieczy elektroizolacyjnej umożliwia wykonanie analizy jej właściwości chemicznych, rozpuszczonych gazów oraz identyfikację zanieczyszczeń i złogów, co daje informacje na temat stanu technicznego sprzętu oraz wskazuje na objawy uszkodzenia izolacji lub lokalnego wewnętrznego przegrzania (uzwojeń transformatora). Ciecze elektroizolacyjne stanowią medium chłodzące do odprowadzenia ciepła z uzwojeń do radiatorów i dalej do otaczającego powietrza. Izolują uzwojenia i redukują naprężenia wysokonapięciowe. Z biegiem czasu ciecze te ulegają zanieczyszczeniu z powodu ciepła, degradacji izolacji, wilgoci, powietrza (utlenianie) i korozji. Raport z analizy cieczy elektroizolacyjnej zawiera takie informacje, jak: wystąpienie przebicia, zawartość wody, kolor, kwasowość, rezystywność, ciężar właściwy i współczynnik stratności (tangens delta).
Większość awarii sprzętu elektrycznego wynika z niewłaściwych połączeń elektrycznych lub wadliwej izolacji. Łącząc skanowanie w podczerwieni, które identyfikuje niewłaściwe połączenia oraz inne warunki będące przyczyną przegrzania, z testami wyładowań niezupełnych, które wykrywają pogorszenie się stanu izolacji, minimalizuje się ryzyko wystąpienia awarii podczas eksploatacji. Gdy połączy się jeszcze te 2 testy z analizą chemiczną oleju transformatorowego (transformator energetyczny jest jednym z najdroższych urządzeń elektrycznych) i wprawnym okiem doświadczonego inżyniera ds. pomiarów, to uzyska się znaczną redukcję liczby awarii sprzętu i przerw w zasilaniu.
Raporty z pomiarów, testów i prac konserwacyjnych, wykonanych pod napięciem
Po wykonaniu usług pomiarów, testów i konserwacji instalacji oraz urządzeń elektrycznych, wykonanych pod napięciem, generowany jest standaryzowany raport z zalecanymi działaniami korygującymi. Dobry raport powinien:
- zawierać zalecane działania korygujące i ich priorytety,
- zawierać opis wykrytych problemów, które wymagają natychmiastowego zbadania/rozwiązania (naprawy),
- zawierać opis wykrytych problemów, które wymagają dodatkowego zbadania (śledzenia trendów)/monitorowania,
- zawierać opis wykrytych problemów, które wymagają wykonania dodatkowej diagnostyki.
Uwagi i wnioski końcowe
W przeszłości wielu dyrektorów i kierowników w zakładach przemysłowych stosowało jedną lub więcej konwencjonalnych strategii utrzymania ruchu, w tym konserwację opartą na harmonogramach czasowych i konserwację zorientowaną na niezawodność. Niektórzy po prostu optują za podejściem polegającym na eksploatacji sprzętu aż do awarii (ang. run-to-failure). W dzisiejszym środowisku biznesowym, ulegają zmianom strategie konserwacji ciągłej (24/7/365). Powoduje to trend w kierunku strategii konserwacji wykonywanej „zgodnie z wymaganiami”, możliwej dzięki postępom w metodach testowania sprzętu bez jego wyłączania oraz technologiach konserwacji. Strategia konserwacji „zgodnie z wymaganiami” polega na wykonywaniu prac konserwacyjnych w oparciu o takie wskaźniki, jak wyniki testów wykonywanych bez wyłączania/pod napięciem, środowisko operacyjne, wiek i historia eksploatacji zasobów, serwis (ładowanie) i stopień krytyczności obsługiwanego sprzętu. Przypomina to strategię konserwacji opartą na niezawodności, jednak obejmuje też uwzględnienie danych uzyskanych z testów online.
Opisane w tym artykule usługi testowania i konserwacji instalacji oraz urządzeń elektrycznych bez wyłączania sprzętu/pod napięciem mają na celu uzupełnienie wymaganych i przeprowadzanych w zakładach prac związanych z testowaniem i konserwacją sprzętu po jego wyłączeniu. Powinny być one częścią zintegrowanego planu zarządzania cyklem życia w zakładzie. Chociaż istnieją koszty początkowe związane z testowaniem i konserwacją online, to są one często łatwo rekompensowane oszczędnościami kosztów, wynikającymi ze zoptymalizowania pomiarów, testów i prac konserwacyjnych wykonywanych podczas planowanych przestojów, a także zmniejszeniem liczby napraw wykonywanych na skutek awarii. Jednak, co najważniejsze, usługi te dostarczają niezbędnych informacji, których kierownictwo zakładu potrzebuje, aby nadać priorytet zasobom wymagającym uwagi i uniknąć marnowania zasobów na sprzęt, który pozostaje w dobrym, niezawodnym stanie. Decyzje o przedłużeniu harmonogramów przestojów można podejmować bez zwiększania ryzyka awarii podczas pracy, a budżety można zoptymalizować. Dane te mogą być również przydatne podczas planowania wymiany zasobów lub przyszłych modernizacji systemu.
Leif Hoegberg jest dyrektorem ds. wsparcia inżynierskiego i technicznego w firmie Electrical Reliability Services Inc. Posiada ponad 30-letnie doświadczenie w pracy jako inżynier elektryk, eksploatacji i usługach realizowanych na obiektach/w terenie. Leif Hoegberg jest technikiem poziomu IV, certyfikowanym przez NETA (Międzynarodowe Stowarzyszenie ds. Pomiarów Elektrycznych, InterNational Electrical Testing Association), zasiada w Radzie ds. Oceny Standardów NETA. Jest także członkiem takich organizacji, jak IEEE (Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników), IAEI (Międzynarodowe Stowarzyszenie Inspektorów Elektrycznych, International Association of Electrical Inspectors) oraz NFPA (Narodowy Związek Ochrony Przeciwpożarowej, National Fire Protection Association).
