Στο πλαίσιο της λειτουργίας και της συνεχούς εξέλιξης του τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας, τα καλώδια από δικτυωμένο πολυαιθυλένιο (XLPE) ξεχωρίζουν ως κρίσιμο στοιχείο στη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας. Διαθέτουν ανώτερες ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες, ισχυρή μόνωση και αξιόλογη αντοχή στη διάβρωση. Αυτά τα χαρακτηριστικά ενισχύουν τη λειτουργική αποδοτικότητα του ηλεκτρικού εξοπλισμού, εκπληρώνοντας τον προορισμό χρήσης των καλωδίων. Ωστόσο, όσον αφορά τη χρήση καλωδίων XLPE 35 kV, το ζήτημα των ανώμαλων μερικών εκκενώσεων αποτελεί σημαντική πρόκληση. Οι διακοπές ρεύματος που προκύπτουν από αυτό το πρόβλημα επιταχύνουν τη φθορά των καλωδίων, οδηγώντας σε οικονομικές απώλειες για την ανάπτυξη του κλάδου και εμποδίζοντας τη βιώσιμη ανάπτυξή του. Συνεπώς, κατά την ανάλυση ζητημάτων μερικής εκφόρτισης σε καλώδια XLPE 35 kV, το προσωπικό συντήρησης πρέπει να εντοπίζει τις βασικές αιτίες και να καταρτίζει στοχευμένα πρωτόκολλα αντιμετώπισης, προκειμένου να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα των καλωδίων, σύμφωνα με τα πρότυπα υψηλής ποιότητας ανάπτυξης του κλάδου.

1. Χαρακτηριστικά καλωδίου XLPE

Τα καλώδια XLPE χρησιμοποιούνται ευρέως στα δίκτυα τροφοδοσίας. Μέσω της ενσωμάτωσής τους στον ηλεκτρικό εξοπλισμό, διασφαλίζουν την ασφάλεια και την αξιοπιστία του εξοπλισμού αυτού, επιτυγχάνοντας τελικά τους στόχους της διαχείρισης της παρακολούθησης των καλωδίων XLPE και της συντήρησης των γραμμών. Τα χαρακτηριστικά των καλωδίων XLPE είναι τα εξής:

• Το υλικό του καλωδίου XLPE δεν περιέχει πλαστικοποιητές, αποτρέποντας έτσι την ανάπτυξη μούχλας και βακτηρίων κατά τη διάρκεια της χρήσης.
• Τα καλώδια XLPE δεν περιέχουν επιβλαβή συστατικά, γεγονός που διασφαλίζει την ασφάλεια της μεταφοράς ενέργειας.
• Τα καλώδια XLPE παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή στη θερμότητα, διατηρώντας σταθερή θερμοκρασία λειτουργίας περίπου 95 °C, καθώς και εξαιρετική αντοχή στην πίεση που κυμαίνεται μεταξύ 12,5 bar και 20 bar.
• Προσφέρουν βελτιωμένη θερμομόνωση, συμβάλλοντας στην εξοικονόμηση ενέργειας.
• Τα καλώδια XLPE κατασκευάζονται από ισχυρότερα και πιο ανθεκτικά υλικά, συμβάλλοντας στην ενεργειακή απόδοση. Διαθέτουν καλή αντοχή, αντοχή στη θερμότητα, υψηλή αντοχή στη ρευστοποίηση και μεγάλη διάρκεια ζωής, υποστηρίζοντας τη σταθερή ανάπτυξη του τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας.

2. Ανώμαλη μερική εκκένωση σε καλώδιο XLPE 35 kV

Η ανωμαλία μερικής εκφόρτισης στα καλώδια XLPE 35 kV οφείλεται στη χρήση ηλεκτρικού εξοπλισμού και των μονωτικών υλικών του. Συγκρίνοντας την ένταση του πεδίου διάσπασης με την εφαρμοζόμενη τάση, μπορούμε να προσδιορίσουμε γρήγορα την κατάσταση της τάσης διάσπασης. Μετά την εφαρμογή τάσης, το μονωτικό υλικό υποβαθμίζεται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου. Αυτό σημαίνει ότι όταν εμφανίζεται μερική εκκένωση εντός της μόνωσης του καλωδίου, η τάση διάσπασης μειώνεται, προκαλώντας το φαινόμενο της μερικής εκκένωσης, το οποίο απαιτεί ανάλυση και επίλυση. Ουσιαστικά, τα προβλήματα μερικής εκκένωσης εντός της μόνωσης του καλωδίου οδηγούν σε μείωση της τάσης διάσπασης, απαιτώντας στοχευμένη ανάλυση και αντιμετώπιση. Συνήθως, οι ανωμαλίες μερικής εκκένωσης στα καλώδια XLPE 35 kV εκδηλώνονται κυρίως στο πλαίσιο της χρήσης ηλεκτρικού εξοπλισμού υψηλής τάσης

1) Όταν εμφανίζονται φυσαλίδες αέρα στα μονωτικά υλικά του ηλεκτρικού εξοπλισμού, είναι ζωτικής σημασίας η διηλεκτρική σταθερά του κενού αέρα να παραμένει χαμηλότερη από εκείνη του στερεού υλικού. Στο πλαίσιο των εναλλασσόμενων ρευμάτων, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι αντιστρόφως ανάλογη της διηλεκτρικής σταθεράς. Εάν η τάση διάσπασης του κενού αέρα είναι χαμηλότερη από εκείνη του στερεού υλικού, αυτό θέτει σε κίνδυνο την ποιότητα των διαδικασιών εντός του ηλεκτρικού εξοπλισμού υψηλής τάσης. Αυτή η απόκλιση δεν επηρεάζει μόνο τις διαδικασίες παραγωγής, αλλά υπονομεύει επίσης την προβλεπόμενη λειτουργικότητα των καλωδίων. Επιπλέον, ορισμένα μονωτικά υλικά ενδέχεται να περιορίζονται από παράγοντες που επηρεάζουν τα μηχανικά φορτία. Κατά τη μακροχρόνια χρήση εξοπλισμού καλωδίων XLPE 35 kV, ενδέχεται να αναπτυχθούν μικροσκοπικές ρωγμές στα μονωτικά υλικά, δημιουργώντας κενά αέρα εντός των καλωδίων και επηρεάζοντας τελικά τη διάρκεια ζωής τους.

2) Κατά τη μεταφορά και την εγκατάσταση ηλεκτρικού εξοπλισμού υψηλής τάσης, ενδέχεται να προκύψουν προβλήματα λόγω περιορισμών στα σχέδια μεταφοράς και στις συνθήκες εγκατάστασης. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε θραύση ή χαλάρωση μεταλλικών εξαρτημάτων, εμποδίζοντας τη σωστή γείωση των στοιχείων του καλωδίου και προκαλώντας προβλήματα αιωρούμενου δυναμικού εντός των μεταλλικών εξαρτημάτων. Εάν το αιωρούμενο δυναμικό φτάσει σε ένα συγκεκριμένο όριο, η τοπική εκκένωση γίνεται αισθητή. Επιπλέον, όταν το μονωτικό υλικό μολυνθεί από ηλεκτρικές ακαθαρσίες, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ανωμαλίες στους αγωγούς των καλωδίων, προκαλώντας τελικά τη συγκέντρωση ηλεκτρικών φορτίων. Το φαινόμενο αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση ανώμαλης μερικής εκφόρτισης σε καλώδια XLPE 35 kV, διαταράσσοντας την κανονική λειτουργία τους.

3) Κατά τη λειτουργία ηλεκτρικού εξοπλισμού υψηλής τάσης, τα διάφορα μέσα παρουσιάζουν άνιση κατανομή στις επιφάνειες επαφής. Φαινόμενα εκκένωσης εμφανίζονται κατά μήκος της επιφάνειας του καλωδίου, ενώ όταν ο αγωγός περιβάλλεται από αέριο, εμφανίζονται φαινόμενα τοπικής εκκένωσης στη διεπαφή μεταξύ των μέσων και του αέρα. Το φαινόμενο αυτό επηρεάζει την αποτελεσματικότητα του καλωδίου και εμποδίζει την επίτευξη του στόχου της ανάλυσης και αντιμετώπισης των μερικών εκκενώσεων σε καλώδια XLPE 35 kV. Λόγω των μερικών εκκενώσεων, τα μονωτικά υλικά του ηλεκτρικού εξοπλισμού υψηλής τάσης υφίστανται ζημιά. Τα φορτισμένα σωματίδια στο μονωτικό μέσο προκαλούν τοπικές αυξήσεις της θερμοκρασίας, οδηγώντας τελικά σε μαλάκωμα του μονωτικού μέσου και σε συνεχή μείωση των ηλεκτρικών επιδόσεων. Επιπλέον, όταν εμφανίζονται μερικές εκκενώσεις σε καλώδια XLPE 35 kV, προβλήματα όπως η χημική αποσύνθεση, η ανθρακοποίηση και η έντονη οξείδωση εμφανίζονται υπό υψηλές θερμοκρασίες, αυξάνοντας τους κινδύνους για την ασφάλεια του ηλεκτρικού εξοπλισμού και καθιστώντας αδύνατη την εκπλήρωση των απαιτήσεων για την κανονική χρήση του εξοπλισμού ισχύος.

3. Μέθοδοι ανίχνευσης μερικής εκκένωσης σε καλώδια XLPE 35 kV

3.1 Τεχνική συσσώρευσης τάσης συνεχούς ρεύματος

Η χρήση της τεχνολογίας συσσώρευσης τάσης συνεχούς ρεύματος οδηγεί σταδιακά σε υποβάθμιση της μόνωσης κατά τη λειτουργία. Καθώς εφαρμόζεται τάση συνεχούς ρεύματος στο καλώδιο, προκύπτει αντίστοιχο ρεύμα συνεχούς ρεύματος ανάλογα με τον βαθμό υποβάθμισης. Αυτό το ρεύμα, το οποίο αποτελεί ένδειξη του επιπέδου υποβάθμισης, εφαρμόζεται στη συνέχεια στο καλώδιο, και η μόνωση του καλωδίου υπολογίζεται μέσω μιας μεθόδου σε πραγματικό χρόνο, χρησιμοποιώντας παραμέτρους της υπερκείμενης τάσης συνεχούς ρεύματος και του μετρηθέντος ρεύματος. Στη συνέχεια, η αντίσταση μόνωσης του καλωδίου προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας την ίδια μέθοδο σε πραγματικό χρόνο, διευκολύνοντας την ακριβή αξιολόγηση της κατάστασης υποβάθμισης της μόνωσης.

Συνολικά, τα τεχνικά χαρακτηριστικά της μεθόδου υπέρθεσης DC έχουν ως εξής:

1) Οι αντίστοιχες τιμές μπορούν να μετρηθούν μέσω της αντίστασης μόνωσης και με συμβατικές μεθόδους στο πλαίσιο της τεχνικής υπέρθεσης τάσης συνεχούς ρεύματος.

2) Η πραγματική μέτρηση μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη μέθοδο της υπέρθεσης τάσης συνεχούς ρεύματος. Ωστόσο, λόγω των σημαντικών διακυμάνσεων του παρασιτικού ρεύματος στο έδαφος κατά τη διάρκεια της μέτρησης, το περιθώριο σφάλματος είναι σχετικά υψηλό.

3) Όταν το συνεχές ρεύμα παραμένει ενεργοποιημένο για παρατεταμένο χρονικό διάστημα και διέρχεται απευθείας μέσω του μετασχηματιστή τάσης TV, αυτό θα προκαλέσει τον κορεσμό του μαγνητικού κυκλώματος του μετασχηματιστή.

Όταν το ρεύμα διέρχεται απευθείας μέσω του μετασχηματιστή τάσης TV, προκαλεί κορεσμό του μαγνητικού κυκλώματος του μετασχηματιστή, με αποτέλεσμα το ρελέ να λειτουργεί εσφαλμένα.

Η μελέτη και η ανάλυση αυτής της διαδικασίας λειτουργίας επιτρέπουν την πραγματοποίηση της ανάλυσης υπέρθεσης τάσης συνεχούς ρεύματος και διασφαλίζουν τη δυνατότητα ανάλυσης του καλωδίου και του συστήματος ηλεκτροδότησης.

3.2 Τεχνολογία διηλεκτρικών απωλειών

Για την αντιμετώπιση της κατάστασης ανώμαλης μερικής εκφόρτισης σε καλώδια από δικτυωμένο πολυαιθυλένιο 35 kV, η μέτρηση του ρεύματος απωλειών είναι απαραίτητη για την πραγματοποίηση της ανάλυσης απωλειών, γεγονός που απαιτεί μια εις βάθος ανάλυση των απωλειών του καλωδίου από δικτυωμένο πολυαιθυλένιο. Κατά τη διάρκεια της μέτρησης, προκειμένου να διασφαλιστεί η ακρίβεια της ανάλυσης απωλειών, το καλώδιο ισχύος πρέπει να υποβληθεί σε διεξοδική εξέταση. Το ρεύμα που προκαλείται από την τάση εναλλασσόμενου ρεύματος πρέπει να αναλυθεί σχολαστικά, ακολουθούμενο από μια ολοκληρωμένη ανάλυση της χωρητικής συνιστώσας του ρεύματος, της συνιστώσας ρεύματος απώλειας και της τιμής της αντίστασης μόνωσης του καλωδίου που έχει υποστεί φθορά από «δέντρα νερού», προκειμένου να αποφευχθεί η αύξηση του ρεύματος απώλειας. Ωστόσο, ο διαχωρισμός της συνιστώσας του χωρητικού ρεύματος από τη συνιστώσα του ρεύματος απώλειας αποτελεί σχετική πρόκληση λόγω της σχέσης μεταξύ του ρεύματος απώλειας και της χωρητικότητας, καθώς και του tanδ. Ο προσδιορισμός της σχέσης μεταξύ της χωρητικότητας και του tanδ και ο καθορισμός οριακών παραμέτρων με βάση τη μέση τιμή της περιόδου εφαρμογής τάσης είναι ζωτικής σημασίας. Η τεχνική μέτρησης του ρεύματος απωλειών χρησιμοποιείται συνήθως σε καλώδια XLPE 35 kV.

Η γενική διαδικασία μέτρησης για την τεχνική αυτή συνίσταται στην αντιμετώπιση των «δέντρων νερού» ως συσσωματώματα κενών. Όταν υποβάλλονται σε ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, το νερό εντός αυτών των κενών τεντώνεται προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου υπό την επίδραση της τάσης του Maxwell, με αποτέλεσμα την αύξηση του ρεύματος. Για να αποφευχθεί η παραμόρφωση της κυματομορφής στην περίπτωση ρευμάτων διαρροής συνεχούς ρεύματος στα «δέντρα νερού», απαιτείται ολοκληρωμένη ανάλυση των χαρακτηριστικών ρεύματος και τάσης. Η τεχνική μέτρησης του ρεύματος απώλειας όχι μόνο ανιχνεύει με ακρίβεια τη φθορά των «δέντρων νερού», αλλά και μετρά το ρεύμα απώλειας του νερού μέσω αυτών.

Η τεχνολογία μέτρησης των διηλεκτρικών απωλειών όχι μόνο ανιχνεύει με ακρίβεια την υποβάθμιση της ποιότητας του νερού που διέρχεται από τα δέντρα, αλλά και διαγιγνώσκει και αναλύει το νερό που δεν διέρχεται από τα δέντρα, αποδεικνύοντας έτσι πλήρως τα οφέλη της παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο. Αυτό αντανακλά πλήρως τα πλεονεκτήματα της παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο και επιτυγχάνει τον στόχο της ανάλυσης και επεξεργασίας του ρεύματος απωλειών.

3.3 Τεχνολογία μερικών εκκενώσεων

Μέσω της χρήσης της τεχνολογίας μερικών εκκενώσεων και της εφαρμογής προγραμμάτων τεχνολογίας παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο, είναι δυνατή η δημιουργία ενός ολοκληρωμένου προγράμματος διαχείρισης της μόνωσης του ηλεκτρικού εξοπλισμού. Ειδικά για τα καλώδια XLPE 35 kV, είναι επιτακτική ανάγκη η ανάλυση των μερικών εκκενώσεων που προέρχονται από διακλαδώσεις κατά μήκος του καλωδίου.

Με την εφαρμογή τοπικών μεθόδων διαδικτυακής παρακολούθησης, όπως τεχνικές ανάλυσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, υπερήχων και φάσης παλμών, είναι δυνατός ο ακριβής προσδιορισμός των σημείων μέτρησης των καλωδίων. Στη συνέχεια, μέσω της ολοκληρωμένης ανάλυσης των σημείων μέτρησης και των συνθηκών εκφόρτισης των καλωδίων, εξετάζεται λεπτομερώς η κατάσταση του σήματος, με σκοπό τη βελτίωση της συνολικής αποτελεσματικότητας της ανίχνευσης μερικών εκφορτίσεων.