Postupné nasadzovanie nestabilných alternatívnych typov obnoviteľných zdrojov elektrickej energie do jestvujúcej elektrizačnej sústavy, ktorá bola budovaná a projektovaná na báze stabilných zdrojov, spôsobuje lokálne preťaženia v elektrizačnej sústave. Lokálne preťaženie spočíva v prenose (obvykle krátkodobo) veľkého výkonu vzdušným a káblovým vedením. To má za následok väčšie riziko vzniku porúch a zmien elektrických a mechanických vlastností najdôležitejších prvkov prúdovo-napäťových obvodov ES, slúžiacich práve na prenos elektrickej energie. Vzhľadom na uvedené skutočnosti sa dnes kladie veľký dôraz na priebežnú diagnostiku prevádzkovaných vzdušných a káblových vedení z dôvodu predikcie regionálnych porúch v dodávke elektrickej energie k spotrebiteľovi, ale aj preto, aby sa zabezpečili hlavné priority a ciele v oblasti udržateľnej energetiky a energie v členských štátoch Európskej únie a prepojenej elektrizačnej sústave ENTSO-E.
Princíp reflektometrického merania na vzdušnom vedení
Reflektometrické meranie (reflektometria) je založené na princípe metódy odrazu elektrického signálu na vzdušnom a káblovom elektrickom vedení. V elektroenergetike sa táto metóda využíva na kontrolu homogenity a lokalizáciu porúch a akosti elektrických káblov a rôznych elektrických vedení a v podstate predstavuje vyhodnotenie elektroizolačných vlastností elektrického vedenia. Pri narušení elektrickej homogenity elektrického vedenia skratom, zvodom, prerušením alebo zmenami iných elektrických a izolačných vlastností dôjde na mieste takej zmeny k čiastočnému až úplnému odrazu signálu, ktorý bol do neho vyslaný. Pri známej rýchlosti šírenia signálu v danom druhu elektrického vedenia sa dá z času od jeho vyslania do návratu odrazenej zložky (signálu) určiť poloha miesta poruchy (odrazu) a z amplitúdy jej veľkosť a charakter [1].
Bloková schéma zapojenia meracieho zariadenia Teleflex M na meranie vzdušných elektrických vedení je na obr. 1. Predmetné zariadenie pracuje v dvoch prevádzkových režimoch (aktívnom a pasívnom) závislých od dĺžky monitorovaného vzdušného vedenia. Pri aktívnom prevádzkovom režime meracieho zariadenia treba do meracieho obvodu predradiť samostatné pripojovacie zariadenie (impulzný generátor). Jeho úlohou je zosilniť vybudený signál vysielaný do elektrického vedenia, ktorého dĺžka presiahla 300 km. Pokiaľ však dĺžka vzdušného elektrického vedenia neprekročila vzdialenosť 300 km, meranie sa zrealizuje bez pripojovacieho zariadenia v pasívnom prevádzkovom režime.
Reflektrometrické meranie vzdušných elektrických vedení sa vykoná na vypnutom elektrickom vedení, ktoré je na vzdialenom konci uzemnené uzemňovacími nožmi odpojovača v elektrickej stanici, do ktorej je predmetné vzdušné elektrické vedenie zaústené.
Na všetkých vysokonapäťových vzdušných elektrických vedeniach býva vo vypnutom stave naindukované (od paralelných súbežných vedení) napätie rádovo v kilovoltoch (ak je pripojovací bod otvorený), resp. indukovaný prúd rádovo až v desiatkach ampéroch (ak je pripojovací bod uzemnený). Energia prenesená kapacitnými väzbami je tiež nezanedbateľná, s ňou súvisiace napätie alebo prúd tiež nie sú bezpečné. Ich veľkosť závisí od množstva faktorov: napätia súbežného vedenia, jeho okamžitého zaťaženia, dĺžky odpojeného systému, ale aj konfigurácie trojfázových systémov (ich odstupy, existencia zákrutov atď.) [2], [5].
Preto treba zariadenia prevádzkované v elektrickej stanici a personál obsluhujúci reflektometrickú aparatúru chrániť pred indukovaným napätím a prúdom ich zvedením cez uzemňovacie prepojenia pripojovacieho zariadenia do uzemnenia elektrickej stanice. Zároveň je reflektometrické zariadenie pre vzdušné vedenia pripojené ochranným vodičom sieťového prívodu na ochranné uzemnenie. Musí sa dbať na to, aby bol vyrovnávací prúd na ochrannom vodiči sieťového prívodu menší ako 10 A. Ak sa ochranné uzemnenie nesmie spájať so staničným uzemnením alebo ak je vyrovnávací prúd väčší ako 10 A, musí sa zariadenie na meranie vzdušných vedení pripojiť cez oddeľovací transformátor. Pripojovacie zariadenie zabezpečuje optimálne prispôsobenie impulzného generátora a prístroja Teleflex M na merané vzdušné elektrické vedenie [2], [4]. Meracie zariadenie Teleflex M treba umiestniť do blízkosti miesta pripojenia na vzdušné elektrické vedenie a zabezpečiť nízkoohmové prepojenia na uzemnenie (? 0,2 ?) [3].
Reflektometrické meranie na vzdušnom vedení 110 KV
Reflektometrické meranie sa v praxi realizovalo na elektrickom vzdušnom vedení na napäťovej úrovni 110 kV, prevádzkovanom spoločnosťou Západoslovenská distribučná, a. s. Predmetné elektrické vedenie má dĺžku 21,839 km, preto sa diagnostika pomocou meracieho prístroja Telflex M vykonala v pasívnom prevádzkovom režime, a to prioritne pozdĺž trasy prevádzkovanej linky z dôvodu identifikácie prípadných lokalít s výskytom impedančných nehomogenít. Abnormálne impedančné nehomogenity boli spôsobené, ako sme už spomenuli, samotným dlhým obdobím prevádzkovania predmetného elektrického vedenia (preťažovaním, skratmi), ale aj poveternostnými vplyvmi a lokalitou umiestnenia elektrického vedenia v konkrétnej oblasti znečistenia a s tým súvisiacou kumuláciou znečistenia na izolátoroch (stupňom znečistenie) vonkajšieho elektrického vedenia. To vplýva na početnosť výskytu preskokov na izolátoroch vedenia a krátkodobých výpadkov, ale aj na prerušenie dodávky elektrickej energie k spotrebiteľom. Sprievodným a nie menej dôležitým cieľom takejto diagnostiky je verifikácia skutočnej dĺžky predmetného vzdušného elektrického vedenia.
Na obr. 2 je zobrazený celý priebeh reflektometrickej stopy vzdušného elektrického vedenia. Viditeľné poklesy 2 sú impedančné nehomogenity, ktoré môžu byť spôsobené súbehmi a križovaním vedení, znečistenými izolátormi alebo vodivostne degradovanými lisovanými AlFe-lanovými spojkami na vedení. Najväčší pokles nameraných kriviek môžeme pozorovať na fázach L2 a L3 v úseku okolo 17 kilometra. Najjednoznačnejší pokles kriviek v jednotlivých fázach elektrického vedenia môžeme pozorovať v úseku 20 kilometra. V tomto prípade ide o miesto uzemnenia fáz elektrického vedenia v rozvodni, do ktorej je predmetné vedenie zaústené (koniec vzdušného vedenia). Toto miesto a začiatok (miesto pripojenia meracieho zariadenia) určuje dĺžku elektrického vedenia. Dĺžka meraného elektrického vedenia určená reflektometrickým meraním je 21,84 km (detail zobrazený na obr. 3).
Meranie sa realizovalo v druhej polovici novembra 2015 za suchého a mrazivého počasia. Vlhkosť vzduchu sa počas merania pohybovala v rozmedzí od 25 % do 30 %. Počas celého merania vial vietor rýchlosťou od 3 m/s do 5 m/s. Uvedené informácie sú dôležité pri vyhodnocovaní reflektometrického merania z hľadiska poveternostných podmienok vplý-vajúcich na merané vzdušné vedenie. Rýchlosť vetra vplýva na vzájomnú polohu fázových vodičov v rozpätí medzi stožiarmi. Relatívna vlhkosť ovzdušia (dielektrika) vplýva na vodivosť povrchovej dráhy izolátorového závesu a jeho zvodový prúd, ktorý môže pri spojitom monitoringu signalizovať preskok ešte v štádiu pred vznikom elektrického preskoku a výkonového oblúka pri skrate [3].
Záver
Metóda reflektometrického merania vzdušných vedení je vhodná na identifikáciu a orientačnú lokalizáciu prípadných impedančných nehomogenít vyskytujúcich sa na vzdušnom elektrickom vedení. V prípade konkrétneho meraného úseku elektrického vedenia s dĺžkou 21,839 km sa odporúča uskutočniť na mieste najväčšieho poklesu na fázach L2 a L3 v úseku okolo 17,6 kilometra dodatočnú lezeckú revíziu elektrických častí stožiarov (izolátorov, lisovaných lanových spojok atď.). Na základe výsledkov lezeckej revízie treba prípadne realizovať na zapnutom predmetnom elektrickom vedení (zaťaženie prúdom aspoň 100 A) obhliadku prúdových spojov pomocou termovíznej kamery a zistiť ich oteplenie, najmä najbližšej lisovanej lanovej spojky. Treba tiež fyzicky skontrolovať stupeň znečistenia izolátorov (prípadne ich umyť) a zmerať odpor uzemnenia stožiara.
Pomocou reflektometrického merania sa overila skutočná dĺžka elektrického vedenia. Na základe porovnania nameranej a projekčnej dĺžky možno deklarovať súlad týchto dvoch údajov. Overená dĺžka elektrického vedenia pomocou reflektometrického merania je 21,84 km.
Poďakovanie
Autori prezentovaného príspevku sa chcú poďakovať za spoluprácu špecialistom správy energetických zariadení vvn spoločnosti Západoslovenská distribučná, a. s., za umožnenie realizácie meraní na prevádzkovanom zariadení v ich správe a vlastníctve.
Literatúra
[1] www.pipeco.sk/download/L_Monitorovaci_system.pdf .
[2] http://www.sebakmt.com/en/products/power-networks/cable-fault-location/reflectometer-arm-filter/reflectometer/overhead-measuring-system.html
[3] Fecko, Š. – Reváková, D. – Varga, L. – Lago, J. – Ilenin, S.: Vonkajšie elektrické vedenia. Bratislava: Renesas, s. r. o., 2010.
[4] http://www.mikrokom.eu/sk/pdf/co-se-meri.pdf
[5] ftp://ftp.kemt.fei.tuke.sk/KEMT434_RM/_web/pracovisko6.html
Ľuboš Pavlov
Jozef Lago
Michal Savčák
Juraj Chovanec
VUJE, a.s., Okružná 5, 918 64 Trnava
lubos.pavlov@vuje.sk
jozef.lago@vuje.sk
michal.savcak@vuje.sk
juraj.chovanec@vuje.sk