KISMİ DEŞARJ

Giriş
IEC-60270 standardı, kısmi deşarjı (PD), iletkenlerin yalıtımını kısmen köprüleyen yerel bir elektrik deşarjı olarak tanımlar. Elektrik mühendisliğinde PD, yüksek gerilim stresi olduğunda bir elektrik yalıtım sisteminin küçük bir bölümünün belirli bir bölgedeki dielektrik bozulması olarak tanımlanır. Genel olarak, PD'ler, bir yalıtkandaki gaz kabarcığı, yalıtkan bir malzemedeki gazla doldurulmuş boşluk veya bir gazdaki elektrot etrafındaki gibi, yalıtımın yüzeyindeki veya yalıtımdaki yerel elektriksel stres nedeniyle oluşur. Kısmi deşarjlar, transformatör yalıtım sistemlerindeki deformasyonların çoğunu karakterize edebilir. Kısmi deşarjlar, yüksek gerilimli bir cihazın hasar görmesine neden olabilir. Hasar kısa sürede gerçekleşebilir veya yıllarca sürebilir. Bu nedenle, PD yoğunluğundaki değişikliklerin değerlendirilmesi gerekir ve izleme sistemleri ile gerçekleştirilebilir. Elektrik deşarjı (Q veya q), SI sisteminde birimi coulomb'dur (C). Bir amperlik sabit akımın bir saniyede taşıdığı yük olarak tanımlanır.

II910’un işleyişi hakkında bilgi tazeleme:

II910 da, belirli bir dizi deseninde düzenlenmiş 64 adet mikrofon bulunur. Dizinin ortasında, sahnenin bir görüntüsünü sağlayan görünür bir kamera bulunur. Cihaz, ses kaynaklarının bir ses haritasını veya görüntüsünü oluşturmak için karmaşık algoritmalar kullanır ve ardından oluşturulan ses haritasını görüntünün üzerine bindirir. ii910'un görüş alanı dahilinde, ses kaynağının konumuna bağlı olarak, her mikrofon, sesi kısmen farklı zamanlarda alır. Mikrofonlar arası zaman farkları, ses kaynağının konumunun bulunmasını sağlar: Ses cihazın sağ tarafından geliyorsa, dizinin sağ tarafındaki mikrofonlar, sesi, cihazın sol tarafındaki mikrofonlarından bir saniye önce alır.  ii910, o sesin görüntüsünü ekranın sağ tarafında görüntüler.

ii910 kısmi deşarjları nasıl tespit eder?

Elektrik enerjisinin bir kısmı (%1–5) PD sırasında mekanik enerjiye dönüşür ve bu dönüşüm akustik emisyon (AE) dalgaları üretir. AE dalgaları, malzemeler deforme olduğunda moleküller arası bağ enerjisi salınımının bir sonucu olarak üretilir. AE dalgalarının işlenmesi genellikle inşaat yapılarının koşullarını, kesme makinelerinin ve kesme işleminin teşhisini ve malzeme kusurlarının tespitini değerlendirmek için kullanılır. Elektrik mühendisliğinde, akustik emisyon dalgaları, büyük güç transformatörlerinde PD kaynaklarının yerini tespit etmek için ipucu görevi görür. PD tespitinde AE yöntemi nispeten yenidir. Ancak AE yöntemi, geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında en uygulanabilir ve en ucuz PD tespit yöntemi olarak adlandırılmıştır (Sikorski ve Ziomek, 2012, Tablo 1). ii910, elektrik deşarjları tarafından üretilen akustik emisyon dalgalarını algılar.

Kısmi Deşarj Tespitini Etkileyen Faktörler
Yalıtım parçalarında yayılan ses, ideal koşullarda, küresel bir basınç dalgası (boylamasına )  olarak yayılır. Üretilen akustik dalgalar, yüksek gerilim uygulanan ekipmanın iç kısımları boyunca yayılır ve dış yüzeye ulaşır. Akustik dalgalar katı yalıtım parçalarına ulaştığında, bir hız vektörü ile tanımlanan yapı kaynaklı yayılma yolları oluşur. Yapı kaynaklı yayılma yollarının sınırlarında absorbsiyon, zayıflama ve saçılma ile sonuçlanan yansımalar ve kırılmalar vardır. Karmaşık yayılma yapısı, kısmi deşarj saptama prosedürünü duruma özel bir sürece dönüştürür: Kismi Deşarj saptama cihazı, yüksek bir sinyal-gürültü oranı elde etmek için her bir durum için farklı konumlandırılmalıdır. Ayrıca, optimum algılama konumu her zaman PD kaynağı ile cihaz arasındaki en kısa optik yola karşılık gelmez. İletim yolu sorunlarının ve akustik etkilerin (soğurma, zayıflama ve saçılma) üstesinden gelmek için, akustik sensörün hareketliliği ve özellikleri (hassasiyet ve frekans aralığı), verimli kısmi deşarj tespiti için kritik hususlardır.

İletim yolu
IEC 62748'deki aşağıdaki özellikler, PD kaynağı ile akustik sensör arasındaki akustik iletim yolunun etkisini özetler:

1. Akustik dalganın kaynaktan akustik sensöre iletim yolu boyunca değişken yayılma modları;

2. Farklı malzeme ve koşullara bağlı olarak akustik hızdaki değişiklikler (örneğin, yalıtım yağı için: sıcaklıkla nispeten yüksek hız değişimi, nemle sadece küçük hız değişimi);

3. Akustik dispersiyon ve dispersif zayıflama: Akustik dalgaların bir ortamdan geçerken frekansa bağlı bozunması. Yalıtım malzemesine bağlı olarak, ayrışan frekansların bir kısmı zayıflar. Bu nedenle, PD tarafından üretilen akustik dalgaların frekans özellikleri her durum için değişir.

4. Sensördeki akustik empedansların uyumsuzluğu ve yüksek gerilim uygulanan ekipmanın muhafazası;

5. Akustik sensör ile PD kaynağı arasındaki mesafe.

Kısmi Deşarj Frekans Aralığı
Yukarıdaki bölümde bahsedildiği gibi, PD'lerin frekans özellikleri çoğunlukla iletim yolu özelliklerine göre farklılık gösterir. Tepe frekanslarının değişkenliği PD literatüründe araştırılmıştır. Bu bölüm, literatürde PD'lerin AE dalgalarını analiz ederken gözlemlenen tepe/baskın frekansları özetlemektedir.

Harrold (1975) – Petroldeki farklı tipteki PD'lerin AE dalgaları araştırıldı. Ölçümler için geniş bant dönüştürücü kullanıldı.

• Yüksek enerjili benzersiz bir frekans tespit edilmedi.

• Rezonans dönüştürücülerin başarılı frekans aralığı: 20 kHz-100 kHz.

Harrold (1980)–Yağdaki kıvılcımlar ve arklar tarafından üretilen AE dalgaları, dar ve geniş bant dönüştürücülerle kaydedildi.

• Yüksek enerjili arklar 120 Hz-10 kHz aralığında maksimum seviyelerde yayınım yapar,

• Düşük enerjili mikro kıvılcımlar, yüksek frekanslarda maksimum akustik emisyon oluşturur: 10 kHz-400 kHz.

Howells ve Norton (1978)–Güç transformatörleri tarafından üretilen AE dalgaları, yaklaşık 140 kHz'lik bir rezonans tepe noktasına sahip bir rezonans dönüştürücü kullanılarak gözlemlendi.

• AE dalga enerjisinin çoğu 20 kHz-80 kHz'de iletilir.

• Kalan kısım, dönüştürücünün rezonans frekansına yakın, 140-170 kHz aralığında iletilir.

Zhu et al. (1988)–Güç trafosu yalıtımlarında çeşitli PD türleri araştırıldı. Geniş bant ve dar bant piezoelektrik sensörler kullanılmıştır.

• Geniş bir aralığı (70-150 kHz) kapsayan tepe frekansları,

• Barkhausen gürültü frekansları 20 kHz'den düşüktür.

• PD'yi tespit etmek için 70-180 kHz frekans bant genişliği önerildi.

Sakada et al. (1999) – Yağdaki tek bir PD darbesinin AE dalgalarının frekans yanıtı, geniş bantlı bir ultrasonik dönüştürücü ile ölçülmüştür.

• Yağdaki PD'den gelen AE darbesinin enerjisinin neredeyse tamamı 100 kHz'in altında iletildi. Baskın frekans 25 kHz idi.

Bozcar (2001)–Petroldeki yüzey deşarjları, petroldeki gaz kabarcığı deşarjları ve potansiyel partiküllerdeki deşarjlar tarafından yayılan AE dalgaları analiz edildi. Geniş bantlı bir piezoelektrik dönüştürücü kullanıldı (10 kHz–1 MHz).

• Sürünme deşarjı (yüzey deşarjı için kullanılan bir terim) düşük frekanslı AE sinyalleri (<100 kHz) oluşturur, en önemli kısmı 70–90 kHz arasında taşınır.

Sikorski ve Ziomek (2012)–Yağlı kağıt yalıtımında meydana gelen on farklı PD türü incelenmiştir.

• İncelenen PD formlarının her biri tekrarlanabilir ve benzersiz AE sinyalleri üretir,

• Frekans alanı analizinin sonuçları, uygulanan sensörün tipine büyük ölçüde bağlıdır,

• Düşük frekanslı (30 kHz) sensör, yüksek enerjili PD benzeri yüzey deşarjlarının tespitinde geniş bant sensöre göre daha hassastır,

• Yüksek enerjili sürünen kıvılcımlar, 20 ila 40 kHz frekans bandında AE sinyali üretir,

• Düşük enerjili PD, gaz kabarcıklarındaki veya dahili gaz boşluklarındaki boşalmalar gibi, yüksek frekanslarda (100–300 kHz) kısa AE darbeleri yayar.

• Model testlerinden elde edilen sonuçlar, güç transformatörleri üzerinde yapılan ölçümlerle doğrulanmıştır.

Sikorski (2019) – Dört PD tipinin tepe frekansları araştırıldı.

• Dört PD formu araştırıldı: iki tip yüzey deşarjı, kısmi deşarj ve spirler arası deşarj.

• Yüzey deşarj tipi B'den biri tarafından üretilen AE sinyallerinin frekansı 20 kHz ile 110 kHz arasında değişmekte olup, enerjinin % 95'i 22 kHz'den 42 kHz'e kadar dar bir bantta aktarılmıştır.

• A tipi yüzey deşarjları, akustik dalga enerjisinin %95'inin 48 kHz ile 100 kHz arasındaki bantta iletildiği daha yüksek frekanslarda AE sinyalleri üretti.

• Dönüşler arası deşarjlar, B tipi yüzey deşarjından biraz daha yüksek baskın frekanslara sahip AE sinyalleri üretti. AE sinyalinin enerjisinin %95'i 20 ile 68 kHz arasında iletildi.

• Yağdaki kısmi deşarj, geniş bant frekans özelliğine sahipti. Akustik enerjinin en büyük kısmı (%90.3), tepe frekansının 98.1 kHz'e eşit olduğu 80-117 kHz frekans bandında yayınlandı.

• Dört deşarj tipinin normalleştirilmiş toplam spektrumunda gözlemlenen baskın frekanslar 40 kHz, 68 kHz ve 90 kHz'dir.

ii910 hangi kısmi deşarj özelliklerini ölçer?

ii910'da elektrik deşarj tipi sınıflandırması

ii910, yapay zeka algoritmalarını kullanarak kısmi deşarj türlerini sınıflandırır. Dört tür deşarj sınıflandırılır: Harici deşarj, dahili deşarj, izleme deşarjı ve diğerleri.

1. Harici deşarj: Harici deşarj sınıflandırması, ii910'daki iki alt sınıflandırma algoritmasına dayanmaktadır: Elektrik arkı ve korona deşarjı. Her iki harici deşarj türünün akustik verileri, güç transformatörü ölçümlerinden toplanmıştır.

 a. Elektrik arkı: Bir elektrik arkı veya ark deşarjı, bir gazda elektrik arızası ile sonuçlanan bir elektrik deşarjı devam ettiğinde meydana gelir (bkz.şekil 1).
Üretilen plazma, görünür ışık üretebilir. Genellikle iki elektrotlu deşarj olarak sınıflandırılır: bir elektrottan diğerine iyonize bir yol oluştuğunda, çok büyük bir enerji açığa çıkar.

b. Korona deşarjı: Korona deşarjı, yüksek potansiyelli bir elektrottan bir akımın, elektrotun
etrafında bir plazma bölgesi oluştururken bu sıvıyı iyonize ederek nötr bir sıvıya (örneğin hava)
aktığı bir işlemdir (Şekil 2-sağ).
Korona genellikle tek elektrotlu deşarj olarak adlandırılır ve keskin noktalarda ve kenarlarda
meydana gelme eğilimindedir.(şekil.2-sağ)

2. İç deşarj: Sıvı, gaz veya katı izolasyon bölümlerinde kısmi deşarjlar meydana gelebilir. Tipik olarak,
boşluğun dielektrik sabiti çevreleyen dielektrikten daha küçük olduğu için gaz boşluklarında veya transformatör
yağlarında başlar. İç deşarj sınıflandırması için, boşluk deşarjlarının akustik verileri laboratuvar ve saha ölçümlerinden toplanmıştır.

  

3. İzleme (yüzey) deşarjı: Yüzey deşarjı, sürünen deşarj veya yüzey izleme deşarjı gibi deşarjları izlemek için kullanılan birkaç terim vardır. Yüzey deşarjı, güç transformatörünün ani arızasına yol açabilecek en tehlikeli PD tipi olarak kabul edilir (Sokolov ve diğerleri, 1999). Takip (yüzey) deşarjı, güç trafosu yalıtım sisteminde sorunlu bir alan olan yağ/pres levha bariyer sisteminde meydana gelir. ii910'da izleme (yüzey) deşarj sınıflandırmasını geliştirmek için çeşitli saha ölçümleri yapılmıştır.(bkz.şekil.3)

4. Diğer deşarjlar: Fırça deşarjı, tek elektrot deşarjı ve dönüşler arası deşarj gibi birkaç başka elektrik deşarjı vardır. Halihazırda ii910, bu elektriksel deşarj türlerini diğer olarak sınıflandırır.

Faz çözümlü veri modeli

 PD öznitelikleri genellikle Faz çözümlü veri modeli (PRDP) adı verilen bir yöntem kullanılarak ölçülür. PRDP, seçilen besleme gerilimi frekansının faz derecelerinin bir fonksiyonu olarak PD'nin büyüklüğünü temsil eder.

PRDP veri modeli hesaplaması, verilerin 1 / fv' ye bölünmesiyle başlar, burada fv besleme gerilimi frekansıdır. Her bölümün genlik değerleri daha sonra besleme gerilimi frekansının faz derecelerinin bir fonksiyonu olarak görselleştirilir. Faz derecesi 360 x (ti / T) ile hesaplanır; burada ti, PD darbesinin zaman bilgisidir ve T, besleme gerilimi frekansının bir döngüsünün süresidir. Son olarak, PRDP modelinin temsilinden önce bir eşik uygulanır.

ii910, PRDP hesaplaması için başlangıç ​​örneğine karar veren bir başlangıç ​​aşaması tahmin algoritması uygular. Başlangıç ​​aşaması tahmin algoritması, veriye dayalı geliştirmeden kaynaklanır ve kullanıcıların aşina olduğu görseller sağlamada başarılıdır.

Bir güç transformatöründe tespit edilen bir elektrik boşalmasının PRDP analizi. Besleme voltajı frekansı 60 Hz'dir ve yeşil sinüzoid ile gösterilir.(bkz.şekil.4) 

(şekil4)

Dakikadaki pals sayısı (PpM)

PRDP analizine ek olarak, ii910, PD pals sayısı, Dakika başına pals için gerçek zamanlı bir tahmin sağlar. Algoritma, hem laboratuvarlarda hem de sahada toplanan PD verilerine dayalı olarak geliştirilmiştir. Darbe sayısı tahmin algoritması, ii910 için geliştirilmiş yeni bir algoritmadır. Algoritma, ölçülen AE sinyalinde dakika başına PD darbelerinin sayısını tahmin etmek için zamansal çözünürlüğü ve düzleştirilmiş PD dalgalarının modellerini analiz eder.

Hem PRDP analizi hem de darbe sayısı tahmini, huzme biçimli veriler kullanılarak hesaplanır, dolayısıyla çevresel gürültü açısından avantajlıdır.

Sonuçlar:

Akustik sensörler kullanarak elektrik deşarjlarını tespit etmek, çoğunlukla PD'nin iletim yolunun etkisi ve yüksek frekans aralığına sahip sensörlerin gerekliliği nedeniyle zorlu bir iştir. Elde taşınan bir cihaz olarak ii910, iletim yolunun getirdiği zorlukların üstesinden gelir. ii910'un mikrofonlarının akustik özellikleri, bu belgede özetlenen literatüre dayalı olarak seçilir. ii910, PD'lerin AE sinyallerinin sinyal-gürültü oranını maksimize edecek şekilde yapılandırılmıştır. Sınıflandırma ve PpM algoritmalarını doğrulamak için laboratuvar ve saha ayarlarında kapsamlı bir veri seti toplandı. PD konumu, türü, darbe sayısı ve PRDP analizi, eksiksiz ve kolay bir raporlama prosedürü sağlar.