Należę do systemu Banner 4 You

Profilaktyczna obsługa eksploatacyjna urządzeń
energoelektronicznych

1.Wstęp

Urządzenia energoelektroniczne od lat spełniają podstawową rolę w elektronice technicznej, w układach przekształcających energię elektryczną napięcia przemiennego na stałe i odwrotnie.
Zasadniczymi elementami przekształtników energoelektronicznych są zawory elektryczne półprzewodnikowe. Posiadają one własności zaworów idealnych pod warunkiem, że nie zostaje przekroczony określony zakres niektórych parametrów jak np. napięcie zasilające, szybkość narastania napięcia, temperatura otoczenia itp.
Przez zastosowanie rozmaitych układów połączeń pomiędzy zaworami, transformatorami, dławikami oraz kondensatorami i rezystorami, uzyskuje się praktyczne układy techniczne o wymaganych parametrach eksploatacyjnych i niezawodnościowych. Konstrukcje urządzeń, na skutek postępu technicznego, ulegały ciągłym ulepszeniom przez zastosowanie coraz lepszych materiałów, doskonalszego sterowania procesami, oraz skutecznej ochrony tych procesów. Tym niemniej, jak w każdej dziedzinie techniki istnieje pewien próg doskonałości, co powoduje konieczność przestrzegania określonych zasad eksploatacji wytwarzanych urządzeń zarówno przez producenta jak i użytkownika. W referacie przedstawiono, na podstawie osiągniętego w Polsce w ostatnich latach postępu technicznego w profilaktycznej obsłudze urządzeń elektroenergetycznych pod napięciem elektrycznym, koncepcję przeniesienia opracowanych metod na urządzenia energoelektroniczne [ 7 ].

2.Obsługa eksploatacyjna urządzeń energoelektronicznych według
przepisów eksploatacji.

Ogólne i szczegółowe przepisy eksploatacji urządzeń pracujących w energetyce zawodowej i przemysłowej zostały ustanowione w 1987 r. przez Zarządzenie Ministra Górnictwa i Energetyki, w przypadku urządzeń energoelektronicznych, jako szczegółowe zasady eksploatacji urządzeń prostownikowych i akumulatorowych [ 5 ].
Urządzenie prostownikowe zdefiniowano jako urządzenie elektroenergetyczne, stanowiące zestaw złożony z zespołu prostownikowego, rozdzielni prądu przemiennego i stałego, instalacji oraz urządzeń zabezpieczających i sterowniczych, kontrolno- pomiarowych, sygnalizacyjnych i pomocniczych, związanych z jego ruchem.
Podobną definicję znajduje się w literaturze naukowo- technicznej, w której używa się pojęcia przekształtnika, co rozszerza definicję podaną w przepisach o falowniku oraz przekształtniku prądu przemiennego i stałego. Urządzenia te są stosowane w układach napędowych silników elektrycznych, zasilania pieców indukcyjnych , nagrzewnic i zgrzewarek, trakcji a także w kompensatorach napięcia w stacjach zasilających centrale telefoniczne [ 8 ].
Aktualne zarządzenie stwierdza konieczność prowadzenia eksploatacji danej grupy urządzeń zgodnie z opracowaną dla niej instrukcją stanowiskową, na podstawie programu pracy z uwzględnieniem charakterystyk prądowych i napięciowych, układu połączeń dla ruchu normalnego i w warunkach zakłóceniowych, oraz rodzaju i wymaganego czasu wykonywania przełączeń.
Podobnie jak w przypadku obsługi eksploatacyjnej urządzeń elektroenergetycznych, zaleca się okresowe wykonywanie oględzin z uwzględnieniem w szczególności stanu technicznego zespołu prostownikowego, rozdzielni i instalacji elektrycznych, oraz działania aparatury, przyrostu temperatury i warunków chłodzenia urządzeń. Przeglądy nie rzadziej niż raz w roku, powinny obejmować również pomiary rezystancji izolacji w stosunku do ziemi o wartości wymaganej na 1 V napięcia znamionowego prądu stałego obwodów głównych, oraz obwodów i urządzeń pomocniczych, sprawdzenie działania aparatury, konserwację i naprawy urządzeń.
Zaleca się powiązanie remontów w terminach odpowiadających remontom odbiorników z nich zasilanych.

3. Obsługa eksploatacyjna urządzeń elektroenergetycznych.

Szczegółowe zasady eksploatacji, które opracowano dla szeregu urządzeń i instalacji elektroenergetycznych (elektrycznych), ustalają istotne wymagania, jakie powinny być spełnione przy przejmowaniu ich do eksploatacji. Dotyczy to w szczególności zakresu i terminu przeprowadzania oględzin, przeglądów, pomiarów i badań w czasie przeglądów.
Przepisy te ustalają również wymagania dotyczące osób odpowiedzialnych za opracowanie programów pracy urządzeń i instalacji elektrycznych, które powinny uwzględniać ich optymalne wykorzystanie, oraz racjonalne i oszczędne użytkowanie poboru mocy i energii elektrycznej.
W praktyce eksploatacyjnej , zwłaszcza w firmach stosujących technikę prac pod napięciem, programowaniem czynności przeglądowych według wewnętrznych instrukcji eksploatacji obiektów jednostki organizacyjnej energetyki zajmuje się " eksploatacja" w ścisłym współdziałaniu z poleceniodawcą, wyspecjalizowanym w prowadzeniu ruchu elektrycznego sieci elektroenergetycznych z zastosowaniem techniki prac pod napięciem.
Wykorzystuje on posiadaną wiedzę z zakresu korzyści technicznych ze stosowania optymalnej profilaktyki utrzymania urządzeń, oraz ograniczenia do minimum strat z tytułu procesów łączeniowych i przerw planowych w dystrybucji, przesyle lub w produkcji.
Stacje w rozdzielniach wnętrzowych i napowietrznych, podlegają oględzinom i przeglądom.
W praktyce służby eksploatacyjne posługują się ujednoliconą lub opracowaną samodzielnie KARTĄ OGLĘDZIN, w której wyszczególnione są elementy stacji i terminy oględzin, odnotowywane dostrzeżone usterki lub uszkodzenia z adnotacją o proponowanych pracach przeglądowych.
Przepisy nie rozróżniają przeglądów "zewnętrznych" i "wewnętrznych", lecz zalecają wykonywanie ogólnych przeglądów, bez zachowania proponowanego podziału, w terminach pięcioletnich. Przeglądy " wewnętrzne", ich zakres i terminy, wynikają z ogólnych cech konstrukcyjnych danego urządzenia.
Zakres przeglądu dla podstawowych elektroenergetycznych urządzeń rozdzielczych według aktualnych przepisów obejmuje:

• oględziny według opracowanej karty oględzin stacji
• pomiary i próby eksploatacyjne określone w załączniku do rozporządzenia w sprawie szczegółowych zasad eksploatacji
• sprawdzenie stanu technicznego transformatorów, przekładników, dławików gaszących i odgromników, wraz z określeniem metody badawczej
• sprawdzenie działania układów zabezpieczeń, automatyki, pomiarów, telemechaniki i sygnalizacji
• sprawdzenie działania i współpracy łączników, oraz ich stanu technicznego
• sprawdzenie ciągłości i stanu połączeń głównych torów prądowych z zaleceniem metody termograficznej lub innej równoważnej
• sprawdzenie stanu osłon, blokad, urządzeń ostrzegawczych i innej aparatury zapewniających
  bezpieczeństwo pracy
• konserwację i naprawy, bez określenia technologii.

Dla poszczególnych urządzeń dla których podano listę czynności wykonywanych podczas przeglądu , można wyróżnić możliwe czynności obsługowe do wykonania ich pod napięciem :

Aktualny stan profilaktyki w stacjach elektroenergetycznych pod napięciem elektrycznym obejmuje prace, które wykonuje się na podstawie specjalnie opracowanych instrukcji stanowiskowych w celu:

• poprawy połączeń prądowych.

Poprawę połączeń prądowych, wyłącznie czystych i diagnozowanych w tym stanie,
wykonuje się aktualnie pod napięciem metodą z odległości zestawem drążków manipulacyjnych izolacyjnych typu DIM SN/ nn na tym poziomie napięcia.
W zestawie tym znajduje się termometr dotykowy, którym wykonuje się pomiary na styku i w jego sąsiedztwie. Następnie, z użyciem produktów dielektrycznych, dokręca się śruby stykowe kluczami umieszczonymi w głowicy drążka. [ 7 ].

• czyszczenia stacji wnętrzowych.

Czyszczenie stacji wnętrzowych odbywa się z zastosowaniem metody "na sucho" i "na mokro".
Do czyszczenia suchych zabrudzeń używane są odkurzacze do prac pod napięciem specjalnej konstrukcji i dobranym wyposażeniem elektroizolacyjnym. Podciśnienie podczas pracy ssącej zestawu wynosi od 21 do 24 kPa.. Możliwe jest zwiększenie podciśnienia do 61 kPa, a także różnicowanie wydajności usuwania zanieczyszczeń.
Do czyszczenia zabrudzeń tłustych, lub innych niemożliwych do usunięcia metodą "na sucho" stosowana jest niskociśnieniowa pompa o ciśnieniu sprężania 4, 5 bar i sprężarka 8 bar. Praktyczne zastosowanie znalazł mechaniczny natryskiwacz produktu dielektrycznego o ciśnieniu sprężania 3 bar. Urządzenia myje się specjalnymi produktami chemicznymi pochodzącymi z importu.
Stosowana metoda w elektroenergetyce jak dotąd nie znalazła szerszego zastosowania w odniesieniu do urządzeń energoelektronicznych.
Organizacja, ekonomika i wydajność opracowanej metody profilaktycznej przewyższa dotąd tradycyjnie stosowane, dzięki wysokiej produktywności i doskonałym technicznym uzbrojeniu miejsca pracy.[ 2 ].
Celowość jej przeniesienia na urządzenia energoelektroniczne zostanie uzasadniona w dalszej treści referatu.

4. Współzależność charakterystyk elektrycznych i cieplnych
urządzeń w procesie eksploatacji.

Podobnie jak w elektroenergetycznych układach przesyłowych i dystrybucyjnych, istnieje wyraźna współzależność pomiędzy prądem znamionowym i długotrwale dopuszczalną temperaturą pracy urządzenia, określaną dla stanu termicznie ustalonego.
Dla wszystkich urządzeń określone są narażenia, które zakłócają procesy eksploatacji [ 3, 8].
Prądy i napięcia zakłóceniowe pojawiające się w sposób przypadkowy podczas ruchu urządzeń, są uwzględnione przez konstruktorów i producentów w celu eliminacji zagrożeń przez automatykę przeciwzakłóceniową.
Jedynymi narażeniami utrzymującym się stale, zwłaszcza w przypadku urządzeń wentylowanych są narażenia środowiskowe związane z zabrudzeniami w warunkach zmieniającej się wilgotności powietrza i temperatury. Procesy związane z tymi narażeniami są trudne do teoretycznego analizowania, bowiem są opisane przez liczby kryterialne związane z ruchem ciepła i jego wymianą z otoczeniem.
Współczynnik wymiany ciepła jest ściśle zależny od temperatury warstwy przyściennej i wpływa na wartość oporności cieplnej zewnętrznej. W urządzeniach wentylowanych współczynnik wymiany ciepła określany przez równanie kryterialne Hilperta przyjmuje w obliczeniach zmienne wartości zależne od kształtu powierzchni wymiany ciepła i stopnia jej zanieczyszczenia.[ 6 ].
Próby określania narażeń temperaturowych przez pomiar nagrzewania urządzeń prądem stałym, pozwalają w sposób przybliżony stwierdzić niezgodność założeń konstruktorów urządzeń z realną wymianą ciepła z otoczeniem, a tym samym zwracają uwagę na konieczność specjalnej ochrony warstw przyściennych podczas tej wymiany.[ 1 ].
Problem ten i jego rozwiązanie dotyczy całej grupy urządzeń o współzależnych charakterystykach elektrycznych i cieplnych, a mianowicie:

• diod krzemowych,
• tyrystorów,
• zaworów selenowych, prostowników selenowych wolnostojących i osłoniętych,
  obecnie nie stosowanych,
• prostowników krzemowych w szafach,
• przekształtników tyrystorowych w szafach,
• przekształtników w napędach silników elektrycznych, zasilających układy pomocnicze, w regulatorach i kompensatorach napięcia, w których stosowanie proponowanych technik eksploatacyjnych wydaje się bezdyskusyjne.

5. Diagnozowanie urządzeń na tle występujących narażeń.

Mimo stosowania automatyki przeciwzakłóceniowej oraz przyrządów pomiarowych wizualizujących eksploatację urządzeń, ważną rolę w użytkowaniu izolacji zewnętrznej odgrywa specjalna diagnostyka, prowadzona w celu określenia parametrów procesu obsługi.[ 3 ].
Inspekcja wzrokowa pozwala na ogólną ocenę stanu technicznego urządzenia. Szczegółowe oceny tego stanu uzyskuje się przez zastosowanie wzmacniaczy obrazu czułych na promieniowanie ultrafioletowe obiektu, termografy analizujące promieniowanie podczerwone obiektu, analizatory szumów akustycznych lub deformacji pola elektrycznego.
Zastosowanie opracowanych metod diagnostycznych stosowanych w eksploatacji izolacji, zwłaszcza wysokonapięciowej pod napięciem elektrycznym, względem urządzeń energoelektro-nicznych, ułatwiłoby w praktyce eksploatacyjnej ich obsługę w celu utrzymania ich wysokiej niezawodności pracy.

6. Wnioski.

Urządzenia energoelektroniczne posiadające współzależne charakterystyki elektryczne i cieplne, powinny być okresowo poddawane zabiegom profilaktycznym w celu eliminacji szkodliwych wpływów narażeń środowiskowych.
Przeniesienie metody profilaktyki eksploatacyjnej opracowanych dla urządzeń elektroenergetycznych, wymagałoby uściślenia wybranych jej parametrów.
Skuteczne usuwanie zanieczyszczeń przekształtników, może ułatwić opracowanie nowych metod ich diagnozowania w procesie eksploatacji bez wyłączania z ruchu, oraz wydłużyć czas ich pracy.
Krajowe przepisy eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych należy aktualizować, uwzględniając postęp w technologiach eksploatacji.

autor: Tadeusz Teluk
Polsko-Belgijska Spółka z o.o. Telsidd

Literatura

1. Dąbrowska J., Kajura A.: Obciążalność prądowa elementów urządzeń rozdzielczych w niskonapięciowych rozdzielnicach szafowych, uszczelnionych. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Z. 42, Gliwice, 1974.

2. Cygan Z. i inni,: Współczesna eksploatacja. Zagadnienia wybrane. SIMPRESS. Warszawa 1997

3. Grupa Robocza 22.03.: Izolatory.: Przegląd eksploatacyjnych technik diagnostycznych izolatorów kompozytowych. ELEKTRA. Cigre.1996,Nr 169, str. 104-119

4. Maksymiuk J.: Aparaty elektryczne. WNT, Warszawa, 1992,1995

5. Przepisy Eksploatacji Urządzeń Elektroenergetycznych (wg stanu na 01.08.1994 r.)

6. Teluk T.,: Wyznaczenie oporności cieplnej zewnętrznej kabla pracującego w powietrzu.
Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Z. 42, Gliwice, 1974.

7. Teluk T.,: Mycie i konserwacja chemiczna urządzeń elektroenergetycznych, pod napięciem.
Instytut Energetyki. Zakład Bezpieczeństwa Pracy, Gliwice, 1997 (praca nie publikowana)

8. Wdowiak J.,: Przekształtniki. Poradnik Inżyniera Elektryka. WNT, Warszawa, 1974.