Yüksek gerilim ekipmanlarında izolasyon sistemi dışarıdan sağlam görünmesine rağmen içerisinde zamanla gelişen lokal elektriksel problemler bulunabilir. Bu problemlerin erken aşamada tespit edilmesinde kullanılan en önemli diagnostik yöntemlerden biri Kısmi Deşarj (Partial Discharge – PD) testidir.

Kısmi deşarj; kablo, transformatör, jeneratör, motor, GIS ve orta/yüksek gerilim şalt ekipmanlarının izolasyon sistemlerinde meydana gelebilen lokal elektriksel boşalma aktivitesidir.

PD aktivitesinin doğru şekilde tespit ve analiz edilmesi, izolasyondaki bazı kusurların ciddi bir arızaya dönüşmeden önce araştırılmasına yardımcı olabilir.

Bu rehberde kısmi deşarj nedir, PD testi nasıl çalışır, hangi ekipmanlarda kullanılır, online ve offline PD ölçümü arasındaki fark nedir ve kısmi deşarj test cihazı seçerken nelere dikkat edilmelidir? sorularını ayrıntılı olarak ele alıyoruz.

Kısmi Deşarj Nedir?

Kısmi deşarj, İngilizce Partial Discharge (PD) olarak adlandırılır.

En temel anlamıyla izolasyon sisteminin yalnızca belirli bir bölümünde meydana gelen lokal elektriksel boşalmadır.

Buradaki önemli nokta, boşalmanın iki elektrot arasındaki izolasyonu tamamen köprülememesidir.

Yani tam bir elektriksel delinme veya kısa devre henüz meydana gelmemiş olabilir.

Buna rağmen izolasyon içerisindeki lokal elektrik alan belirli bir bölgede yeterince yükseldiğinde küçük boşalma darbeleri oluşabilir.

Bu olay tekrarlandıkça izolasyon üzerinde zamanla olumsuz etkiler meydana gelebilir.

Kısmi Deşarj Neden Oluşur?

Yüksek gerilim izolasyon sistemleri tamamen homojen olmayabilir.

Üretim, montaj, yaşlanma veya çevresel etkiler sonucunda izolasyon içerisinde veya yüzeyinde farklı kusurlar meydana gelebilir.

PD aktivitesiyle ilişkilendirilebilecek durumlar arasında;

• izolasyon içerisindeki boşluklar,
• üretim kusurları,
• yüzey kirliliği,
• nem,
• elektrik alan yoğunlaşması,
• kablo başlığı problemleri,
• muf problemleri,
• keskin iletken geometrileri,
• izolasyon yaşlanması

bulunabilir.

Ancak bir PD sinyalinin tespit edilmesi tek başına kesin arıza teşhisi anlamına gelmez.

Sinyalin tipi, seviyesi, faz ilişkisi, ölçüm yöntemi ve ekipmanın geçmiş sonuçları birlikte değerlendirilmelidir.

Kısmi Deşarj Neden Önemlidir?

Yüksek gerilim ekipmanlarının izolasyon sistemi uzun yıllar boyunca elektriksel, termal, mekanik ve çevresel zorlanmalara maruz kalabilir.

Bazı izolasyon problemleri ekipman tamamen arızalanmadan uzun süre önce PD aktivitesi oluşturmaya başlayabilir.

Bu nedenle kısmi deşarj ölçümü durum bazlı bakım ve kestirimci bakım çalışmalarında önemli bir diagnostik araçtır.

Amaç yalnızca “PD var mı?” sorusuna cevap vermek değildir.

Asıl amaç;

aktivitenin kaynağını, karakterini, zaman içerisindeki değişimini ve ekipman açısından önemini değerlendirmektir.

PD Test Cihazı Nasıl Çalışır?

Kısmi deşarj olayı çok kısa süreli elektriksel darbeler oluşturabilir.

Profesyonel PD test cihazları uygun sensörler ve ölçüm devreleri kullanarak bu sinyalleri algılar.

Sistem daha sonra sinyallerin;

• genliğini,
• tekrar sıklığını,
• faz ilişkisini,
• frekans karakteristiğini,
• zaman içerisindeki davranışını

analiz edebilir.

Gelişmiş sistemlerde elde edilen veriler özel yazılımlar yardımıyla sınıflandırılarak gerçek PD aktivitesinin çevresel elektriksel gürültüden ayrılması amaçlanır.

Örneğin TestOne ürün portföyündeki Techimp AQUILA, trafo, kablo, jeneratör ve GIS sistemlerinde online veya offline PD ölçümü gerçekleştirebilen taşınabilir bir analizördür. Sistem IEC 60270 uyumlu ölçümü ve gerçek PD sinyalleriyle gürültünün ayrıştırılmasına yönelik sınıflandırma özelliklerini desteklemektedir.

PD Ölçümünde pC Nedir?

Klasik elektriksel kısmi deşarj ölçümlerinde sık karşılaşılan birimlerden biri pC (pikokulomb) değeridir.

Bu değer görünür yük (apparent charge) ile ilişkilidir.

Ancak farklı PD ölçüm tekniklerinin sonuçları her zaman doğrudan pC olarak ifade edilmez.

Örneğin;

• TEV,
• ultrasonik,
• UHF,
• HFCT

gibi yöntemlerde farklı ölçüm büyüklükleri ve değerlendirme teknikleri kullanılabilir.

Bu nedenle farklı sensör veya yöntemlerle elde edilen sayısal sonuçları doğrudan birbirleriyle karşılaştırmak doğru olmayabilir.

IEC 60270 Nedir?

IEC 60270, yüksek gerilim ekipmanlarında elektriksel kısmi deşarj ölçümleriyle ilişkili temel standartlardan biridir.

Konvansiyonel PD ölçümlerinde kullanılan ölçüm devreleri, kalibrasyon ve ölçüm büyüklükleri açısından önemli bir referanstır.

Örneğin TestOne’daki Techimp AQUILA’nın teknik özelliklerinde IEC 60270’e uygun ölçüm desteği açıkça belirtilmektedir.

Saha uygulamasında kullanılacak yöntem ise test edilen ekipmana, ilgili ürün standardına ve bakım prosedürüne göre belirlenmelidir.

PRPD Grafiği Nedir?

Kısmi deşarj analizinde en önemli araçlardan biri PRPD – Phase Resolved Partial Discharge grafiğidir.

PRPD yaklaşımında PD darbeleri AC gerilimin faz açısıyla ilişkilendirilir.

Basitleştirilmiş olarak grafik üzerinde;

• boşalmanın hangi faz açılarında oluştuğu,
• boşalma büyüklüğü,
• darbe yoğunluğu

gibi bilgiler incelenebilir.

Farklı PD mekanizmaları farklı karakteristik desenler oluşturabilir.

Bu nedenle deneyimli uzmanlar PRPD desenlerini kullanarak ölçülen aktivitenin olası kaynağı hakkında değerlendirme yapabilir.

İçsel Kısmi Deşarj Nedir?

İçsel kısmi deşarj, katı izolasyon içerisindeki boşluk veya kusurlarla ilişkili olarak meydana gelebilir.

Örneğin izolasyon malzemesinin içerisinde küçük bir gaz boşluğu bulunduğunu düşünelim.

Gazın elektriksel özellikleri çevresindeki katı izolasyondan farklı olduğundan elektrik alan dağılımı homojen olmayabilir.

Belirli koşullarda bu boşluk içerisinde lokal elektriksel boşalmalar oluşabilir.

Tekrarlayan boşalmalar zaman içerisinde izolasyonun daha fazla zorlanmasına neden olabilir.

Yüzeysel Deşarj Nedir?

Yüzeysel deşarj, izolasyon malzemesinin yüzeyi boyunca meydana gelen elektriksel aktivitedir.

Nem, kirlenme ve elektrik alan dağılımı gibi faktörler yüzeysel aktiviteyi etkileyebilir.

Özellikle buşingler, izolatörler ve farklı yüksek gerilim bağlantı bölgelerinde yüzey koşullarının değerlendirilmesi önemlidir.

Korona Nedir?

Korona da yüksek elektrik alanın bulunduğu bölgelerde meydana gelebilen bir elektriksel boşalma türüdür.

Özellikle keskin iletken noktalarında elektrik alan yoğunluğu artabilir.

Alan yeterince yükseldiğinde çevredeki gaz iyonlaşmaya başlayabilir.

PD analizinde korona kaynaklı sinyallerin izolasyon içerisindeki diğer deşarj türlerinden ayrılması önemlidir.

Techimp AQUILA’nın TestOne ürün bilgilerinde cihazın içsel, yüzeysel ve korona kısmi boşalmalarını ayrı ayrı tanımlamaya yönelik sınıflandırma özellikleri bulunduğu belirtilmektedir.

Gürültü ile Gerçek PD Nasıl Ayrılır?

Saha PD ölçümlerindeki en büyük zorluklardan biri elektriksel gürültüdür.

Trafo merkezleri ve endüstriyel tesislerde;

• haberleşme sistemleri,
• güç elektroniği,
• anahtarlama ekipmanları,
• radyo sinyalleri,
• çevredeki elektriksel ekipmanlar

ölçüm sisteminin algılayabileceği parazitler oluşturabilir.

Bu nedenle cihazın yalnızca bir sinyal algılaması yeterli değildir.

Gerçek kısmi deşarj aktivitesi ile çevresel gürültünün birbirinden ayrılması gerekir.

Modern PD analiz sistemlerinin önemli avantajlarından biri sinyal sınıflandırma ve gürültü ayrıştırma teknikleridir.

TestOne’daki AQUILA sisteminde de patentli sınıflandırma haritası kullanılarak gerçek PD ile gürültünün ayrılması hedeflenmektedir.

Online ve Offline PD Testi Arasındaki Fark Nedir?

Kısmi deşarj ölçümleri temel olarak online ve offline olmak üzere iki farklı yaklaşımla gerçekleştirilebilir.

Online PD Ölçümü

Online testte ekipman normal işletme gerilimi altında çalışırken PD aktivitesi izlenir.

Bu yöntemin önemli avantajı ekipmanın gerçek çalışma koşullarındaki davranışının gözlemlenebilmesidir.

Ayrıca uygun sistemlerde ekipmanı hizmet dışına çıkarmadan ölçüm gerçekleştirilebilir.

Online PD ölçümü özellikle;

• transformatörler,
• jeneratörler,
• motorlar,
• GIS,
• orta gerilim hücreleri,
• kablo sistemleri

için kullanılabilir.

Offline PD Ölçümü

Offline ölçümde ekipman enerjisiz hale getirilerek harici bir test kaynağı kullanılır.

Test gerilimi kontrollü şekilde uygulanır ve PD aktivitesi ölçülür.

Bu yaklaşım test geriliminin ve test koşullarının kontrollü olmasını sağlar.

Özellikle kablo sistemlerinde VLF gibi harici gerilim kaynaklarıyla birlikte offline PD diagnostik ölçümleri gerçekleştirilebilir.

TestOne’daki Techimp AQUILA hem online hem de offline kullanım desteği sunmaktadır.

Hangi Ekipmanlarda Kısmi Deşarj Ölçümü Yapılır?

PD testleri çok sayıda orta ve yüksek gerilim ekipmanında kullanılabilir.

Güç Transformatörleri

Transformatör izolasyon sistemi birçok farklı PD kaynağı barındırabilir.

Ölçümlerde;

• buşingler,
• sargı izolasyonu,
• bağlantı bölgeleri,
• izolasyon sistemi

değerlendirilebilir.

Online ölçümlerde buşing tap adaptörleri gibi özel sensör ve bağlantı çözümleri kullanılabilir.

Orta Gerilim Kabloları

XLPE ve diğer OG kablo sistemlerinde kısmi deşarj ölçümü önemli diagnostik yöntemlerden biridir.

PD aktivitesi özellikle;

• kablo izolasyonu,
• kablo başlıkları,
• muflar,
• ek noktaları

gibi bölgelerde araştırılabilir.

TestOne’un mevcut VLF rehberinde de PD ölçümünün kablo izolasyonundaki lokal problemler, başlıklar ve mufların değerlendirilmesinde kullanılabileceği belirtilmektedir.

Jeneratörler

Büyük jeneratörlerin stator sargıları yüksek elektriksel ve termal zorlanmalara maruz kalır.

PD izleme sistemleri stator izolasyonunun durumunun değerlendirilmesine yardımcı olabilir.

Trend analizi özellikle uzun dönemli durum izleme çalışmalarında önemlidir.

Yüksek Gerilim Motorları

Orta ve yüksek gerilim motorlarının stator izolasyonunda meydana gelen değişikliklerin değerlendirilmesinde PD ölçümlerinden yararlanılabilir.

Özellikle kritik proses motorlarında beklenmeyen duruşların maliyeti yüksek olduğundan durum bazlı bakım önem kazanır.

GIS Sistemleri

GIS – Gas Insulated Switchgear, kompakt yüksek gerilim şalt sistemleridir.

GIS içerisindeki lokal izolasyon kusurları için uygun sensör ve ölçüm teknikleriyle PD aktivitesi izlenebilir.

Bu sistemlerde UHF tabanlı ölçüm yöntemleri yaygın diagnostik yaklaşımlardan biridir.

Orta Gerilim Hücreleri

Metal mahfazalı orta gerilim hücrelerinde PD taraması için farklı sensör teknolojileri kullanılabilir.

Özellikle TEV ve ultrasonik ölçüm yöntemleri saha taramalarında kullanılabilir.

TestOne portföyündeki UltraTEV Plus², TEV ve ultrasonik ölçüm yöntemlerini kullanarak yüksek gerilim şebekelerindeki PD aktivitesinin değerlendirilmesine yönelik taşınabilir bir cihazdır.

TEV Ölçümü Nedir?

TEV, Transient Earth Voltage yani Geçici Toprak Gerilimi anlamına gelir.

Metal kapalı orta gerilim şalt ekipmanlarının içerisinde meydana gelen kısmi deşarjlar, metal yüzeylerde çok kısa süreli elektromanyetik darbeler oluşturabilir.

Uygun TEV sensörleri bu aktiviteyi ekipmanın dış yüzeyinden algılayabilir.

Bu yöntemin önemli avantajlarından biri, bazı saha taramalarının ekipmanı açmadan gerçekleştirilebilmesidir.

Ancak ölçüm ve güvenli çalışma prosedürleri mutlaka yetkili personel tarafından uygulanmalıdır.

Ultrasonik PD Tespiti Nedir?

Bazı kısmi deşarj aktiviteleri ultrasonik frekanslarda akustik enerji oluşturabilir.

Ultrasonik sensörler bu sinyalleri algılamak için kullanılabilir.

Özellikle yüzeysel deşarj ve korona gibi olayların araştırılmasında ultrasonik yöntemler yararlı olabilir.

TEV ve ultrasonik yöntemlerin birlikte kullanılması orta gerilim hücrelerinin hızlı saha taramasında daha kapsamlı bilgi sağlayabilir.

HFCT Nedir?

HFCT – High Frequency Current Transformer, yüksek frekanslı akım darbelerini algılamak amacıyla kullanılan sensör türlerinden biridir.

Kısmi deşarjın oluşturduğu yüksek frekanslı akım darbeleri uygun topraklama bağlantıları veya kablo ekranları üzerinden algılanabilir.

HFCT sensörler özellikle kablo ve farklı yüksek gerilim sistemlerinin online PD izleme uygulamalarında kullanılabilir.

UHF PD Ölçümü Nedir?

UHF, Ultra High Frequency anlamına gelir.

Kısmi deşarj olaylarının oluşturduğu elektromanyetik sinyallerin yüksek frekans bölgesinde algılanmasına dayanır.

Özellikle GIS gibi metal kapalı yüksek gerilim sistemlerinde UHF sensörleri yaygın olarak kullanılabilir.

Her sensör teknolojisinin farklı avantajları ve sınırlamaları bulunduğundan yöntem test edilecek ekipmana göre seçilmelidir.

PDIV ve PDEV Nedir?

Kısmi deşarj testlerinde karşılaşılabilecek iki önemli kavram:

PDIV – Partial Discharge Inception Voltage

ve

PDEV – Partial Discharge Extinction Voltage

değerleridir.

PDIV

Gerilim yükseltilirken tekrarlanabilir kısmi deşarj aktivitesinin başladığı gerilim seviyesini ifade eder.

PDEV

Gerilim azaltılırken PD aktivitesinin sona erdiği seviyeyi ifade eder.

Bu parametreler özellikle ürün geliştirme, kalite kontrol ve izolasyon sistemlerinin değerlendirilmesinde önemli olabilir.

PD Testi ile Hipot Testi Arasındaki Fark Nedir?

Bu iki test birbiriyle karıştırılmamalıdır.

Hipot testi, izolasyon sisteminin belirli bir yüksek gerilime dayanıp dayanamadığını değerlendiren bir dayanım testidir.

PD testi ise izolasyon içerisinde veya çevresinde meydana gelen lokal elektriksel boşalma aktivitesini ölçmeye çalışır.

Basitleştirilmiş olarak:

Hipot → İzolasyon belirlenen test gerilimine dayanıyor mu?

PD → İzolasyonda lokal boşalma aktivitesi var mı?

şeklinde düşünülebilir.

PD ölçümünün önemli avantajlarından biri, tam dielektrik delinme meydana gelmeden önce bazı lokal izolasyon kusurlarına ilişkin diagnostik bilgi sağlayabilmesidir. Kikusui’nun TestOne üzerinden sunulan TOS9300 dokümantasyonu da PD testini klasik dayanım testinin tespit edemeyebileceği potansiyel kusurları araştırmaya yönelik bir yöntem olarak açıklamaktadır.

PD Testi ile İzolasyon Direnci Ölçümü Arasındaki Fark

İzolasyon direnci testi, izolasyonun DC elektrik akımına karşı gösterdiği toplam direnci değerlendirir.

PD testi ise lokal elektriksel boşalmaları araştırır.

Bir ekipmanın izolasyon direnci yüksek çıkarken lokal bir bölgede PD aktivitesi bulunması mümkündür.

Bu nedenle:

İzolasyon direnci → İzolasyonun genel direnç davranışı

PD → Lokal deşarj aktivitesi

olarak düşünülebilir.

İki test birbirinin alternatifi değildir.

PD ile Tan Delta Arasındaki Fark Nedir?

Tan Delta ve PD, özellikle orta gerilim kablo diagnostiklerinde birlikte kullanılan iki önemli yöntemdir.

Tan Delta, izolasyon sisteminin genel dielektrik kayıpları hakkında bilgi verir.

Kısmi Deşarj, lokal boşalma kaynaklarının araştırılmasına yardımcı olur.

Basitleştirilmiş olarak:

Tan Delta → İzolasyonun genel durumu

PD → Lokal kusurların araştırılması

şeklinde düşünülebilir.

Bu nedenle bazı gelişmiş kablo diagnostik sistemlerinde VLF, Tan Delta ve PD ölçümleri birlikte kullanılabilir. TestOne’un mevcut VLF rehberi de bu üç yöntemin uygun uygulamalarda birlikte kullanılarak kablo sistemi hakkında daha kapsamlı bilgi sağlayabileceğini belirtiyor.

Kısmi Deşarj Seviyesi Tek Başına Yeterli midir?

Hayır.

PD değerlendirmesinde yalnızca tek bir sayısal değere bakmak yanıltıcı olabilir.

Daha kapsamlı analizde;

• PD seviyesi,
• PRPD deseni,
• aktivitenin tipi,
• faz ilişkisi,
• ekipmanın çalışma gerilimi,
• çevresel gürültü,
• geçmiş ölçümler,
• zaman içerisindeki değişim

birlikte incelenmelidir.

Özellikle aynı ekipmanın periyodik olarak ölçülmesiyle oluşturulan trend, tek bir anlık ölçümden daha değerli diagnostik bilgi sağlayabilir.

PD Trend Analizi Neden Önemlidir?

Örneğin bir ekipmanda belirli aralıklarla PD ölçümü gerçekleştirildiğini düşünelim.

İlk ölçümde düşük ve stabil bir aktivite görülürken sonraki ölçümlerde;

• darbe büyüklüğünün artması,
• darbe sayısının yükselmesi,
• PRPD deseninin değişmesi,
• yeni bir PD kaynağının ortaya çıkması

daha ayrıntılı inceleme gerektirebilir.

Bu nedenle kritik yüksek gerilim ekipmanlarında sonuçların kayıt altına alınması ve geçmiş ölçümlerle karşılaştırılması önemlidir.

Online PD İzleme Sistemi Nedir?

Periyodik taşınabilir ölçümlerin yanında kritik ekipmanlara sürekli PD izleme sistemleri kurulabilir.

Bu sistemler sensörlerden gelen verileri uzun süre boyunca takip eder.

Böylece ekipmanın PD davranışındaki değişimler gözlemlenebilir.

Online izleme özellikle;

• kritik güç transformatörleri,
• büyük jeneratörler,
• yüksek gerilim kablo sistemleri,
• GIS tesisleri

gibi arızasının işletme açısından yüksek sonuçlara yol açabileceği ekipmanlarda değerlendirilebilir.

PD Test Cihazı Seçerken Nelere Dikkat Edilmeli?

Doğru kısmi deşarj test cihazı seçimi öncelikle test edilecek ekipmana bağlıdır.

Online veya Offline Ölçüm

Cihazın enerjili sistemde mi yoksa harici test kaynağıyla mı kullanılacağı belirlenmelidir.

Bazı gelişmiş sistemler her iki çalışma yöntemini de destekleyebilir.

Sensör Desteği

Uygulamaya göre;

• HFCT,
• TEV,
• ultrasonik,
• UHF,
• buşing tap adaptörleri,
• kuplaj kapasitörleri

gibi farklı sensörlere ihtiyaç duyulabilir.

Ölçüm Kanalı Sayısı

Birden fazla noktadan eş zamanlı ölçüm yapılacaksa kanal sayısı önemli hale gelir.

Örneğin Techimp AQUILA standart olarak üç PD ölçüm kanalına sahiptir ve opsiyonel olarak altı kanala genişletilebilir.

Gürültü Ayrıştırma

Özellikle trafo merkezleri ve endüstriyel tesislerde elektromanyetik gürültü yoğun olabilir.

Bu nedenle sinyal sınıflandırma ve gürültü filtreleme özellikleri cihaz seçiminde önemli kriterlerdir.

PRPD Analizi

Faz çözünürlüklü PD grafiklerinin oluşturulması ve analiz edilmesi arıza türünün değerlendirilmesine yardımcı olabilir.

Veri Kaydı ve Raporlama

Geçmiş ölçümlerin karşılaştırılması için sonuçların saklanabilmesi gerekir.

Otomatik raporlama ise bakım ve varlık yönetimi süreçlerini kolaylaştırır.

Taşınabilirlik

Saha ekipleri farklı trafo merkezleri ve tesislerde ölçüm yapacaksa cihazın bataryalı ve taşınabilir olması önemli avantaj sağlayabilir.

TestOne Kısmi Deşarj Test Cihazları

TestOne’un güncel ürün yapısında PD (Kısmi Boşalma) Tespit Cihazları ayrı bir profesyonel ürün kategorisi olarak yer almaktadır ve güncel marka sayfalarında bu grupta 11 ürün listelenmektedir.

Portföyde;

Doble PDS100,
Doble PDS200,
Techimp AQUILA,
Techimp PD BASE II,
Techimp PD Check,
Techimp PDScope,
UltraTEV Plus²

gibi farklı saha ve laboratuvar uygulamalarına yönelik çözümler bulunmaktadır.

Bu ürünlerin kullanım amaçları aynı değildir. Uygun cihaz ve sensör sisteminin seçiminde test edilecek ekipman, online/offline ölçüm ihtiyacı, ölçüm standardı ve istenen diagnostik analiz seviyesi birlikte değerlendirilmelidir.

Kestirimci Bakımda PD Ölçümünün Önemi

Kısmi deşarj ölçümünün temel avantajı yalnızca mevcut bir arızayı tespit etmek değildir.

Asıl değer, izolasyon sistemindeki bazı problemlerin kritik bir arızaya dönüşmeden önce fark edilmesine yardımcı olabilmesidir.

Özellikle yüksek maliyetli ve işletme açısından kritik;

• güç transformatörleri,
• orta ve yüksek gerilim kabloları,
• jeneratörler,
• yüksek gerilim motorları,
• GIS sistemleri,
• orta gerilim hücreleri

için PD ölçümü durum bazlı bakım programının önemli bir parçası olabilir.

En kapsamlı değerlendirme ise PD sonuçlarının izolasyon direnci, Tan Delta, VLF ve ekipmana özgü diğer diagnostik testlerle birlikte ele alınmasıyla elde edilir.

Kısmi deşarj testi böylece yalnızca bir “var/yok” testi olmaktan çıkar ve yüksek gerilim ekipmanlarının izolasyon durumunun zaman içerisindeki değişimini takip etmek için güçlü bir diagnostik araca dönüşür.