Omówienie uzyskanych wyników analizy

Do analizy przepięć występujących w sieciach elektroenergetycznych SN i WN powstających wskutek wyładowań atmosferycznych lub przepięć siecio-wych postanowiono zastosować przekształcenie STFT lub/i analizę falkową. Analizując otrzymane spektrogramy (dwu- i trójwymiarowe) oraz skalogramy, stwierdzono, że charakterystyczne struktury czasowo-częstotliwościowe rozpa-trywanych rodzajów przepięć są znacząco zróznicowane. Kształt obrazów w dziedzinie czasowo-częstotliwościowej był uzależniony między innymi od kształtu impulsu udarowego. Uzyskane spektrogramy i skalogramy umożliwiły wizualizację zmian zachodzących w krótkich okresach czasu i pozwoliły na uzy-skanie informacji o zmianach struktur częstotliwościowych w poszczególnych etapach kształtowania się przepięcia.

Na podstawie trójwymiarowych spektrogramów można określić charaktery-styczne widmo gęstości mocy dla poszczególnych rodzajów przepięć, które jest przenoszone przez poszczególne struktury czasowo-częstotliwościowe. Stwier-dzono, że struktury częstotliwościowe istotne z energetycznego punktu widzenia występują w paśmie częstotliwości średnich (1,5–15) kHz. Wyznaczone dla nich rozkłady czasowo-częstotliwościowe wskazują również na występowanie – w zakresie częstotliwości (1,5–5) kHz – pojedynczych, bardzo wąskich (0,09 μs – 0,7 μs) struktur koherentnych, charakteryzujących się maksymalną gęstością mocy.

Stwierdzono również zróżnicowanie czasu trwania struktur koherentnych dla poszczególnych rodzajów badanych przepięć: najkrótszy dla przepięć bezpo-średnich (0,09 μs), najdłuższy dla przepięć sieciowych (2 ms). W przypadku przepięć sieciowych maksymalna gęstość mocy struktur czasowo-częstotli-wościowych występuje przede wszystkim w paśmie częstotliwości 140–300 Hz. W celu porównania uzyskanych wyników, dla analizowanych przypadków sporządzono zestawienie zbiorcze w tablicy 4.1. Wyniki, jakie uzyskano stosu-jąc do identyfikacji przepięć przekształcenie STFT i analizę falkową z wykorzy-staniem CWT, pozwalają na ich rozpoznawanie poprzez struktury częstotliwo-ściowe oraz różny czas trwania struktur koherentnych dla poszczególnych prze-pięć (rys. 4.16).

a) Przepięcia 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 A B C D E sieciowe piorunowe 50-1100 Hz 1200-1600 Hz 0-300 Hz 140-300 Hz 40-80 Hz b) Przepięcia piorunowe 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 1 2 3 4 indukowane bezpośrednie 50-1100 Hz 50-1500 Hz 220-700 Hz 1200-1600 Hz

Rys. 4.16. Prezentacja pasm częstotliwości dla struktur częstotliwościowych uzyska-nych na spektrogramach i skalogramach różuzyska-nych zakłóceń przepięciowych: a)

przepię-cia piorunowe i sieciowe, b) przepięprzepię-cia piorunowe bezpośrednie i indukowane; A, C – pomiar w żyle zasilanej, B, D – pomiar w żyłach sąsiednich (przepięcia indukowane), E – pomiar w żyle zasilanej (przepięcia łączeniowe); 1, 2 – pomiar w żyle zasilanej

(od-powiednio dla kabla nieekranowanego i ekranowanego), 3, 4 – pomiar w żyłach sąsied-nich (odpowiednio dla kabla nieekranowanego i ekranowanego)

Fig. 4.16. Representation of frequency band for patterns obtained in the form of spec-trograms and scalograms for various overvoltage interference: a) overvoltage from lightning and line, b) direct and induced lightning overvoltages A, C – measurement in live conductor, B, D – measurements in adjacent lines (induced overvoltage), E –

meas-urement in live conductor (switching overvoltages); 1, 2 – measmeas-urements in live con-ductor (for screened and unscreened cable, respectively), 3, 4 – measurements in

Wyniki przeprowadzonych analiz odnoszące się do zmian struktur częstotli-wościowych w czasie mogą być również zastosowanie do oceny stopnia naraże-nia przepięciowego układów izolacyjnych stosowanych w sieciach elektroener-getycznych SN i WN. Na podstawie charakterystyk częstotliwościowych można wskazać, który etap kształtowania się przepięcia stanowi największe zagrożenie dla układu izolacyjnego. Ma to szczególne znaczenie w ocenie procesu degrada-cji izoladegrada-cji żył roboczych kabli, w szczególności jednożyłowych o izoladegrada-cji poli-merowej niesieciowanej (PE). W tym przypadku najczęściej dochodzi do rozwo-ju procesu drzewienia izolacji (rys. 4.17), którego efektem końcowym jest prze-bicie izolacji (rys. 4.18). Często przybiera ona charakter uszkodzeń wielokrot-nych (lawinowych).

a) b)

Rys. 4.17. Fragment izolacji żyły roboczej kabla jednożyłowego SN wykonanej z poli-etylenu nieusieciowanego: a) z jednym punktem drzewienia izolcji, b) z wieloma

punk-tami drzewienia izolacji (zdjęcie z archiwum TFK Kraków)

Fig. 4.17. A section of insulation of live conductor in a single conductor MV cable made of non-cross-linked polyethylene; a) containing a single point of insulation fault,

b) containing multiple points of insulation fault (Fig. from archive TFK Kraków). Rozwój tego procesu zależy od wielu czynników. Jednym z nich jest częstotli-wość pola elektromagnetycznego, w którym znajduje się izolacja robocza żyły. Przeprowadzone w tym zakresie badania i sformułowane na ich podstawie wnio-ski, zamieszczone m.in. w publikacjach [62, 63, 64, 118, 119] dowodzą, że wzrost częstotliwości pola elektromagnetycznego towarzyszący przepięciom przyspiesza rozwój procesu drzewienia izolacji w sposób, który przedstawiono na rys. 4.19.

Porównując przedziały częstotliwości otrzymane na podstawie przeprowadzo-nych analiz w dziedzinie czasowo-częstotliwościowej, w których występują – istotne pod względem energetycznym – struktury koherentne z wykresem przed-stawionym na rys. 4.19 można stwierdzić, że przepięcia zawierające takie struktu-ry, a nie powodujące w chwili wystąpienia przebicia izolacji, są jednak poważnym

zagrożeniem izolacji. Będzie ono narastało w tempie zależnym od liczby i rodzaju występujących przepięć, a efektem końcowym będzie przebicie izolacji.

a) b)

Rys. 4.18. Fragment uszkodzonej izolacji żyły roboczej kabla SN (zdjęcie z archiwum TFK Kraków): a) jednożyłowego o izolacji z polietylenu niesieciowanego, b)

trójżyło-wego o izolacji papierowej (zdjęcie z archiwum TFK Kraków)

Fig. 4.18. Section of failed insulation on live conductor in medium voltage cable: a) for a single conductor insulation made of non-cross-linked polyethylene, b) three-conductor

cable with paper insulation (Fig. from archive TFK Kraków).

Rys. 4.19. Wpływ częstotliwości na rozwój procesu drzewienia w polietylenie nieusie-ciowanym dla różnych czasów trwania badań, przy stałym natężeniu

pola elektrycznego (4,9x108 V/m) [62]

Fig. 4.19. Effect of frequency on the propagation of failure in non-cross-linked poly-ethylene for various testing durations under constant electric field density

Reasumując, przeprowadzona analiza czasowo-częstotliwościowa przyczyni-ła się do lepszego rozpoznania przepięć różnego pochodzenia (przepięcia pioru-nowe, sieciowe), wykazała możliwość wykorzystania uzyskanych spektrogra-mów i skalograspektrogra-mów do rozpoznawania i interpretacji ich przebiegów czaso-wych, a także przyczyniła się do poszerzenia wiedzy o mechanizmach powsta-wania i rozwoju tych zjawisk.

5. OCENA SKUTKÓW PRZEPIĘĆ W SIECIACH ŚREDNIEGO