วิธีตรวจจับอายุของสายเคเบิลและประเมินอายุการใช้งาน: คู่มือปฏิบัติ

สายไฟส่วนใหญ่มีระดับการออกแบบที่ 20 ถึง 30 ปี แต่ประสบการณ์ภาคสนามก็บอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างออกไป: สายเคเบิลที่ติดตั้งในท่อร้อยสายอุณหภูมิสูง สภาพแวดล้อมที่มีสารเคมีรุนแรง หรือการบรรทุกเกินพิกัดเรื้อรัง สามารถเสื่อมสภาพได้ในครึ่งเวลานั้น - บางครั้งก็น้อยกว่านั้น ในทางกลับกัน สายเคเบิลที่ได้รับการจัดการอย่างดีในสภาวะที่มั่นคงอาจยังคงสามารถใช้งานได้ดีจนเกินอายุการออกแบบที่กำหนด ความแตกต่างไม่ได้อยู่ในปฏิทิน แต่อยู่ในสภาพ คู่มือนี้อธิบายแนวทางปฏิบัติแบบเป็นชั้นเพื่อตรวจจับอายุของสายเคเบิลและแปลข้อมูลดังกล่าวเป็นการประเมินอายุการใช้งานที่สามารถป้องกันได้

เหตุใดสายเคเบิลจึงมีอายุเร็วกว่าที่คุณคาดไว้

การเสื่อมสภาพของสายเคเบิลไม่เคยเกิดจากปัจจัยเดียว ในทางปฏิบัติ กลไกการเสื่อมสภาพสี่กลไกทำงานไปพร้อมๆ กัน และกลไกเหล่านี้จะขยายซึ่งกันและกันในลักษณะที่ทำให้กำหนดการการเปลี่ยนทดแทนตามเวลาธรรมดาไม่น่าเชื่อถือ

อายุความร้อน เป็นที่แพร่หลายมากที่สุด ทุกองศาเหนืออุณหภูมิในการทำงานที่กำหนดของสายเคเบิลจะช่วยเร่งการเกิดออกซิเดชันของฉนวน แบบจำลอง Arrhenius ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมสายเคเบิล ประมาณการว่าการทำงานอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิ 10°C เหนือขีดจำกัดที่กำหนด จะสามารถลดอายุการใช้งานของฉนวนได้ประมาณครึ่งหนึ่ง สำหรับสายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE ที่มีพิกัดอุณหภูมิ 90°C ต่อเนื่อง แม้จะเกินเป็นครั้งคราวก็มีความสำคัญเมื่อสะสมมานานหลายปี สำหรับบริบทที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับวิธีการ สายเคเบิลประเภทต่างๆ และวัสดุฉนวนถูกสร้างขึ้นและได้รับการจัดอันดับเพื่อการบริการ การทำความเข้าใจระดับการระบายความร้อนของสายเคเบิลแต่ละเส้นในระบบของคุณคือจุดเริ่มต้น

อายุไฟฟ้า พัฒนาจากความเค้นแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่อง กิจกรรมการคายประจุบางส่วน และแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว ในระดับจุลทรรศน์ ความเครียดทางไฟฟ้าทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนภายในช่องว่างหรือสิ่งปนเปื้อนในฉนวน โดยค่อยๆ แกะสลักช่องนำไฟฟ้า ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าผังต้นไม้ไฟฟ้า จนกระทั่งเกิดการพังทลาย สายเคเบิลแรงดันปานกลางและแรงสูงมีความอ่อนไหวเป็นพิเศษ

ความชราของสิ่งแวดล้อม ครอบคลุมความชื้น, รังสียูวี, โอโซนโจมตี และการปนเปื้อนสารเคมี ความชื้นเป็นอันตรายอย่างยิ่งในสายเคเบิล XLPE น้ำรวมกับความเครียดทางไฟฟ้าเพื่อสร้าง "ต้นน้ำ" ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่จะลดแรงดันไฟฟ้าพังทลายลงอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป

อายุทางกล — จากการสั่นสะเทือน การหมุนเวียนด้วยความร้อน รัศมีการโค้งงอที่ไม่เหมาะสม หรือความเสียหายทางกายภาพระหว่างการติดตั้ง ทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กในแจ็คเก็ตฉนวนและทำให้ปลอกป้องกันเสียหาย เมื่อเสื้อชั้นนอกแตก กลไกทั้งสามที่เหลือจะเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว

การตรวจสอบด้วยสายตาและกายภาพ: การประเมินบรรทัดแรก

ก่อนที่จะเชื่อมต่ออุปกรณ์ใดๆ การแสดงขั้นตอนด้วยภาพอย่างเป็นระบบจะให้ข้อมูลอัจฉริยะที่มีต้นทุนต่ำ ซึ่งไม่มีการทดสอบทางไฟฟ้าใดที่สามารถทำซ้ำได้อย่างสมบูรณ์ โดยควรเป็นขั้นตอนแรกบังคับของโปรแกรมการประเมินความชรา โดยดำเนินการอย่างน้อยปีละครั้งในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม และทุกครึ่งปีในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

เมื่อสังเกตเงื่อนไขต่อไปนี้บนสายเคเบิลที่เข้าถึงได้ รับประกันการยกระดับการทดสอบทางไฟฟ้าทันที:

• แจ็คเก็ตแตกหรือเป็นบ้า — โครงข่ายรอยแตกที่พื้นผิว (รูปแบบหนังจระเข้) บ่งบอกถึงการเกิดออกซิเดชันจากความร้อนอย่างรุนแรง หากเสื้อแจ็คเก็ตพังเนื่องจากแรงกดเบา ๆ แสดงว่าฉนวนมีความสมบูรณ์อยู่แล้ว
• การเปลี่ยนสีและเครื่องหมายถ่าน — เปลือกพีวีซีเหลืองหรือน้ำตาลเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงความร้อนสูงเกินไป รางคาร์บอนสีดำใกล้จุดสิ้นสุดบ่งบอกถึงประวัติความเป็นมา
• การแข็งตัวหรือเปราะ — สายเคเบิลที่ยืดหยุ่นซึ่งแข็งตัวจะสูญเสียปริมาณพลาสติไซเซอร์ไป ซึ่งเป็นสัญญาณคลาสสิกของการสัมผัสกับความร้อนในระยะยาว
• อาการบวมหรือจุดอ่อน — การเสียรูปเฉพาะจุดชี้ไปที่การดูดซับความชื้นหรือการโจมตีของตัวทำละลายบนสารประกอบฉนวน
• ความเสียหายทางกายภาพ — รอยตัด รอยถลอก รอยกดทับ หรือการโค้งงอที่ทางเข้าท่อร้อยสายที่ฝ่าฝืนข้อกำหนดรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำของสายเคเบิล
• การกัดกร่อนที่ปลายสายและต่อมสายเคเบิล — ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันสีเขียวหรือสีขาวที่ขั้วต่อแนะนำให้ความชื้นแทรกซึมเข้าไปในปลายสายเคเบิล ซึ่งจะแพร่กระจายเข้าด้านในเมื่อเวลาผ่านไป

สำหรับ ตัวนำเหนือศีรษะที่อายุของตัวนำและการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมมีปฏิกิริยาต่างกัน การตรวจสอบด้วยสายตายังรวมถึงการตรวจสอบการแตกของเกลียว การกัดกร่อนเป็นรู และการสูญเสียการเคลือบป้องกันบนตัวนำเปลือย การตรวจสอบด้วยภาพระดับพื้นดินของการวิ่งทางอากาศควรใช้กล้องส่องทางไกลและการให้คะแนนความรุนแรงที่เป็นมาตรฐาน (ไม่มี / เล็กน้อย / ปานกลาง / รุนแรง) เพื่อให้เกิดแนวโน้มตลอดรอบการตรวจสอบ

บันทึกทุกการค้นพบด้วยภาพถ่ายและการอ้างอิงตำแหน่งที่ติดแท็ก GPS การตรวจสอบครั้งเดียวโดยไม่มีการดำเนินการใดๆ จะมีมูลค่าจำกัด แนวโน้มจากการตรวจสอบหลายครั้งเผยให้เห็นการย่อยสลายแบบเร่ง

วิธีทดสอบทางไฟฟ้าและเวลาที่ควรใช้แต่ละวิธี

ไม่มีการทดสอบทางไฟฟ้าเพียงครั้งเดียวที่จะบันทึกสภาพที่สมบูรณ์ของระบบเคเบิล แต่ละวิธีจะซักถามแง่มุมที่แตกต่างกันของความสมบูรณ์ของฉนวน และการประเมินที่มีความหมายจะรวมวิธีการเสริมอย่างน้อยสองวิธีเข้าด้วยกัน ตารางด้านล่างสรุปวิธีการหลักที่ใช้ในการประเมินสายเคเบิลอายุบริการ

สำหรับ เอกสารทางเทคนิคที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับอุปกรณ์ระบบไฟฟ้าที่เสื่อมสภาพและวิธีการทดสอบที่รับรองโดยหน่วยงานมาตรฐานอุตสาหกรรม สมาคมพลังงานและพลังงาน IEEE ดูแลรักษาเอกสารทางเทคนิคและรายงานของคณะทำงานที่ได้รับการดูแลจัดการ ซึ่งเสริมแนวทางใน IEEE Std 400 (การทดสอบ VLF/tan delta) และ IEEE Std 43 (ความต้านทานของฉนวน)

คำแนะนำในการเรียงลำดับเชิงปฏิบัติ: เริ่มต้นด้วย IR/PI เป็นหน้าจอราคาประหยัด สายเคเบิลที่ผ่าน IR/PI โดยไม่ต้องกังวลสามารถกำหนดเวลาสำหรับการทดสอบแทนเดลต้าได้ในระหว่างการหยุดทำงานตามแผนครั้งถัดไป สายเคเบิลใดๆ ที่แสดงแทนเดลต้าหรือกิจกรรม PD ที่เพิ่มขึ้นจะย้ายไปยังการทดสอบตำแหน่ง PD และความสัมพันธ์ของ TDR เพื่อระบุลักษณะความรุนแรงของข้อบกพร่องและระบุส่วนการเปลี่ยนที่เจาะจง

การประเมินฉนวนสายเคเบิล XLPE โดยเฉพาะ

XLPE (โพลีเอทิลีนแบบ cross-linked) ได้กลายเป็นวัสดุฉนวนที่โดดเด่นในสายไฟแรงดันปานกลางและแรงสูง เนื่องจากมีคุณสมบัติทางความร้อนและคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เหนือกว่า อย่างไรก็ตาม XLPE จะมีอายุผ่านกลไกที่แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจาก PVC และวิศวกรที่ใช้เกณฑ์การประเมินแบบ PVC กับสาย XLPE จะพลาดสัญญาณการย่อยสลายที่สำคัญ

กลไกการแก่ชราเฉพาะของ XLPE หลักคือ:

• การปลูกต้นไม้น้ำ: การย่อยสลายทางเคมีไฟฟ้าที่เกิดจากการรวมกันของความชื้นและความเครียดทางไฟฟ้าสลับ ต้นไม้น้ำเติบโตอย่างเงียบๆ ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ช่วยลดแรงดันไฟฟ้าพังทลายของส่วนที่ได้รับผลกระทบ ต่างจากต้นไม้ไฟฟ้าตรงที่ไม่ก่อให้เกิดความล้มเหลวในทันที แต่ลดระดับความปลอดภัยลงอย่างมากจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว การวัดแทนเดลต้าเป็นตัวบ่งชี้แบบไม่ทำลายที่ใช้งานได้จริงที่สุด
• การย่อยสลายด้วยความร้อนออกซิเดชั่น: ที่อุณหภูมิคงที่เหนือขีดจำกัดที่กำหนด XLPE จะออกซิไดซ์ — กระบวนการที่ลดการยืดตัวที่จุดขาด (EAB) งานวิจัยที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับการเร่งอายุได้กำหนดไว้ว่าการเก็บรักษา EAB 50% เป็นเกณฑ์การหมดอายุการใช้งานแบบอนุรักษ์นิยมสำหรับสายเคเบิลที่อาจได้รับความเครียดทางกลในระหว่างการบำรุงรักษาหรือสภาวะความผิดปกติ แม้ว่าการวัดค่า EAB ต้องใช้ตัวอย่างแบบทำลาย แต่ก็ให้ความมั่นใจสูงสุดในการทำนายอายุขัยที่เหลืออยู่
• การสะสมประจุพื้นที่: โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องในสายเคเบิล XLPE พิกัดกระแสตรง (เช่น การใช้งาน HVDC) ประจุที่กักขังจะเปลี่ยนการกระจายสนามไฟฟ้าในพื้นที่ และอาจเริ่มต้นการสลายตัวของฉนวนก่อนเวลาอันควรในวัสดุที่มีอายุมาก

สำหรับ a detailed understanding of โครงสร้างฉนวน XLPE อุณหภูมิการทำงานที่กำหนด และการเปรียบเทียบวัสดุกับระบบฉนวนทางเลือก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของการเชื่อมขวางของสายเคเบิลและความไวต่อกลไกการย่อยสลายเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อเลือกข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการเปลี่ยน

สาย XLPE ที่ให้บริการเกิน 15 ปีควรได้รับการประเมินด้วยแทนเดลต้าเป็นอย่างน้อย ผู้ที่มีอายุเกิน 20 ปีในสภาพแวดล้อมที่ต้องการความร้อนควรได้รับการทดสอบ PD ที่ส่วนปลายและข้อต่อ ซึ่งความเข้มข้นของความเครียดจะสูงที่สุดและความล้มเหลวมักเริ่มต้นขึ้น

การประเมินอายุการใช้งาน: จากข้อมูลการทดสอบไปจนถึงการตัดสินใจ

ผลการทดสอบเป็นเพียงข้อมูลนำเข้า ไม่ใช่ข้อสรุป วัตถุประสงค์ของการประเมินอายุการใช้งานคือเพื่อแปลตัวบ่งชี้สภาพที่วัดได้เป็นคำตอบที่สามารถป้องกันได้สำหรับคำถามหนึ่งข้อ: สายเคเบิลนี้สามารถให้บริการต่อไปได้ นานแค่ไหน และภายใต้เงื่อนไขใด

การประเมินแบบมีโครงสร้างจะรวมกระแสข้อมูลสี่สาย:

1. อายุและประวัติการบริการ - จำนวนปีในการให้บริการที่เกี่ยวข้องกับชีวิตการออกแบบ เหตุการณ์โอเวอร์โหลดที่ทราบ ประวัติความผิด ไม่ว่าจะติดตั้งสายเคเบิลตามมาตรฐานปัจจุบันหรือตามข้อกำหนดคุณสมบัติที่แทนที่
2. หน้าที่ด้านสิ่งแวดล้อม - อุณหภูมิโดยรอบจริงเทียบกับสภาวะที่กำหนด การสัมผัสกับความชื้น สารเคมี หรือรังสียูวี ความเครียดทางกลจากการสั่นสะเทือนหรือการหมุนเวียนด้วยความร้อน
3. ทดสอบข้อมูลแนวโน้ม - การอ่านการทดสอบครั้งเดียวมีค่าจำกัด แนวโน้มขาลงของ IR, แนวโน้มขาขึ้นของแทนเดลต้า หรือขนาด PD ที่เพิ่มขึ้นตลอดรอบการทดสอบที่ต่อเนื่องกัน บ่งชี้ถึงการย่อยสลายแบบแอคทีฟและช่วยให้สามารถคาดการณ์อายุที่เหลืออยู่ได้
4. ความสำคัญและผลที่ตามมาของความล้มเหลว — สายเคเบิลที่ป้อนวงจรสำรองในระบบที่ไม่สำคัญมีรูปแบบความเสี่ยงที่แตกต่างกันมากจากการจ่ายแบบป้อนเดียวไปยังโหลดที่วิกฤตด้านความปลอดภัย การวิพากษ์วิจารณ์มีอิทธิพลโดยตรงต่อปริมาณความเสี่ยงที่เหลืออยู่ที่ยอมรับได้

สำหรับ those sourcing replacement cables or verifying that new installations will meet the service life requirements that the assessed cable originally failed to achieve, ตรวจสอบข้อกำหนดสายไฟอุตสาหกรรมและไฟฟ้าแรงสูงจากผู้ผลิตที่ผ่านการรับรอง ให้พื้นฐานทางเทคนิคสำหรับข้อกำหนดการเปลี่ยนทดแทนที่เหมือนกันหรือที่อัปเกรดแล้ว

การสร้างโปรแกรมการจัดการอายุของสายเคเบิลที่ใช้งานได้จริง

การทดสอบเฉพาะกิจหลังจากเกิดความล้มเหลวคือการบำรุงรักษาแบบรีแอคทีฟในราคาที่แพงที่สุด โปรแกรมการจัดการอายุของสายเคเบิลที่มีโครงสร้างจะแปลงการทดสอบแบบแยกเดี่ยวให้เป็นภาพสภาพที่ต่อเนื่อง และเปลี่ยนการตัดสินใจในการเปลี่ยนทดแทนจากเหตุฉุกเฉินให้เป็นรายจ่ายฝ่ายทุนที่วางแผนไว้

โครงสร้างโปรแกรมที่ใช้งานได้จริงมีสามระดับ:

ระดับที่ 1 — การตรวจพินิจประจำปี ครอบคลุมรางเคเบิล กล่องปลายสาย และช่องข้อต่อที่เข้าถึงได้ทั้งหมด ให้คะแนนการค้นพบแต่ละครั้งโดยใช้ระดับความรุนแรงที่สอดคล้องกัน และทำเครื่องหมายสายเคเบิลใดๆ ที่ต้องมีการประเมินระดับ 2 อัปเดตทะเบียนสายเคเบิลด้วยวันที่ตรวจสอบ ผู้ตรวจสอบ สิ่งที่ค้นพบ และรูปถ่าย

ระดับ 2 — การทดสอบทางไฟฟ้าเป็นระยะ (ทุก 3–5 ปี หรือกระตุ้นโดยการค้นพบระดับ 1) การทดสอบ IR/PI สำหรับทุกวงจร แทนเดลต้าสำหรับสายเคเบิล MV/HV ผลลัพธ์จะถูกบันทึกโดยเทียบกับรหัสเคเบิลและเปรียบเทียบกับรอบการทดสอบก่อนหน้า การอ่านใดๆ ที่ลดลงมากกว่า 20% จากการทดสอบครั้งก่อนจะกระตุ้นให้มีการประเมินระดับ 3 ไม่ว่าจะผ่านเกณฑ์สัมบูรณ์หรือไม่ก็ตาม

ระดับ 3 — การประเมินสภาพที่ครอบคลุม (กระตุ้นโดยการค้นพบระดับ 2 หรือสำหรับสายเคเบิลใดๆ ที่ใกล้จะถึง 20 ปีในการให้บริการที่มีความต้องการสูง) ชุดการทดสอบเต็มรูปแบบรวมถึงการทดสอบตำแหน่ง PD, TDR และการทดสอบฉนวนทางกายภาพตามตัวอย่าง — ซึ่งสามารถแยกส่วนของสายเคเบิลได้ — ผลลัพธ์จากการประเมินเป็นการประมาณการอายุการใช้งานที่เหลืออยู่เป็นลายลักษณ์อักษรโดยมีช่วงความเชื่อมั่นที่กำหนดไว้และคำแนะนำในการเปลี่ยนทดแทนที่ชัดเจนพร้อมไทม์ไลน์

ปัจจัยสนับสนุนโปรแกรมหลักที่มักลงทุนน้อยเกินไป: การลงทะเบียนทรัพย์สินเคเบิลที่มี ID เฉพาะ บันทึกการติดตั้ง และข้อกำหนดเฉพาะที่ได้รับการจัดอันดับ เอกสารโปรโตคอลการทดสอบที่สอดคล้องกันเพื่อให้แน่ใจว่าผลลัพธ์สามารถเปรียบเทียบได้ระหว่างช่างเทคนิคและแคมเปญทดสอบ และกำหนดการตรวจสอบที่นำข้อมูลอายุมาแสดงต่อหน้าผู้มีอำนาจตัดสินใจก่อนที่ความล้มเหลวจะบังคับให้เกิดปัญหา

เงื่อนไขทริกเกอร์สำหรับการยกระดับระดับ 3 ทันที รวมถึง: การอ่านค่า IR เดี่ยวใดๆ ที่ต่ำกว่า 1 MΩ/kV; การให้ทิปแทนเดลต้าใดๆ ที่มากกว่า 100% ของค่าพื้นฐาน การตรวจจับ PD ใด ๆ ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 80% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด หลักฐานที่มองเห็นได้ของการแตกร้าวของแจ็คเก็ตรวมกับอายุของสายเคเบิลเกิน 15 ปี และสายเคเบิลใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ข้อผิดพลาดร้ายแรงซึ่งมีขนาดมีนัยสำคัญ