Часткові розряди в твердій ізоляції

Вимірювання часткових розрядів .................................... ... 8

Характеристики часткових розрядів, які використовуються

Список використаної літератури ....................................... 13

Одна з важливих завдань в сучасній електроенергетиці - це швидкий пошук і усунення виникаючих на обладнання дефектів. У ряді випадків вдається виявити з'явилися пошкодження ще до того, як станеться аварія, тобто запобігти аварійним процеси в енергосистемі. В інших випадках необхідно швидко виявити з'явилося пошкодження і усунути його, щоб зменшити тривалість аварійного простою обладнання.

В даний час метод діагностики ізоляції по частковим розрядам (ЧР) широко застосовується лабораторних умовах і на заплавах виробниках трансформаторного обладнання при контролі якості ізоляції, що випускається як вУкаіни, так і багатьох зарубіжних країнах.

Однак при контролі стану чинного електроустаткування діагностика по частковим розрядами поки використовується порівняно рідко, що пов'язано з наявністю різного роду перешкод, рівень яких на діючих об'єктах значно вище, ніж при стендових випробуваннях, а загальновизнаної методики відділення сигналів ЧР від сигналів перешкод поки що не існує.

Крім того, на даний момент, недостатньо результатів досліджень залежності характеристик ЧР від часу експлуатації електротехнічного обладнання, що дозволило б прогнозувати пробою ізоляції за характеристиками ЧР і запобігати відмова цього обладнання.

Таким чином, дослідження часткових розрядів, з метою розвитку систем діагностики ізоляції електротехнічного обладнання, є актуальним завданням.

Часткові розряди в ізоляції

Повітряні або інші газові включення є одним з найбільш поширених типів зосереджених дефектів ізоляції. Оскільки діелектрична проникність повітря в кілька разів менше діелектричної проникності навколишнього його твердого діелектрика, напруженість поля в газовій порожнини може значно перевищувати середню напруженість поля в ізоляції. Тому іноді в порожнині виникають іонізаційні процеси навіть при робочій напрузі. Сукупність таких процесів називається частковими розрядами, оскільки вони охоплюють лише невелику частину всього відстані між електродами.

Виникнення часткових розрядів в більшості типів ізоляції (винятком є ​​лише керамічна ізоляція) є абсолютно неприпустимим, так як воно призводить до інтенсивного розкладання діелектрика і поширенню дефекту. Наприклад, для мікастрічкових ізоляції зазвичай повний пробою відбувається через кілька років після виникнення часткового розряду, а для паперової ізоляції пробою може наступити через кілька місяців або навіть днів.

Саме тому важливим принципом конструювання ізоляції є вимога відсутності іонізації повітряних включень при робочій напрузі або усунення самих включень (шляхом вакуумування, компаундирования і т.д.). Якщо всередині органічної ізоляції при робочій напрузі з'явилися часткові розряди, то цю «коронирующим» частина ізоляційної конструкції в потрібний момент слід замінити, інакше в подальшому неминуче відбудеться пробій в непередбачений термін.

Методи виявлення часткових розрядів

Таким чином, у багатьох поширених типах елементів ізоляційної конструкції необхідно виявляти часткові розряди при номінальній напрузі. Найбільшого поширення для вирішення цього завдання отримали електричні і акустичні методи.

Електричні методи виявлення часткових розрядів.

Ці методи засновані на вимірі імпульсів струму контрольованому колі.

Схема вимірювань: Основна схема вимірювань - послідовна з включенням вимірювального приладу Пр в ланцюг заземлення контрольованого об'єкта Сх. При появі в ланцюзі імпульсу струму, прилад Пр його реєструє.

Вузол балансування сигналів і атенюатор УБС підключений до датчиків. До виходу УБС через гармонійний фільтр Ф і підсилювач У підключений індикатор І.

Вузол балансування сигналів і атенюатор УБС дозволяють виділити із загального фазного сигналу тільки ту його частину, яка містить імпульси часткових розрядів. Атенюатор є нелінійний елемент, сигнал на виході якого обмежений за величиною. При малих вхідних сигналах атенюатор практично без змін передає вхідний сигнал на свій вихід, а при дуже великих вхідних сигналах вихідний сигнал обмежується, щоб забезпечити нормальний режим роботи наступних ланцюгів приладу.

Якщо включити вимірювальний прилад безпосередньо так, як це показано на Рис.2, то через нього буде протікати наскрізний струм витоку, в якому важко виявити імпульси часткових розрядів. Тому відповідні струми треба спочатку «збалансувати». Для цього застосовуються такі схеми:

У цих схемах сигнал зніметься з нейтрали силового об'єкта (трансформатора). Для знімання сигналу використовується або резистор (Рис.4, а) (при відносно малих робочих напружених силового контрольованого об'єкта), або високочастотний трансформатор напруги ВТН (при великих номінальних напругах). При цьому струм і напруга в нейтралі вже «збалансовані», там протікають не фазні струми силового об'єкта, а лише незначний по величині струм небалансу, на тлі якого вже простіше виявити імпульси часткових розрядів (точніше кажучи, імпульси струму «удаваного заряду» при частковому розряді ).

При вимірюванні параметрів імпульсів часткових розрядів (ІЛР) застосовується вимірювач амплітудних значень імпульсів. Використання електронного осцилографа як індикатор (І) на Рис.3 дозволяє отримати додаткову інформацію про характер прийнятих сигналів і забезпечує можливість виявлення і виключення деяких перешкод. Для вимірювання інших параметрів ІЛР застосовують відповідні прилади (вимірювачі середнього значення, потужності і т.п.).

Значно більшу інформацію про процес часткових розрядів дає розподіл імпульсів по амплітудам. У цьому випадку в якості індикатора (І) використовують амплітудний дискримінатор (блок, що розподіляє імпульси по групах в залежності від їх амплітуди) і лічильники числа імпульсів відповідної амплітуди: ІЛР з близькими за величиною амплітудами підраховуються одним лічильником, ІЛР з іншими амплітудами - іншими лічильниками.

Найбільшу ефективність при контролі ізоляції обладнання в умовах експлуатації забезпечує безперервний вимір часткових розрядів.

Іноді, замість того щоб реагувати на електричні імпульси часткових розрядів, використовують той факт, що при таких розрядах генерується широкий спектр радіохвиль. Встановивши поблизу від контрольованого елемента ізоляційної конструкції відповідним чином налаштований радіоприймач, можна виявити часткові розряди по що з'являється в динаміці характерному шуму. Зазвичай динамік не використовується, а до вихідних ланцюгів радіоприймача підключається вимірювальний прилад.

Акустичні методи виявлення часткових розрядів.

Дана група методів, що дозволяють виявити часткові розряди, заснована на уловлюванні своєрідного звукового «клацання», яким зазвичай супроводжується такий розряд. Для визначення місця розташування розряду необхідно виміряти часи поширення такого акустичного сигналу до точок, в яких встановлені мікрофони (не менше трьох).

Вимірювання часткових розрядів

Вимірювання часткових розрядів в експлуатаційних умовах (ЧР) істотно відрізняється від вимірювань в умовах лабораторії. В першу чергу це пов'язано з наявністю інтенсивних зовнішніх перешкод і корони, які, як правило, відсутні при вимірах в лабораторних умовах.

Сигнали зовнішніх перешкод, в загальному випадку, не відрізняються від сигналів ЧР, тому що їх джерелом можуть бути ЧР в навколишньому обладнанні. Тому найкращим способом поділу сигналів завад та сигналів ЧР є окремий вимір сигналів зовнішніх перешкод при відсутності напруги на контрольованому об'єкті (вимір фону). Потім на об'єкт подається напруга і проводиться ще один вимір. В цьому випадку реєструється сума сигналів ЧР і зовнішніх перешкод (сигнал). Віднімання результатів цих вимірювань дозволяє виділити тільки сигнали ЧР (сигнал - фон). На рис. 1 - показані результати віднімання фону. Як видно з малюнка, після вирахування фону ефективна інтенсивність сигналів перешкод знизилася в кілька разів (інтенсивність сигналів ЧР не змінюється при відніманні) і стало видно, що реєструються сигнали дає негативна (або інверсна позитивна) корона, а не ЧР в об'єкті (фазовий кут - 90 о. один пік на періоді)

Характеристики часткових розрядів, які використовуються при діагностиці

Причиною підвищеного застосування методу реєстрації часткових розрядів (ЧР) при діагностиці електричної ізоляції високовольтного обладнання в умовах його експлуатації з'явилася його висока ефективність. По - перше, застосування цього методу, що володіє високою чутливістю, дозволяє виявляти освіту ЧР в дефектних місцях на ранніх стадіях. По - друге, характеристики ЧР дозволяють виробляти багатосторонню оцінку властивостей дефектів і характеру процесу ЧР. По - третє, метод дозволяє визначати як інтегральні властивості характеристик ЧР, що представляють собою безліч розрядів, так і властивості одиничних розрядів. По - четверте, метод дозволяє безінерційний відображати явища розрядів в ізоляції.

Серед параметрів ізоляції, що визначаються безліччю різних методів, характеристики ЧР несуть найбільшу інформацію про небезпеку дефектів. Строго кажучи, для опису всіх характеристик ЧР досить знати значення уявного заряду і його фазу, тобто тимчасове положення виміряного заряду в періоді впливає напруги. Інші характеристики, за винятком Ui і Ue, визначаються розрахунковим шляхом.

Процес ЧР має кілька стадій: початкові процеси ЧР, що призводять практично до відновлення властивостей ізоляції, т. Е. Оборотний процес деструкції ізоляції; нестійкий процес ЧР, при якому спостерігаються явища тимчасового загасання ЧР; стійкий процес ЧР, що приводить до прогресуючої деструкції ізоляції.

У практиці контролю якості ізоляції виготовляється високовольтного обладнання прийнята переважно одна характеристика ЧР - здається заряд q імпульсу ЧР.

Відомо, що здається заряд q, який реєструється схемою реєстрації, є частиною повного заряду q в, нейтралізуемой при ЧР у включенні.

Якщо уявити схему заміщення ізоляції зразка з джерелом ЧР, включеного в схему реєстрації, рис. 5, то неважко встановити, що реєстрований заряд q залежить від параметрів елементів схеми реєстрації та ємності ізоляції зразка.

Рис.5 Схема заміщення ізоляції зразка з ЧР.

С1, С2 - ємності стовпів ізоляції між провідними поверхнями включення і електродами зразка; СД - ємність ізоляції зразка; СС - з'єднувальний конденсатор; ZІ - вимірювальний елемент; СП - паразитна ємність.

Схему заміщення ізоляції з ЧР можна уявити більш повно, рис. 6, представивши в процесі розряду зарядові плями на стінках включення у вигляді проводять дисків (з урахуванням ряду припущень).

Мал. 6 Схема заміщення ізоляції зразка з урахуванням крайового ефекту зарядових плям ЧР.

С10, С20 - ємності стовпів ізоляції між провідними поверхнями включення і електродами зразка; С1К, С2К - крайова ємність стовпів ізоляції; СВК - крайова ємність включення.

Розрахунок залежності ємності включення СΣ1 або СΣ2 (де СΣ1 = С10 + С1К; СΣ2 = С20 + С2К) щодо електрода від відстані до електродів Н 'або Н "показує, що при відстанях, значно перевищують розміри включення , Мал. 7, ємність СΣ1 або СΣ2 змінюється несуттєво.

Мал. 7 Геометричні параметри включення і його розташування щодо електрода.

Для діагностики стану ізоляції електротехнічного обладнання по частковим розрядами є ефективним електричний індукційний метод реєстрації ЧР за допомогою датчика у вигляді високочастотного трансформатора струму з обробкою даних на персональному комп'ютері.

Показано, що найбільш оптимальним діагностичним параметром часткових розрядів є потужність ЧР. Встановлено характер зміни інтенсивності ЧР в залежності від стадії старіння ізоляції з використанням методу прискореного термічного старіння.

Показано, що система діагностики по частковим розрядам з використанням комплексу характеристик ЧР, одержуваних розробленим програмним забезпеченням, є ефективною як для оцінки поточного ссостоянія ізоляції, так і для прогнозування її залишкового ресурсу.

Список використаної літератури

Беннінг П. «Електрична міцність ізоляційних матеріалів і конструкцій.