Частичные разряды и методы их обнаружения доклад

Обновлено: 04.07.2024

Изучение новых методов обнаружения и диагностики изоляции по частичным разрядам, применяемого на заводях изготовителях трансформаторного оборудования при контроле качества изоляции выпускаемой продукции. Расчет длительности процесса пробоя включения.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	03.05.2016
Размер файла	105,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки российской федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

Одна из важных задач в современной электроэнергетике - это быстрый поиск и устранение возникающих на оборудование дефектов. В ряде случаев удается выявить появившиеся повреждения еще до того, как произойдет авария, т.е. предотвратить аварийные процессы в энергосистеме. В других случаях необходимо быстро обнаружить появившееся повреждение и устранить его, чтобы уменьшить длительность аварийного простоя оборудования. изоляция частичный разряд трансформаторный

В настоящее время метод диагностики изоляции по частичным разрядам (ЧР) широко применяется лабораторных условиях и на заводях изготовителях трансформаторного оборудования при контроле качества изоляции выпускаемой продукции как в России, так и многих зарубежных странах.

Однако при контроле состояния действующего электрооборудования диагностика по частичным разрядам пока используется сравнительно редко, что связано с наличием разного рода помех, уровень которых на действующих объектах значительно выше, чем при стендовых испытаниях, а общепризнанной методики отделения сигналов ЧР от сигналов помех пока еще не существует.

Кроме того, на настоящий момент, недостаточно результатов исследований зависимости характеристик ЧР от времени эксплуатации электротехнического оборудования, что позволило бы прогнозировать пробой изоляции по характеристикам ЧР и предотвращать отказ этого оборудования.

Таким образом, исследование частичных разрядов, с целью развития систем диагностики изоляции электротехнического оборудования, является актуальной задачей.

1. Частичный разряд

Частичным разрядом называют разрядные процессы в изоляции, которые развиваются под действием приложенного напряжения и распространяются лишь на часть изоляционного промежутка.

Понятие частичных разрядов (ч.р.) в изоляции охватывает местные разряды на поверхности или внутри изоля¬ции в виде короны, скользящих разрядов или частичных пробоев отдельных элементов изоляции, шунтирующих часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами.

Частичные разряды в изоляции возникают в местах с повышенной напряженностью электрического поля или с пониженной электрической прочностью (например, в газовых включениях в толще изоляции или в прослойках пропитывающей жидкости). В дальнейшем элемент диэлектрика, участвующий в ч.р., будет называться “включением”.

Частичные разряды возникают в пустотах в твердой изоляции (бумажной или полиэтиленовой), в многослойных системах электродов/проводников, имеющих несколько слоев твердой изоляции, а также в пузырьках газа (в случае жидкой изоляции) или вокруг электродов в газе (коронный разряд) и в большинстве случаев представляют собой воздушные или масляные промежутки в изоляции.

Частичные разряды могут возникать в газовых включениях, В ходе эксплуатации появляются трещины, из-за местных перегревов выделяются газы при разложении материалов.

Появление ЧР сопровождается следующими физическими явлениями:[2]

- протекание импульсного тока в искусственно создаваемых цепях, где имеются объекты с ЧР;

- электромагнитное излучение в окружающее пространство;

- разложение диэлектрика на молекулярные группы в зоне действия ЧР;

- световое излучение в окружающее пространство;

- нагрев локальных объемов изоляции с ЧР.

При рассмотрении ч.р. эквивалентная схема диэлектрика емкостью Сх может быть представлена согласно рис. 1, где Св - емкость элемента ди-электрика, участвующего в ч.р. (емкость включения); Сд - емкость эле¬мента диэлектрика, включенного последовательно с первым; Са- емкость остальной части диэлектрика, лишенной включений.

Возникновение ч.р. произойдет тогда, когда напряжение на включении (рис. 1, емкость Св) достигнет пробивного значения (Uв.з. - напряжения зажигания разряда во включении). (Рис.2)

При ч.р., после разряда емкости Св в большинстве случаев не возника¬ет большой плотности тока, необходимой для поддержания устойчивого разряда, и он гаснет.

На этом графике каждому скачку напряжения Uв соответствует один частичный разряд. Частичные разряды в бумажно-масляной изоляции В бумажно-масляной изоляции оборудования высокого напряжения при строгом соблюдении технологии изготовления газовые включения отсутствуют. Однако со временем при высоких напряженностях газовые включения появляются. В них начинают происходить частичные разряды, называемые начальными частичными разрядами.

Энергия начального частичного разряда мала, поэтому разряды не оказывают разрушающего воздействия на бумагу. Но при этом они вызывают медленное разложение масла с выделением газов и других продуктов. За счет этого увеличивается tgd и мощность диэлектрических потерь.

Со временем этот процесс приводит к тепловому пробою изоляции. При быстром подъеме напряжения, когда скорость выделения газов в масле становится выше скорости их растворения, в изоляции образуются устойчивые газовые включения. В этих включениях начинают происходить частичные разряды, называемые критическими. Критические частичные разряды имеют мощность, достаточную для относительно быстрого (минуты, часы) разрушения слоев бумаги. Они особенно опасны тем, что их появление даже на очень короткие сроки приводит к образованию в изоляции газовых включений, в которых эти мощные частичные разряды могут развиваться при напряжениях ниже начального. Т.е., возникнув при перенапряжении, критические частичные разряды могут сохраняться при рабочем напряжении и за короткое время разрушить изоляции до пробоя.

Поэтому обязательным условием надежной длительной работы бумажно-масляной изоляции является отсутствие критических частичных разрядов при всех возможных перенапряжениях. Условие отсутствия критических разрядов: Uраб -9 с. Лишь при мощных ч.р., представляющих собой разветвленные скользящие разряды или про бой больших (порядка 10 мм и более) прослоек жидких диэлектриков, длительность ч.р. может быть больше (до 10 -7 -10 -6 с).

При пробое напряжение на включении падает не до нуля, а до опреде ленного значения при котором разряд гаснет. Напряжение погасания при размерах газового включения или прослойки жидкого диэлектрика порядка 10-100 мкм может быть в пределах

Напряжение на электродах объекта, соответствующее возникновению ч.р., называется напряжением ч.р. Uчр причем

Основные характеристики частичных разрядов. Каждый из еди ничных ч.р. сопровождается прохождением через включение определен ного заряда qи приводит к изменению напряжения на внешних электро дах всего образца на ДU_X.

Если С_а>>С_в и С_а>>Сd то заряд q, проходящий через включение в момент возникновения ч.р., равен

Практически заряд q не может быть измерен непосредственно, так как его прохождение связано с процессами внутри диэлектрика испытуемого объекта.

В момент возникновения ч.р. можно считать, что заряд на электродах испытуемого объекта не изменяется, так как емкость объекта отделена от остальной емкости цепи индуктивностью соединительных проводов. По этому изменение напряжения ДU_X происходит за счет увеличения емкости объекта при возникновении ч.р.

Однако для удобства дальнейших рассуждений можно предположить, что изменение напряжения на объекте происходит вследствие фиктивного изменения заряда qчр на электродах объекта неизменной емкости С_в, при чем

Величина qчр называется кажущимся зарядом ч.р. Таким образом, ка жущийся заряд ч.р. - это такой заряд, который будучи мгновенно введенмежду выводами испытуемого объекта, вызовет такое же мгновенное изменение напряжения между его выводами, как реальный ч.р.

Для установления соотношения между qчр и q примем во внимание, что при возникновении ч.р. и уменьшении напряжения на емкости С_в на ДUв=Uв.з.-Uв.п. - из емкости С_а ушел заряд на подзарядку емкости Сd,вы звавший уменьшение напряжения на объекте на ДU_x.

Используя условие равенства этого заряда кажущемуся заряду ч.р., а также формулу (4), имеем

Следует отметить, что изменение напряжения на образце при ч.р. крайне незначительно. Так, например, при qчр= 10 -12 Кл, подлежащем регистрации, и Сх=1000 пФ имеем ДU_x=10 -3 В. При больших емкостях величи на ДU_x может быть еще меньше.

Возникновение каждого единичного ч.р. приводит к выделению в диэлектрике испытуемого объекта энергии W_ч_p.Эта энергия частично тратится на разогрев испытуемого объекта, а частично расходуется на разру шение диэлектрика объекта. Если С_а>>Сdчто имеет место в подавляющем большинстве случаев, то энергия единичного ч.р. равна

Кроме количественных характеристик, определяющих интенсивность единичных ч.р., используются интегральные количественные характеристики, определяющие интенсивность ч.р. в течение интервала времени, значительно большего, чем время между двумя единичными ч.р. Такими характеристиками являются: частота следования п_чр ток I_чр мощность P_чр. При этом, если все разряды имеют одинаковые значения qчр или W_ч_p,то

Если разряды существенно различны, то

где п_чр_i частота следования ч.р. со значениями соответственно qчр или W_ч_p.

При постепенном повышении напряжения на испытуемом объекте при некотором значении напряжения в изоляции начинаются ч.р. слабой ин тенсивности. При выдержке напряжения в пределах десятков минут эти ч.р. могут прекращаться на некоторый промежуток времени и появляться вновь. При снижении напряжения до величины, близкой к напряжению возникновения ч.р., эти процессы прекращаются. Особенность рассматриваемого вида ч.р. состоит в том, что их появление при кратковременном воздействии не приводит к заметному разрушению изоляции и снижению напряжения возникновения ч.р. Длительное существование таких ч.р. оп ределенной интенсивности (в течение тысячи часов и более) приводит к относительно медленному разрушению пропитывающего состава, а затем и твердой изоляции, сказывается на росте величины tgд изоляции, что мо жет привести к пробою. Такие ч.р. называются начальными.

Если дальше повышать напряжение, то при некотором значении на пряжения интенсивность ч.р. приводит к быстрому разрушению некороностойкой изоляции. Такие ч.р. называются критическими.[1]

2. Методы обнаружения частичных разрядов в энергетике

Частичные разряды опасны тем, что приводят к постепенному разрушению изоляции и возникновению электрического пробоя. С другой стороны, измерение частичных разрядов позволяет сегодня энергетическим компаниям заблаговременно определять места будущих повреждений в энергооборудовании, своевременно проводить ремонт и избегать серьёзных аварий в работе станционного и сетевого оборудования.

Сегодня известны такие методы обнаружения ЧР как:

-электромагнитный, или дистанционный, СВЧ-метод;

-оптический, или оптоэлектронный;

Основными из них являются первые три.

Электрический метод требует контакта измерительных приборов с объектом измерения, что делает его не самым простым и удобным. Но именно при таком методе снимается наибольшее количество характеристик ЧР, позволяющих всесторонне изучить ЧР, в связи с чем данный метод весьма распространен. Так же ввиду чувствительности метода необходимо применение комплекса мер и специального оборудования для отстройки от наводимых помех. Большинство электрических методов не требуют подачи на объект измерения напряжений, сильно превосходящих номинальные рабочие значения, поэтому они являются щадящими для изоляции электрооборудования.

Электромагнитный, или дистанционный. СВЧ-метод позволяет обнаружить ЧР с помощью направленного приемного СВЧ антенного устройства. Этот метод не требует контакта с объектом измерения. Применение данного оборудование не зависит от класса напряжения, что является плюсом данного метода. Недостатками же является отсутствие количественной оценки множества характеристик ЧР, а также влияние на электромагнитное излучение других приборов.

Акустический метод регистрации ЧР разрабатывался с целью обнаружения источника ЧР в оборудовании, например, в силовых и измерительных трансформаторах, элегазовом оборудовании. Кажущаяся простота метода не исключает больших трудностей в определении места возникновения ЧР. Для их нахождения используются сверхчувствительные микрофоны, которые улавливают звуковые волны, расположенные в диапазоне частот выше порога слышимости. Данный метод является дистанционным и позволяет располагать датчики и сенсоры в устройствах открытой конструкции , например ячейках КРУ и шинопроводах. Недостатком метода является малая чувствительность при регистрации ЧР малой интенсивности.

В настоящее время ведутся работы по совершенствованию электромагнитного и акустического методов, чтобы приблизить их применение к условиям эксплуатации. Уже сейчас данные методы позволяют производить обследования с регистрацией получаемых значений в течение длительного периода и отправкой их оператору по сетям связи, таким как интернет.

Широкое применения методов регистрации ЧР сдерживается из-за сложности методики измерения, дороговизны оборудования и малого количества специалистов, умеющих работать на данном оборудовании.

1. И.М.Богатенков, Ю.Н.Бочаров, Н.И.Гумерова, Г.М.Иманов и др.; Под ред. Г.С.Кучинского. Техника высоких напряжений: Учебник для вузов - СПБ.: Энергоатомиздат, 2003-608.:ил.

2. Сви, П. М. Измерение частичных разрядов в изоляции оборудования высокого напряжения энергосистем. М. : Энергия, 1977. С. 200.

3. Электрооборудование и электроустановки. Методы измерения характеристик частичных разрядов. ГОСТ 20074.

Подобные документы

Обоснование необходимости увеличения объема диагностических обследований силовых трансформаторов с целью повышения их эксплуатационной надежности. Влияние температуры, кислорода и влажности на старение трансформаторного масла и целлюлозной изоляции.

курсовая работа [960,3 K], добавлен 03.04.2012

Построение принципиальной схемы однотактного резистивного трансформаторного усилителя и расчет его параметров. Определение коэффициентов усиления по току, напряжению и сопротивлению для включения. Изучение особенностей микросхемы на транзисторах.

контрольная работа [23,3 K], добавлен 23.11.2010

Проводимость изоляции на максимальной частоте. Затухание кабеля на максимальной частоте. Сопротивление кабеля на максимальной частоте. Диаметр жилы без изоляции. Расстояние между центрами жил и толщину изоляции. Эскиз конструкции кабеля.

контрольная работа [661,2 K], добавлен 26.01.2007

Вихретоковый толщиномер изоляции. Расчет основных элементов конструкции преобразователя и схемы усилителя. Амплитудный способ выделения информации, чувствительность к контролируемому параметру и мешающему фактору. Описание разработанного прибора.

курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.05.2010

Структурные схемы и принцип работы преобразователей постоянного напряжения. Расчет выпрямителей. Анализ включения транзисторов в преобразователях напряжения. Определение объема катушки, толщину изоляции тороидального трансформатора, его тепловой расчет.

Газовые включения в твёрдую изоляцию являются одним из наиболее распространённых типов сосредоточенных дефектов.

Так как диэлектрическая относительная проницаемость воздуха в несколько раз меньше диэлектрической проницаемости твёрдого диэлектрика, напряжённость эл. поля в газовом включении может значительно превышать среднюю напряжённость эл. поля в изоляции.

В газовом включении возникает ионизационные процессы даже при номинальном рабочем напряжении, совокупность которых называется частичными разрядами, так как они охватывают только небольшую часть всего расстояния между электродами.

Возникновение частичных разрядов в большинстве типов изоляции является совершенно недопустимым, так как приводит к интенсивному разложению диэлектрика и распространению дефекта.

Рассмотрим основные свойства частичных разрядов в газовых включениях. В простейшем случае изоляцию с одним воздушным включением можно представить в виде схемы замещения:

Конденсатор представляет собой ёмкость воздушного включения, шунтируемую частичным разрядом.

- ёмкость диэлектрика, находящегося с пределах силовых линий эл. поля.

- ёмкость остальной части диэлектрика

Z – сопротивление внешней цепи

Если напряжение на воздушном включении превышает разрядное:

возникает ионизация, которая в большинстве случаев имеет форму искрового разряда, после чего напряжение на падает практически до 0.

В результате этого напряжение на объекте уменьшается на величину

но в дальнейшем оно быстро восстанавливается за счёт зарядки ёмкости объекта через сопротивление внешней цепи Z. В момент частичного разряда через включения проходит кратковременный всплеск тока , который сопровождается импульсом тока во внешней цепи. Связанном с зарядкой ёмкости объекта после падения напряжения на величину .

Возникающие при частичном разряде ионы разных знаков двигаются под действием эл. поля в противоположных направлениях к границам газового включения, так как по крайней мере одна из этих границ не имеет контакта с электродами. Ионы остаются абсорбированными на стенках. Ионы, оставшиеся на стенках, понижают напряжённость эл. поля во включении и препятствуют дальнейшему развитию ионизации. Поэтому ток частичного разряда имеет форму кратковременного импульса длительностью порядка

Если первый разряд во включении произошёл задолго до максимума перемены напряжения, то после повышения напряжения до может произойти повторный разряд, сопровождающийся вторым импульсом тока. В следующий полупериод промышленной частоты ионы, оставшиеся после предыдущего полупериода, наоборот способствуют разряда при более низком напряжении.

Так как в ионизации часто возникает несколько обособленных газовых включений, и разряды в этих включениях происходят не синхронно, то в течение полупериода промышленной частоты имеет место несколько импульсов тока. Серия таких импульсов обладает спектром частот, лежащих в пределах от сотен Гц до десятков МГц.

Локальный электрический, или частичный разряд — это искровой разряд невысокой мощности, который не является пробоем и появляется внутри изоляции или на её поверхности. Такое явление характерно для оборудования среднего и высокого класса напряжения.

Частичные разряды появляются за счет наличия неоднородностей, пустот, пузырьков газа в диэлектрическом слое. Причиной возникновения таких дефектов могут быть заводские дефекты оборудования, ошибки в установке и эксплуатации, естественное старение и другие внешние воздействия.

Немаловажно, что частичные разряды признаны явным свидетельством ухудшения свойств изоляции. Периодически повторяющиеся локальное возникновение искровых пробоев разрушает диэлектрический слой за несколько месяцев или лет, в зависимости от рабочего напряжения электрической вращающейся машины.

Физические процессы, сопровождающие частичные разряды в изоляции

Данный дефект сопровождается следующими признаками:

появлением импульсного тока в цепях с дефектным оборудованием;
электромагнитным излучением в окружающее пространство;
разложением изолирующего слоя на молекулярные группы под воздействием тока;
локальным нагревом изоляции в зонах с множественными частичными разрядами;
возникновением светового излучения;
появлением ударных волн.

Наличие этих и других признаков появления частичных разрядов в изоляции позволяет фиксировать их с помощью различных приборов. Своевременный мониторинг снижает риск поломок дорогостоящего оборудования.

Методы измерения частичных разрядов

Наиболее распространёнными являются три способа контроля состояния изоляции:

Акустический метод. Основан на применении сверхчувствительных микрофонов, которые улавливают высокочастотные звуковые волны. Преимуществом этого способа является возможность дистанционного исследования. Однако локализация места возникновения ЧР часто затруднена, как и регистрация маломощных ЧР. Однако при таком методе нет возможности качественного отделения ЧР от электромагнитных шумов. Также акустический метод не дает возможности выявить перенаводящиеся импульсы с одной фазы на другую и расположение импульсов ЧР относительно цикла фазного напряжения генератора.
Электромагнитный (или СВЧ) метод. Его преимущество — возможность использования с установками любого класса напряжения, а также дистанционность анализа. К недостаткам можно отнести чувствительность к помехам и малую точность в тех случаях, когда необходимо уточнение количественных характеристик ЧР.
Электрический метод измерения частичных разрядов. В настоящее время является самым востребованным и точным. Его ключевой недостаток — необходимость установки датчиков на исследуемое оборудование. Среди преимуществ — возможность отстройки от наводимых помех, проведение анализа в штатном рабочем режиме (без подачи повышенного напряжения), полнота получаемых данных для всестороннего изучения явления ЧР и прогнозирования.

Электрический метод измерения частичных разрядов изоляции широко применяется с 80-х годов прошлого века. Сегодня оборудование ведущих производителей позволяет получать данные о состоянии диэлектрика с заданной периодичностью и передавать их для анализа по сети Интернет или другими способами.

Необходимость непрерывного измерения частичных разрядов

Современные способы электрического тестирования не требуют привлечения сторонних специалистов и лабораторного оборудования. Анализ проводится с помощью датчиков, подсоединенных к электронному блоку. Процесс непрерывного измерения частичных разрядов эффективен по нескольким причинам:

полученные данные предоставляются в удобной для анализа форме;
процесс проведения измерений автоматизирован и не требует участия специалиста;
оборудование способно своевременно предупредить о возникновении проблем, увеличении мощности и числа ЧР.

Емкостные датчики

Установленные емкостные датчики

Непрерывное измерение частичных разрядов показало экономическую эффективность на тысячах машин. Такой мониторинг позволяет своевременно принять корректирующие меры и избежать дорогостоящей перемотки статора после пробоя.

Частичный разряд представляет собой электрический разряд, который происходит на небольшом участке изоляции, где напряжённость электрического поля превышает прочность по пробою материала. Он может произойти в пустотах в пределах твёрдой изоляции, по поверхности изолирующего материала, внутри газовых пузырьков в жидкой изоляции.

Причины возникновения частичных разрядов

По определению, принятому международными стандартами, частичным разрядом называется электрический разряд, локально шунтирующий изоляцию на отдельном участке конструкции.

Этот процесс возникает вследствие ионизации газа или жидкого диэлектрика и может происходить на поверхности раздела двух сред и внутри изоляции. Возникновение и развитие зависит от типа диэлектрика и конструктивных особенностей изоляции объекта. Частичные разряды в изоляции являются следствием наличия неоднородностей в структуре диэлектрика и характеристик воздействующего на неё напряжения. Такими неоднородностями могут быть различные посторонние примеси и загрязнения, газовые полости, зоны увлажнения. Подобные дефекты образуются в структуре изоляции, как правило, в результате нарушения процесса ее изготовления и при эксплуатации оборудования (под влиянием механических воздействий, деформации, вибрации).

Что такое триинги и их образование в структуре изолирующего материала

В изоляционном материале из присутствующей в нём полости образуется древовидная структура – триинг. В ветвях триингов развиваются частичные разряды. Под действием электрического поля и разрядов, триинги увеличиваются в размерах и количестве, тем самым повышая степень деградации полимерного материала. Дендриты имеют повышенную проводимость и приводят к прогрессирующему разрушению диэлектрика.

Поскольку для возникновения частичного разряда в газовой среде требуется напряжение более низкое, чем для какого же эффекта в жидкости или в твёрдом постороннем включении, то наличие таких дефектов в изоляции может стать наиболее вероятной причиной начала разрушения этого материала. Это происходит в результате того, что в полости, заполненной газом напряжённость электрического поля выше, чем в твердом или жидком участке и электрическая прочность газовой среды имеет более низкое значение, чем другие фракции изоляции.

Виды триингов

Триинги электрического происхождения образуются при воздействии переменного и импульсного напряжения, а также при очень высоких его значениях. В процессе работы оборудования эти величины не вызывают немедленного пробоя изоляции, но могут спровоцировать ионизацию газа в неоднородностях. Если в структуре материала нет достаточно больших по размеру полостей, дендриты могут развиваться сравнительно продолжительное время.

Наличие пузырьков увеличенных размеров приводит к возникновению частичных разрядов при работе кабеля на номинальном напряжении.

Водные триинги образуются при попадании влаги внутрь изоляции в результате диффузии или через микротрещины в материале.

При конденсации влаги во включениях, здесь образуются дендриты, после чего начинается их интенсивное образование и рост за счёт появления дополнительных пустот. Это приводит к снижению электрической прочности диэлектрика и к пробою кабеля.

К основным причинам деградации изоляции относятся как электрическое старение из-за частичных разрядов, протекающих во включениях при перенапряжении и в номинальном рабочем режиме, так и тепловое старение материала.

Под воздействием частичных разрядов запускается процесс разрушения изоляции, размер поражённой области увеличивается.

Условия возникновения частичных разрядов зависят от формы электромагнитного поля изоляционной конструкции и электрических свойств конкретной зоны материала.

Частичные разряды обычно не приводят к сквозному пробою изоляции, однако являются причиной изменений структуры диэлектрика, а при достаточно продолжительной эксплуатации системы могут стать причиной сквозного пробоя изоляционного слоя. Их возникновение всегда свидетельствует о местной неоднородности диэлектрика. Характеристики частичных разрядов достаточно хорошо позволяют судить о степени дефектности изоляционной конструкции.

Наибольшую опасность они представляют при работе оборудования на переменном и импульсном напряжении.

Физические явления, сопровождающие частичные разряды в изоляции

Перегрев изоляции ведёт к ускорению процесса её разрушения за счёт увеличения количества точек, в которых появляются новые дефекты, ведущие к увеличению количества и объёма дендритов. Это приводит к возрастанию напряжённости в поля этом районе.

Частичный электрический разряд оказывает на изоляцию тепловое воздействие, а также разрушает её заряженными частицами и химически активными продуктами, образующимися в результате разряда.

Кроме того, частичные разряды вызывают возникновение токов импульсного характера в создающихся ими каналах. При пробое всё это сопровождается электромагнитным излучением, ударными волнами, световыми вспышками и распадом изоляции на молекулярном уровне.

Частичные разряды относятся к основным причинам повреждения оборудования высокого напряжения. Объясняется это тем, что появление частичных разрядов является начальной стадией развития большинства дефектов в высоковольтной изоляции.

В результате этих процессов создаются условия для возникновения пробоя изоляции.

Стадии разрядов

При превышении определённого порогового значения напряжения, установленного для конкретного изоляционного материала, в нём могут инициироваться частичные разряды, которые не приводят к немедленному прогоранию изоляции, поэтому могут быть вполне допустимы. Они получили название - начальные.

Дальнейшее поднятие напряжения, увеличение размеров и количества включений, числа триингов в процессе продолжительной работы оборудования, приводит к резкому возрастанию интенсивности частичных разрядов. Их возникновение резко сокращает срок годности изоляции и может привести к её пробою. Такие разряды называются критическими.

Влияние разрядов в структуре на оборудование

Одним из основных элементов конструкции трансформаторов и электрических машин является изоляция обмоток. Она непрерывно подвержена таким разрушающим факторам, как: тепловые воздействия вследствие длительного протекания токов; вибрационные нагрузки из-за работы магнитопровода (для трансформаторов) и приводного механизма (для электрических машин); последствия протекания пусковых токов и токов короткого замыкания.

Все эти факторы приводят к повреждению изоляции и возникновению частичных разрядов. Для электрических машин это является наиболее частой причиной отказа, а для трансформаторов выход из строя в результате повреждения изоляции обмоток стоит на втором месте после повреждения вводов.

Для чего необходимо измерение разрядов

Измерение процессов, происходящих при возникновении частичных разрядов необходимо для получения возможности предотвращения пробоя изоляции и максимального снижения их интенсивности в изолирующих материалах.

В связи с использованием изоляции из сшитого полиэтилена в конструкциях силовых кабелей, электроэнергетического оборудования, высоковольтных трансформаторов, воздушных линий электропередачи, необходимо постоянно вести контроль частичных разрядов, влияющих на безопасность их эксплуатации.

Профилактика пробоев изоляции и методы испытаний

Необходимо проводить проверки состояния изолирующего материала в процессе эксплуатации, чтобы выявлять развивающиеся разрушения и предотвращать аварийные отказы из-за частичных разрядов на оборудовании.

Для контроля степени дефектности изоляции высоковольтного оборудования существуют:

Неразрушающие методы испытаний для определения ресурса времени её эксплуатации.

Это дает возможность провести достоверную диагностику на работающем оборудовании, без вывода техники из эксплуатации, а, значит, исключение экономических потерь.

Существующие методы диагностики частичных разрядов позволяют обнаружить дефект на ранних стадиях его развития и, тем самым, предотвратить дорогостоящий ремонт или замену вышедшего из строя оборудования.

Некоторые методы позволяют локализовать область дефекта, и подлежать ремонту будут только повреждённые участки изоляции.

При испытаниях оборудования высоким напряжением, качество изоляции ухудшается в результате воздействия напряжений в несколько раз превосходящих рабочие значения.

Диагностические методы обнаружения частичного разряда позволяют наиболее точно оценивать степень остаточной работоспособности оборудования без оказания разрушающего действия на его изоляцию. Диагностика частичных разрядов при эксплуатации затрудняется тем, что обычно вокруг проверяемого объекта находится другое оборудование, которое является источником помех. Эти сигналы могут не отличаться по параметрам от сигналов нужного объекта, так как могут быть тоже частичными разрядами.

Поэтому, для разделения сигналов помех и измеряемого частичного разряда, нужно сначала измерить сигналы помех при отключенном напряжении на тестируемом объекте, а потом произвести замер на нём в рабочем режиме.

В этом случае будет регистрироваться сумма сигналов частичного разряда и фона.

Разность результатов этих измерений покажет значение сигнала частичного разряда.

Полученные характеристики позволяют оценить характер дефектов и самого разряда.

Метод частичных разрядов не наносит вреда изоляции и широко используется, поскольку в процессе проверки не используется повышенное напряжение, отрицательно влияющее на изоляцию.

Электрический метод разрядов

Метод требует наличие контакта измерительных приборов с изоляцией.

Он позволяет определять большое количество характеристик частичного разряда.

Это наиболее точный из всех методов измерения частичных разрядов.

Акустический метод регистрации

Этот метод основан на использовании микрофонов, принимающих звуковые сигналы работающего оборудования.

Датчики устанавливаются в комплексных распределительных устройствах и другом электроэнергетическом оборудовании и работают дистанционно.

Недостаток: частичные разряды небольшой величины не фиксируются.

Электромагнитный или дистанционный метод

Обнаружение частичных разрядов при использовании метода сверхвысоких частот является простым и эффективным процессом. Для этого применяется антенное устройство направленного действия.

Недостаток этого метода – невозможность измерения величин разрядов.

Специфика разрядов в трансформаторах

Мощные силовые трансформаторы являются частями энергосистем, и вблизи них установлено высоковольтное оборудование, в котором могут существовать частичные разряды. Сигналы от них различными путями поступают на контролируемый трансформатор.

Если к трансформатору подключены воздушные линии электропередачи, подвергающиеся грозовым разрядам, то сигналы от них будут регистрироваться при измерении характеристик частичного разряда в изоляции трансформатора.

При нахождении трансформатора на открытой подстанции, на его наружных токоведущих частях периодически, в зависимости от температуры, влажности и других факторов, возникают коронные разряды.

Изменение нагрузки и наличие в трансформаторах устройств, регулирующих их параметры во время работы, например, устройств, регулирующих работу под нагрузкой, приводит к изменению характеристик частичных разрядов, которые могут снижаться или увеличиваться.

Все перечисленные факторы приводят к тому, что многие измерения на трансформаторах могут показывать искажённую картину состояния изоляции.

На показания, снятые с испытуемого трансформатора будут накладываться импульсы помех от работы находящегося рядом оборудования.

В таких случаях нужно использовать правильно подобранную методику измерений, чтобы исключить влияние помех на полученные данные по частичным разрядам в трансформаторах.

Читайте также: