Контроль частичных разрядов реферат

Обновлено: 05.07.2024

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.

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.

Частичные разряды в изоляции

Воздушные или газовые включения являются одним из наиболее распространенных типов сосредоточенных дефектов изоляции. Поскольку диэлектрическая проницаемость воздуха в несколько раз меньше диэлектрической проницаемости окружающего его твердого диэлектрика, напряженность поля в газовой полости может значительно превышать среднюю напряженность поля в изоляции. Поэтому иногда в полости возникают ионизационные процессы даже при рабочем напряжении. Совокупность таких процессов называется частичными разрядами, поскольку они охватывают только небольшую часть всего расстояния между электродами.

Возникновение частичных разрядов в большинстве типов изоляции (исключением является лишь керамическая изоляция) является совершенно недопустимым, так как оно приводит к интенсивному разложению диэлектрика и распространению дефекта. Например, для микалентной изоляции обычно полный пробой происходит через несколько лет после возникновения частичного разряда, а для бумажной изоляции пробой может наступить через несколько месяцев или даже дней.

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

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.

Частичные разряды в изоляции

Методы выявления частичных разрядов

Таким образом, во многих распространенных типах элементов изоляционной конструкции необходимо выявлять частичные разряды при номинальном напряжении. Наибольшее распространение для решения этой задачи получили электрические и акустические методы.

Электрические методы выявления частичных разрядов.

Эти методы основаны на измерении импульсов тока контролируемой цепи.

Схема измерений: Основная схема измерений – последовательная с включением измерительного прибора Пр в цепь заземления контролируемого объекта Сх. При появлении в цепи импульса тока, прибор Пр его регистрирует.

Узел балансировки сигналов и аттенюатор УБС подключен к датчикам. К выходу УБС через гармонический фильтр Ф и усилитель У подключен индикатор И.

Узел балансировки сигналов и аттенюатор УБС позволяют выделить из общего фазного сигнала только ту его часть, которая содержит импульсы частичных разрядов. Аттенюатор представляет собой нелинейный элемент, сигнал на выходе которого ограничен по величине. При малых входных сигналах аттенюатор практически без изменений передает входной сигнал на свой выход, а при очень больших входных сигналах выходной сигнал ограничивается, чтобы обеспечить нормальный режим работы последующих цепей прибора.

При измерении параметров импульсов частичных разрядов (ИЧР) применяется измеритель амплитудных значений импульсов. Использование электронного осциллографа в качестве индикатора (И) на Рис.3 позволяет получить дополнительную информацию о характере принимаемых сигналов и обеспечивает возможность выявления и исключения некоторых помех. Для измерения других параметров ИЧР применяют соответствующие приборы (измерители среднего значения, мощности и т.п.).

Значительно большую информацию о процессе частичных разрядов дает распределение импульсов по амплитудам. В этом случае в качестве индикатора (И) используют амплитудный дискриминатор (блок, распределяющий импульсы по группам в зависимости от их амплитуды) и счетчики числа импульсов соответствующей амплитуды: ИЧР с близкими по величине амплитудами подсчитываются одним счетчиком, ИЧР с другими амплитудами – другими счетчиками.

Наибольшую эффективность при контроле изоляции оборудования в условиях эксплуатации обеспечивает непрерывное измерение частичных разрядов.

Иногда, вместо того чтобы реагировать на электрические импульсы частичных разрядов, используют тот факт, что при таких разрядах генерируется широкий спектр радиоволн. Установив поблизости от контролируемого элемента изоляционной конструкции соответствующим образом настроенный радиоприемник, можно выявить частичные разряды по появляющемуся в динамике характерному шуму. Обычно динамик не используется, а к выходным цепям радиоприемника подключается измерительный прибор.

Акустические методы выявления частичных разрядов .

Измерение частичных разрядов

Измерение частичных разрядов в эксплуатационных условиях (ЧР) существенно отличается от измерений в условиях лаборатории. В первую очередь это связано с наличием интенсивных внешних помех и короны, которые, как правило, отсутствуют при измерениях в лабораторных условиях.

Сигналы внешних помех, в общем случае, не отличаются от сигналов ЧР, т.к. их источником могут быть ЧР в окружающем оборудовании. Поэтому наилучшим способом разделения сигналов помех и сигналов ЧР является отдельное измерение сигналов внешних помех при отсутствии напряжения на контролируемом объекте (измерение фона). Затем на объект подается напряжение и производится еще одно измерение. В этом случае регистрируется сумма сигналов ЧР и внешних помех (сигнал). Вычитание результатов этих измерений позволяет выделить только сигналы ЧР (сигнал - фон). На рис. 1 - показаны результаты вычитания фона. Как видно из рисунка, после вычитания фона эффективная интенсивность сигналов помех снизилась в несколько раз (интенсивность сигналов ЧР не изменяется при вычитании) и стало видно, что регистрируемые сигналы дает отрицательная (или инверсная положительная) корона, а не ЧР в объекте (фазовый угол -90 о , один пик на периоде)

Характеристики частичных разрядов, используемые при диагностике

Причиной возросшего применения метода регистрации частичных разрядов (ЧР) при диагностике электрической изоляции высоковольтного оборудования в условиях его эксплуатации явилась его высокая эффективность. Во – первых, применение этого метода, обладающего высокой чувствительностью, позволяет выявлять образование ЧР в дефектных местах на ранних стадиях. Во – вторых, характеристики ЧР позволяют производить многостороннюю оценку свойств дефектов и характера процесса ЧР. В – третьих, метод позволяет определять как интегральные свойства характеристик ЧР, представляющих собой множество разрядов, так и свойства единичных разрядов. В – четвертых, метод позволяет безынерционно отражать явления разрядов в изоляции.

Среди параметров изоляции, определяемых множеством различных методов, характеристики ЧР несут наибольшую информацию об опасности дефектов. Строго говоря, для описания всех характеристик ЧР достаточно знать значения кажущегося заряда и его фазу, то есть временное положение измеренного заряда в периоде воздействующего напряжения. Остальные характеристики, за исключением Ui и Ue, определяются расчетным путем.

Процесс ЧР имеет несколько стадий: начальные процессы ЧР, приводящие практически к восстановлению свойств изоляции, т. е. обратимый процесс деструкции изоляции; неустойчивый процесс ЧР, при котором наблюдаются явления временного затухания ЧР; устойчивый процесс ЧР, приводящий к прогрессирующей деструкции изоляции.

В практике контроля качества изоляции изготавливаемого высоковольтного оборудования принята преимущественно одна характеристика ЧР - кажущийся заряд q импульса ЧР.

Известно, что кажущийся заряд q, регистрируемый схемой регистрации, является частью полного заряда qв, нейтрализуемого при ЧР во включении.

Если представить схему замещения изоляции образца с источником ЧР, включенного в схему регистрации, рис. 5, то нетрудно установить, что регистрируемый заряд q зависит от параметров элементов схемы регистрации и емкости изоляции образца.

Рис.5 Схема замещения изоляции образца с ЧР.

С1, С2 – емкости столбов изоляции между проводящими поверхностями включения и электродами образца; С Д – емкость изоляции образца; С С – соединительный конденсатор; Z И - измерительный элемент; С П – паразитная емкость.

Схему замещения изоляции с ЧР можно представить более полно, рис. 6, представив в процессе разряда зарядовые пятна на стенках включения в виде проводящих дисков (с учетом ряда допущений).

Рис. 6 Схема замещения изоляции образца с учетом краевого эффекта зарядовых пятен ЧР.

С10, С20 – емкости столбов изоляции между проводящими поверхностями включения и электродами образца; С1К, С2К – краевая емкость столбов изоляции; С ВК – краевая емкость включения.

Расчет зависимости емкости включения С∑1 или С∑2 (где С∑1 = С10 + С1К; С∑2 = С20 + С2К) относительно электрода от расстояния до электродов Н′ или Н″ показывает, что при расстояниях, значительно превышающих размеры включения, рис. 7, емкость С∑1 или С∑2 изменяется несущественно.

Рис. 7 Геометрические параметры включения и его расположение относительно электрода.

Для диагностики состояния изоляции электротехнического оборудования по частичным разрядам является эффективным электрический индукционный метод регистрации ЧР с помощью датчика в виде высокочастотного трансформатора тока с обработкой данных на персональном компьютере.

Показано, что наиболее оптимальным диагностическим параметром частичных разрядов является мощность ЧР. Установлен характер изменения интенсивности ЧР в зависимости от стадии старения изоляции с использованием метода ускоренного термического старения.

Показано, что система диагностики по частичным разрядам с использованием комплекса характеристик ЧР, получаемых разработанным программным обеспечением, является эффективной как для оценки текущего ссостояния изоляции, так и для прогнозирования ее остаточного ресурса.

Список используемой литературы

Электрооборудование и электроустановки. Методы измерения характеристик частичных разрядов. ГОСТ 20074-83.

Беннинг П. «Электрическая прочность изоляционных материалов и конструкций.

1. Введение. Частичные разряды могут развиваться в газовых включениях диэлектрика и приводить к старению и, как следствие, пробою изоляции. Интерес к изучению закономерностей и механизмов протекания частичных разрядов обусловлен широкими возможностями их использования в диагностике состояния изоляционной системы высоковольтного оборудования, в частности, выявления локальных дефектов, скрытых в толще диэлектрика.

2. Физическая модель частичного разряда. Частичный разряд — электрический разряд, локализованный внутри изоляционной среды, расположенной между двумя электродами [1]. Рассмотрим механизм возникновения частичного разряда в сферическом включении (поре), заполненном газом с диэлектрической проницаемостью , и находящимся в толще диэлектрика с диэлектрической проницаемостью .

Рис. 1. Поляризация диэлектрика при наличии газового включения

Под действием внешнего электрического поля диэлектрик поляризуется (рис. 1), и на границах поры появляются нескомпенсированные связанные заряды, которые приводят к усилению внешнего поля внутри газового включения. Ориентация зарядов внутри поры, заполненной газом, приводит к незначительному уменьшению результирующего поля (). Электрическое поле внутри газового включения [6, с. 151] оказывается равным:

Таким образом, электрическое поле внутри поры превышает поле в диэлектрике (). Если напряженность электрического поля внутри включения достигнет значения, достаточного для пробоя газового диэлектрика (), то начнется процесс ударной ионизации и возникнет электронная лавина. Предельное значение напряженности, при котором возникает частичный разряд, определяется законом Пашена:

где — давление (атм.), — диаметр сферического включения [5, с. 99].

Исследованиям В. С. Дмитревского доказано, что с увеличением размера пор напряжение ионизации сначала уменьшается, а затем возрастает, поэтому для малых газовых включений следует ожидать увеличение износа изоляции при уменьшении напряжения начала ионизации , а для больших газовых включений — наоборот, при увеличении [4, с. 12]. Если внешнее электрическое поле — переменное, то частичные разряды будут повторяться с определенной частотой.

Рис. 2. Схема замещения изоляционного промежутка с включением

Механизм развития частичных разрядов удобно рассматривать, используя схему замещения (рис. 2) изоляционного промежутка с включением [2, с. 41]. В соответствии со схемой замещения напряженность электрического поля во включении:

где — емкость включения, — емкость изоляции между поверхностью включения и электродом, — толщина газового включения, — толщина изоляции.

3. Характеристики частичных разрядов. Для диагностики частичных разрядов необходимы количественные показатели, анализ которых позволит оценить степень развития дефектов. Наиболее полный перечень характеристик частичных разрядов приведен в работе В. П. Вдовико [2, с. 49–51]. Условно характеристики частичных разрядов можно разделить на три группы: электрические, временные и характеристики распределения.

К электрическим характеристикам следует отнести:

- кажущийся заряд () — абсолютное значение такого заряда, при мгновенном введении которого на электроды испытуемого объекта напряжение между электродами кратковременно изменится так же, как и при частичном разряде;

- средний ток — сумма абсолютных значений кажущихся зарядов, деленная на интервал времени, в течение которого они регистрировались:

;

- мощность — сумма произведений кажущихся зарядов на мгновенные значения воздействующего на изоляцию напряжения, деленная на интервал времени измерения:

;

- напряжения возникновения () и погасания () частичных разрядов — приложенное к изоляции напряжение, при котором впервые появляются и, соответственно, прекращаются повторяющиеся частичные разряды.

Временные характеристики включают:

- регулярность возникновения частичных разрядов () — доля периодов воздействующего напряжения, в которых регистрировались частичные разряды с кажущимся зарядом, равным или превышающим ;

- время появления импульса частичного разряда () — интервал времени от начала отсчета до момента образования частичного разряда в периоде переменного напряжения, воздействующего на изоляцию;

К характеристикам распределения можно отнести:

- распределение значений кажущихся зарядов по фазе воздействующего напряжения () — зависимость величин кажущихся зарядов от фазовых углов их появления в периоде напряжения, воздействующего на изоляцию [2, с. 49–51].

4. Диагностика состояния изоляции при помощи частичных разрядов. На сегодняшний день частичные разряды достаточно широко используются в диагностике изоляционных систем высоковольтного оборудования, разработаны методики оценки состояния изоляции по измеренным характеристикам частичных разрядов.

Традиционный подход к измерению частичных разрядов определен ГОСТ 20074–83 Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов [3]. Однако интерпретация полученных количественных характеристик частичных разрядов с позиции оценки состояния изоляционной системы и прогнозирования возможностей ее дальнейшей эксплуатации не является столь однозначной.

В работе В. П. Вдовико [2], посвященной использованию частичных разрядов в диагностике высоковольтного оборудования, приводится алгоритм анализа диагностических параметров и формирования заключения о возможностях и сроках дальнейшей эксплуатации объекта измерения. В основу анализа положено сравнение полученных при диагностике значений параметров, в частности, кажущегося заряда, с их предельными значениями. Так, для трансформаторов с бумажно-масляной изоляцией при приложенном напряжении ( — наибольшее рабочее напряжение трансформатора) кажущийся разряд не должен превышать 10 пКл. Для маслонаполненных трансформаторов также используется значение опасности частичного разряда. Уровень опасности зависит от величины кажущегося заряда частичного разряда при испытаниях: 100 пКл — допустимый, 1000 пКл — высокий, 10 000 пКл — критический уровень опасности. Сравнение кажущегося заряда с нормированным значением позволяет сделать вывод об общем состоянии изоляции, но не позволяет выявлять локальные дефекты и, тем более, причины их появления и развития.

Комплексная оценка вида частичного разряда может проводиться по результатам хроматографического анализа растворенных в масле газов. По соотношению концентраций четырех основных газов , , и может быть определен вид дефекта, развивающегося в изоляции (таблица 1) [2, с.144].

Диагностирование дефекта изоляции методом хроматографического анализа

Читайте также: