Частичные разряды (ЧР) в бумажно-масляной изоляции: причины, методы борьбы, графики-осцилограммы

Обновлено: 23.04.2024

Проблема образования и развития частичных разрядов (ЧР) в изоляции маслонаполненного оборудования высокого, сверхвысокого и ультравысокого напряжений в условиях его эксплуатации представляет большой интерес как для персонала, эксплуатирующего оборудование, так и для разработчиков оборудования и исследователей электрической изоляции. ЧР представляют большую опасность для изоляции из-за быстрого ее разрушения в локальных зонах и последующего пробоя изоляционных промежутков.

Существующая аварийность трансформаторов тока 330-500 кВ и вводов 110-500 кВ, содержащих бумажно-масляную изоляцию, вследствие образования ЧР в изоляции вызывает потребность детального анализа причин, приводящих к возникновению ЧР и созданию аварийных ситуаций.

Традиционно считается, что в изоляции трансформаторного оборудования, выдержавшего испытания в условиях завода-изготовителя, в том числе на отсутствие ЧР, превышающих нормированный уровень, в условиях эксплуатации ЧР возникают вследствие внесения дефектов в виде металлических и газовых включений, например, из системы охлаждения.

Проводимые на заводах испытания подтверждают качество изготовленного оборудования и соответствие его техническим требованиям.

При этом предполагается, что выполненные испытания отражают те наиболее опасные воздействия, которые могут быть при эксплуатации этого оборудования. В основном все виды испытаний представлены в нормативно-технических документах 1 и в большей степени относятся к электрической изоляции как главному элементу высоковольтного оборудования, определяющему его эксплуатационную надежность.

Представляет интерес рассмотреть более детально влияние эксплуатационных воздействий на образование и развитие локальных дефектов в так называемой «бездефектной» изоляции и выяснить возможность образования в ней ЧР.

На изменение свойств изоляции в условиях эксплуатации существенное влияние могут оказывать увлажнение, температурное воздействие, динамические усилия, окисление, перенапряжения и др.

Электрическая изоляция трансформаторов тока и вводов является композиционной, состоящей из твердого диэлектрика (бумага, электротехнический картон) и жидкого диэлектрика (трансформаторное масло).

Электрическая прочность бумажно-масляной изоляции и масла существенно зависит от таких эксплуатационных факторов, как нагрев и увлажнение (рис. 1-4) (рис. 1-4)

Рис. 1. Зависимость электрической прочности бумаги от степени сушки

Электрическая прочность хорошо высушенной бумажно-масляной изоляции практически не зависит от температуры в диапазоне от -40 °С до +120 °С. Плохо высушенная бумажно-масляная изоляция и даже незначительно увлажненное масло снижают свою электрическую прочность. Фазовый переход содержащейся в масле влаги при снижении температуры в область +10 — -20°С приводит к уменьшению электрической прочности масла более чем в 2 раза.

Рис.2. Зависимость электрической прочности бумажно-масляной изоляции от температуры

В изоляции трансформаторов тока и вводов, имеющих удовлетворительные характеристики, всегда содержатся масляные прослойки или газовые пузырьки. При этом масляные прослойки могут иметь протяженный вид или вид диэлектрических клиньев (рис. 5).

Рис. 3. Зависимость электрической прочности масла от влагосодержания

Рис. 4. Зависимость электрической прочности масла от температуры

Рис. 5. Структура фрагментов бумажно-масляной изоляции

В бумажно-масляной изоляции максимальная толщина масляных прослоек может достигать одной или двойной толщины бумажной ленты. Газовые пузырьки имеют диаметр в диапазоне от десяток до сотен мкм .

Газовые пузырьки диаметром от 1 мм и более являются явным дефектом изоляции и изоляция с такими дефектами не может быть отнесена к изоляции с удовлетворительными характеристиками.

При воздействии рабочего напряжения средняя напряженность электрического поля Еср в рассматриваемых электроизоляционных системах оборудования 220-500 кВ, не имеющих явных технологических дефектов, может находиться в диапазоне от 2 до 4 кВ/мм. Например, в трансформаторах тока ТФРМ-500 Еср составляет 3 кВ/мм. При этом в масляных прослойках и масляных диэлектрических клиньях наибольшая напряженность поля Емакс может достигать значения, равного

где б — относительная диэлектрическая проницаемость бумаги;

ε_м — относительная диэлектрическая проницаемость масла, что составляет Е_макс= 1,7Е_ср или Е_макс= (3,4¸ 6,8) кВ/ мм.

Следовательно, масляные прослойки имеют наибольшую напряженность электрического поля.

Электрическая прочность масляных прослоек Епр1 толщиной до 0,5 мм составляет не менее 20 кВ/мм (сухое масло при температуре плюс 60°С) [12-15 и др.], что значительно больше максимальной напряженности электрического поля во включениях Емакс = (3,4 ? 6,8) кВ/мм и свидетельствует (при хорошем состоянии масла) о достаточности электрической прочности масляных прослоек в рабочем режиме.

Образующееся при перенапряжениях до 2Upa6 повышение напряженности поля Емакс пер в масляных прослойках до 13,6 кВ/мм также не приведет к их пробою, так как при этом максимальная напряженность электрического поля во включениях Емакс пер меньше электрической прочности диэлектрика (масла) во включении, Емакс пер < Епр1 , или 13,6 кВ/мм < 20 кВ/мм.

При этих условиях в изоляции не могут образоваться Ч Р.

Увлажнение изоляции трансформаторного оборудования существующих конструкций является частым явлением в их эксплуатации. В случае незначительного увлажнения масла его электрическая прочность при температуре в диапазоне от минус 30 0 С до плюс 10 0 С может составлять 7,5 - 10 кВ/мм. Такая температура масла может быть при включении оборудования под напряжение после перерывов в эксплуатации в зимних условиях и в оборудовании, не обеспечивающем соответствующего нагрева масла в рабочем режиме, например, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Следовательно, в таком температурном диапазоне при перенапряжениях, равных 2,25 U раб , и Еср = 2 кВ/мм или при перенапряжениях, равных 1,15 U раб , и Еср = 4 кВ/мм прослойки увлажненного масла могут пробиваться, так как электрическая прочность масляных прослоек будет меньше воздействующей напряженности поля, Емакс . пер. > Епр 1 , что приведет к образованию ЧР.

Таким образом, перенапряжения при определенном тепловом состоянии и увлажнении масла могут играть определяющую роль в образовании разрядных явлений в бумажно-масляной изоляции.

Рассмотрим более подробно влияние условий, которые могут приводить к образованию ЧР.

Возникновение ЧР приводит к термическому разрушению диэлектриков в зоне ЧР и образова нию газовой фазы, замещающей масло. Образование газовых включений в виде пузырьков или полостей и приводит к созданию в них напряженности поля, равной Евкл = 1,3 ЕСР — для включения сферической формы и Евкл = бЕСР — для протя женных газовых полостей.

В этих случаях при воздействии рабочей напряженности поля в газовых включениях напряженность поля будет равна Евкл = (2,6 — 16,4) кВ/мм.

Электрическая прочность газовых промежутков толщиной 120-240 мкм воздуха от толщины промежутка может быть меньше 16,4 кВ/мм при атмосферном давлении (рис. 6) и в них могут развиваться ЧР.

Следовательно, при образовании в результате перенапряжений протяженных газовых полостей в композиционной изоляции в них уже при рабочем напряжении могут развиваться ЧР. Процесс ЧР в газовых полостях может сохраняться длительное время за счет постоянного образования газа поля во включениях Емакс = (3,4 или прекратиться в случае растворения газа в масле и исключения в таком случае условий для образования и развития ЧР.

Постоянное газообразование в результате разрушения жидкого или твердого диэлектриков ЧР может приводить к устойчивости процесса ЧР, а интенсивное газопоглощение и растворение газовых включений в масле — к затуханию ЧР. К затуханию процесса ЧР может приводить и образование повышенного давления в газовых включениях, находящихся в замкнутом объеме изоляции. Известно, что электрическая проч ность газа увеличивается с ростом давления (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость электрической прочности воздушных промежутков от давления

В связи с этим по мере снижения давления в газовых полостях и достижения электрической прочности газа значения напряженности во включении процесс ЧР может возобновиться. Возобновлению процесса ЧР может способствовать также и последующее образование перенапряжений. Таким образом, процесс ЧР во времени может носить прерывистый характер.

Исследования частичных разрядов в режиме мониторинга показали, что процесс ЧР в изоляции трансформаторного оборудования, в том числе в силовых трансформаторах 220-500 кВ, измерительных трансформаторах тока 500 кВ, шунтирующих реакторах 500 кВ и вводов.

110-500 кВ, имеет прерывистый характер (рис. 7). Так, например, в блочных трансформаторах ОДЦГ-210 000/ 500, находившихся в эксплуатации более 32 лет, характер прерывистости процесса ЧР и изменения интенсивности имеют различный вид.

Обращают на себя внимание результаты регистрации ЧР в трансформаторе фазы С : в этом трансформаторе интенсивность процесса ЧР значительно ниже, чем в других трансформаторах. Следовательно, среди трансформаторов, превысивших гарантийный срок эксплуатации 25 лет, могут находиться трансформаторы, электрическая изоляция которых по характеристикам ЧР имеет удовлетворительное состояние.

Перенапряжения в высоковольтном оборудовании ОРУ ПС могут образоваться как в результате внешних воздействий (грозовые явления, короткие замыкания за пределами ОРУ и др.), так и в результате штатных коммутаций в схеме ОРУ.

В частности, коммутации разъединителями в ячейках ОРУ могут приводить также к высоким перенапряжениям.

Аналитические и экспериментальные исследования перенапряжений в ячейках ОРУ 500 кВ показали, что при коммутации разъединителями на шинах ОРУ могут возникать высокочастотные перенапряжения, достигающие и превышающие 2Upa6 и имеющие частоту собственных колебаний 0,7- 2,5 МГц. При этом перенапряжения в ОРУ зависят от схемного и конструктивного исполнения и могут иметь локальный характер.

Экспериментальные исследования изменения интенсивности ЧР в изоляции трансформаторов тока 500 кВ после коммутации разъединителями и образования перенапряжений свидетельствовали о росте кажущегося заряда ЧР.

В пяти из девяти трансформаторов тока, подвергавшихся воздействию перенапряжений, наблюдался рост кажущегося заряда ЧР. В остальных четырех трансформаторах тока таких измене ний не было обнаружено.

Известно, что электрическая прочность органических диэлектриков существенно снижается по мере роста частоты воздействующего на изоляцию высокого напряжения. Следовательно, высокочастотные перенапряжения создают более благоприятные условия для образования ЧР.

Из изложенного выше следует, что при эксплуатации трансформаторного оборудования могут образовываться реальные условия возникновения перенапряжений даже при штатных коммутациях оборудования.

В результате действия перенапряжения в масляных прослойках могут образоваться ЧР, которые в свою очередь образуют газовые включения и в них могут развиваться ЧР уже при воздействии рабочего напряжения после окончания процесса перенапряжения.

Определенный интерес представляют результаты мониторинга ЧР в изоляции трансформаторов тока 500 кВ.

При мониторинге ЧР в большой группе трансформаторов тока производились штатные переключения в отдельных ячейках ОРУ, содержащих трансформаторы тока. После включения трансформаторов тока под напряжение производилось измерение ЧР, характеристики которых сопоставлялись с характеристиками, соответствующих периоду до коммутации.

На рис. 8 выборочно представлены результаты измерения ЧР в трех трансформаторах тока в течение 100 сут .

Рис. 8. Результаты мониторинга ЧР в трансформаторах тока ТФРМ-500. В качестве характери стики ЧР использовался кажущийся заряд

Периодичность измерения ЧР составляла 1-8 час. В зависимости от интенсивности ЧР периодичность измерения ЧР изменялась; при высокой интенсивности ЧР периодичность (частота) измерения увеличивалась. В качестве контролируемой характеристики принималось максимальное значение кажущегося заряда ЧР, имеющих регулярность R*, равную 0,5 (* — регулярность процесса ЧР R представляет собой отношение числа периодов напряжения, в которых возникают ЧР определенного кажущегося заряда q , к общему числу периодов напряжения при регист рации ЧР).

В рассмотренных случаях после коммутаций в трансформаторах тока наблюдался значительный рост интенсивности ЧР (кажущегося заряда). При этом период затухания ЧР (снижение их интенсивности) в рассмотренных трех объектах отличается существенно: от 2 до 80 сут .

Таким образом, достаточно простой анализ структуры трансформаторной изоляции и физиче ских процессов в этой изоляции при эксплуатаци онных воздействиях показывает, что в оборудовании, не имеющем опасных ЧР в рабочем режиме, при определенных условиях одновременного воздействия температуры, увлажнения и перена пряжения могут образовываться ЧР достаточно высокой интенсивности, создающие опасность для изоляции.

Если обратиться к 7, то можно отметить, что нормируемые методы испытания, в том числе и при испытаниях с измерением ЧР, не полностью содержат воздействия, отражающие эксплуатационные, которые могут приводить к образованию и развитию ЧР.

Так, например, не предусматривается обязатель ность проведения испытаний с измерением ЧР при температуре изоляции в диапазоне от минус 20 СС до плюс 10°С , а также одновременное измерение ЧР непосредственно при испытании высокочастотными колебательными импульсами, грозовыми и коммутационными импульсами или измерения ЧР при воз действии переменного напряжения промышленной частоты с наложением высокочастотных колебатель ных импульсов. Следовательно, оценка качества изоляции без проведения подобных испытаний не является полной и достоверной: отсутствие ЧР, имеющих уровень интенсивности выше нормированного при испытаниях по методике [1-5 и 9-11], не является основанием для заключения об отсутствии воз можности образования опасных ЧР при эксплуатационных условиях.

Результаты выполненных исследований и опыт эксплуатации маслонаполненного высоковольтного оборудования позволяют более детально представлять процессы образования и развития ЧР в изоляции и необходимость уточнения требований к методике испытания вводимого в эксплуатацию оборудования в части воздействия на его изоляцию перенапряжений в условиях низких температур с одновременной реги страцией ЧР.

Частичный разряд (ЧР) - это искровой разряд очень маленькой мощности, который образуется внутри изоляции, или на ее поверхности, в оборудовании среднего и высокого классов напряжения. С течением времени, периодически повторяющиеся частичные разряды, разрушает изоляцию, приводя в конечном итоге к ее пробою. Обычно разрушение изоляции под действием частичных разрядов происходит в течение многих месяцев, и даже лет. Таким образом, регистрация частичных разрядов, оценка их мощности и повторяемости, а также локализация места их возникновения, позволяет своевременно выявить развивающиеся повреждения изоляции и принять необходимые меры для их устранения.

Основные термины

Определим основные термины и интегральные параметры, описывающие частичные разряды в высоковольтном оборудовании.

Все имеющиеся в мире стандарты по ЧР определяют некоторый набор "интегральных" величин, которые могут рассчитываться или непосредственно измеряться при тесте состояния изоляции. Стандарты разных стран могут различаться в деталях, но, в основных понятиях они совпадают. В Европе используется стандарт IEC-270. Расчетные параметры, получаемые в приборе R2200, ориентированы на американский стандарт, потому, что прибор создавался для совместной продажи на рынках России и Америки. В России тоже ведутся разработки своего стандарта по ЧР, однако в настоящее время он еще не завершен.

Исторически важной характеристикой является "максимальный измеренный заряд". Почти все изготовители высоковольтного оборудования до сих пор пользуются этой величиной (если вообще чем-то пользуются) на приемных испытаниях. Конечно, понятно, что нужно измерять, что-то статистически достоверное. В старых приборах статистика задается временем усреднения, а в современных приборах это решается удалением из рассмотрения случайных одиночных выбросов. Например, в определении американского стандарта это звучит так: "амплитуда наибольшего повторяющегося разряда при наблюдении постоянных разрядов". Следовательно, этот термин не предусматривает анализ отдельных выбросов. Чтобы сделать это определение более конкретным, ограничимся учетом только тех ЧР, которые повторяются не менее 10 раз за секунду. В нашем случае, при частоте питающей сети в 50 герц, мы получаем, что один импульс должен быть не реже, чем за 5 периодов сети. Для удобства пользования этот термин будем брать в следующей формулировке: импульс ЧР будем считать периодически повторяющимся, если частота его следования составит 0,2 импульса на один период питающей сети. Далее в тексте параметр будет отражаться как Qmax. Будем делать это одинаково для любой частоты сети, 50 и 60 герц.

Ценность этого параметра достаточно высока. Многие методы диагностики базируются на нем, хотя как отдельно взятый параметр - он скорее плохой, чем хороший, по крайней мере, при постоянном мониторинге под рабочим напряжением. Мы имеем много оборудования, где большие (по амплитуде) ЧР живут успешно годами, а малые, но с большой частотой повторения - означают реальную проблему.

Как посчитать потери вызванные ЧР. Это можно сделать достаточно просто, физически. При каждом импульсе ЧР мы дополнительно впрыскиваем из источника испытательного напряжения в контролируемый объект "кажущийся" заряд. Заряд инжектируется мгновенно и связан с конкретным напряжением питающей сети. Значит энергия, которая дополнительно вводится в оборудование из-за единичного ЧР, равна заряду, умноженному на мгновенное напряжение на объекте. Далее нужно просуммировать все импульсы и получить полную энергию ЧР. Если полную энергию поделить на время суммирования, то получим мощность ЧР. Этот параметр называется "потери энергии на частичные разряды".

Формула частичного разряда:

P - мощность разрядов, W,

T - время наблюдения, сек,

Qi*Vi - энергия i-го импульса

Основные параметры единичного частичного разряда

Базируясь на фазовом распределении импульсов ЧР, можно рассчитать мгновенное значение приложенного напряжения, конечно, если фазовая привязка импульсов выполнена правильно и достоверно рассчитана мощность. Однако не все приборы регистрируют фазовое распределение импульсов. А если эта функция в них реализована, то используемый датчик ЧР регистрирует импульсы с двух или даже трех фаз объекта. Какое напряжение следует брать в таком случае, с какой фазы? Для решения этого вопроса американский стандарт по ЧР предлагает использовать еще один диагностический параметр, который чаще всего называют PDI - "Partial Discharge Intensity". В этой величине вместо мгновенного напряжения в момент прохождения импульса ЧР берется его действующее значение, то есть одинаковое напряжение для всех импульсов, а не персональное для каждого. Проводя сравнительные расчеты можно убедиться, что различие параметров, рассчитанных в первом и во втором случаях, лежит в пределах 20 %. Этого вполне достаточно, чтобы корректно оценить уровень и строить тренд. Параметр PDI является одним из основных, используемых для оценки интенсивности ЧР в контролируемом объекте.

Очень важными являются еще два параметра единичного частичного разряда, которыми оперируют практически все разработчики диагностического оборудования и практические пользователи этого оборудования. Это частота и длительность импульса частичного разряда. Определим смысл этих параметров при помощи рисунка.

Что принять в данном случае за частоту импульса частичного разряда, начало, середину, или окончание импульса? Очевидно, что эти параметры могут различаться многократно, в несколько раз, что хорошо иллюстрирует приведенный рисунок.

Необходимо кратко пояснить физическую картину данного процесса. Первоначально импульс частичного разряда возникает непосредственно в зоне дефекта. Далее импульс распространяется, электромагнитным или электрическим способом, в окружающий объем, который также имеет свои электромагнитные свойства, отличные от свойств зоны дефекта. Различие свойств этой окружающей зоны приводит к появлению в регистрируемом сигнале колебаний с другой резонансной частотой. В конечном итоге импульс может затухнуть на еще большем удалении от места возникновения, например, это может произойти уже в элементах конструкции оборудования. Частотные свойства этих сред также имеют свои резонансные свойства, причем, что самое важное, с частотными свойствами зоны дефекта они никак не связаны.

Мы приходим к выводу, что непосредственно к частоте импульса частичного разряда в зоне дефекта имеет отношение только его передний фронт, который в наибольшей мере соответствует частотным свойствам разряда. Все остальное в сигнале относится к электромагнитным свойствам среды вокруг зоны дефекта. Чем больше времени прошло с момента возникновения импульса, тем больший объем вокруг дефекта вовлечен в процесс колебаний, тем больше частот может быть «замешено» в сигнале.

Истинная частота импульса частичного разряда максимально достоверно может быть определена только параметрами переднего фронта импульса, что полностью соответствует использованию математического выражения:

F = 1 / 4*T

Согласно этому выражению, величину «длительности одного периода импульса частичного разряда» можно определить как длительность переднего фронта импульса, умноженная на четыре. Данное определение не нужно путать с другим параметром, называемым «длительностью импульса частичного разряда». Этот параметр мы определим иначе.

Общая «длительность импульса частичного разряда». С расчетом этого параметра импульса частичного разряда дело обстоит существенно проще. Для этого необходимо только принять решение о моменте времени, который следует считать окончанием импульса частичного разряда. Дело в том, при медленном затухании импульса в определении этого параметра может быть большой произвол.

Самое простое решение - импульс частичного разряда можно считать завершившимся в тот момент времени, когда его амплитуда станет меньше значения в 10% от максимальной амплитуды данного сигнала. Ограничение в 10% является условным, это может быть и 5%, но именно 10% наиболее просто использовать на практике. При меньших значениях этого параметра окончание процесса труднее определить, так как он теряется в шуме.

Таким образом, каждый импульс частичного разряда характеризуется тремя параметрами:

• «Q» - величина кажущегося заряда, количественно пропорциональная максимальной амплитуде импульса.
• «F» - частота импульса частичного разряда, количественно обратно пропорциональная длительности первого фронта импульса, умноженной на четыре.
• «T» - длительность импульса частичного разряда, определенная по уровню 10% от максимального значения импульса.

Причины возникновения частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования

Появление частичных разрядов - начальная стадия развития большинства дефектов в высоковольтной изоляции. Возникшие частичные разряды со временем перерастают в искровые и дуговые разряды, приводящие к авариям.

Обычно частичные разряды возникают в полостях и зонах изоляции, имеющих дефекты - посторонние вкрапления, газовые пузырьки, зоны увлажнения.

При росте напряжения на участке дефекта возникает один или несколько частичных разрядов, приводящих к перераспределению потенциалов внутри объема изоляции.

Если дефект располагается ближе к внешней поверхности изоляции, к более высокому потенциалу, то частичных разрядов будет больше на положительной полуволне питающего напряжения, и меньше на отрицательной.

Если дефект располагается ближе к «земляному» потенциалу, то наооборот, разрядов будет больше на отрицательной полуволне питающего напряжения.

Это статья взята из книги Русова В.А. "Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования"

Ежегодно мировая экономика теряет миллиарды долларов из-за повреждений линий электропередач. По статистики агентства MPDI, каждая вторая авария на энергосетях происходит по вине повреждений изоляции. В большинстве случаев виной тому физическое старение оболочек или производственный брак. Но существует и более коварная причина - частичный разряд. Этому явлению посвящена данная статья.

• Что такое частичные разряды?
• Параметры частичного разряда
• Методы обнаружения частичных разрядов
• Системы диагностики частичных разрядов
• Датчики частичных разрядов на основе высокочастотных трансформаторов (HFCT)
• Датчики частичных разрядов на основе конденсаторов связи (HVCC)
• Датчики ЧР переходного напряжения заземления (TEV)
• Акустические датчики (АА)
• Применение приборов для регистрации частичных разрядов
  • Метод двустороннего тестирования для анализа кабельных линий
  • Постоянный мониторинг трансформаторов с помощью HVCC-датчиков
  • Применение HFCT-датчиков для проверки электродвигателей
  • Применение оборудования для длительного мониторинга системы
  • Комплексное исследование распределительного щита высокого напряжения

  Что такое частичные разряды?

  Частичным разрядом (ЧР) называют кратковременный разряд сверхмалой мощности, возникающий внутри или на поверхности изоляции высоковольтных кабелей. Также частичный разряд может возникать и на корпусах энергоустановок высокого или среднего классов напряжений.

  
  

  Снимок электрического разряда в твердом теле

  Одиночный ЧР не влечёт за собой особой опасности - это краткое событие, неспособное навредить кабелю. Но, возникая на регулярной основе, такие разряды приводят к разрушению изоляции, и как следствие, к короткому замыканию.

  В результате ЧР наблюдаются следующие явления:

  • Появление импульсного тока;
  • Электромагнитное излучение в окружающую среду;
  • Световое излучение;
  • Распад изоляции и появление трещин в ней.

  Чаще всего частичные разряды наблюдаются в местах неоднородности изоляции. Вкрапления шлаков и примесей, воздушные пустоты или капельки жидкости - всё это места повышенной опасности возникновения ЧР. А с учётом того, что подобные разряды провоцируют повреждения в кабельной линии, то чем хуже состояние линии, то тем чаще на участке возникают частичные разряды.

  
  

  Повреждения обмотки генератора после воздействия частичных разрядов

  Наибольший вред ЧР приносят магистральным кабельным линиям большой мощности. Помимо большей частоты возникновения частичных разрядов, и, как следствие, большей нагрузки на подключенные энергосистемы, повреждения на подобных объектах приводят к большим экономическим потерям.

  Параметры частичного разряда

  Основным термином в определении ЧР с точки зрения международных стандартов является «кажущийся заряд». Таковым считают заряд, который необходимо внести в систему, для восстановления равновесия после импульса ЧР. При этом «кажущийся» он потому, что параметры реального заряда неизвестны и определяются на основе измерений точной аппаратурой.

  Кроме того, стоит учитывать, что измерительная аппаратура не измеряет каждый ЧР по отдельности, а оперирует суммарным зарядом, протекающим в единицу времени. Такой заряд является суммой всех разрядов, произошедших в течении измеряемого периода.

  Кстати о потерях. Суммарная мощность от потерь при ЧР определяется по следующей формуле:

  • P - суммарная мощность разрядов;
  • T - период наблюдения;
  • Qi*Vi - энергия разряда.

  Кроме того, существуют еще две важных характеристики ЧР - частота и длительность импульса разряда. Первая определяется как средняя частота максимального разряда в системе. Ключевое слово здесь «максимального». Именно первый разряд наносит наибольший ущерб изоляции

  Что касается длительности,то здесь началом отсчёта берется начало максимального разряда, а концом - момент времени, при котором величина заряда составит 10% от максимального значения.

  Методы обнаружения частичных разрядов

  Выделяют следующие методы обнаружения и измерения частичных разрядов:

  • Оптические методы. Данные методы основаны на фиксации оптических проявлений ЧР. Различают 2 основных варианта данной методики. Первая основана на фиксации вспышек, характерных для частичных разрядов. Вторая отслеживает изменения оптического потока.
  • Акустические методы. В основе этой группы методов лежит поиск и измерение характерных ультразвуковых колебаний, вызванных ЧР. Подобный звук имеет слишком высокую частоту, чтобы быть услышанным человеком. Но специальная аппаратура может не только уловить его, но также определить место его возникновения и силу разряда.
  • Радиоволновые методы. Данная методика основана на выявлении радиопомех, вызванных ЧР. Таким образом, место наибольшей концентрации помех окажется местом возникновения ЧР.
  • Электрические методы обнаружения частичных разрядов основываются на измерении импульсов тока в системе. В простейшем случае детектор подключается к цепи заземления. И как только к цепи появляются токи, отличные от фоновых, их регистрирует детектор.

  В каждом методе обнаружения ЧР используются разнообразные датчики, использующие принцип преобразования электромагнитных и акустических колебаний в определенном диапазоне частот: низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные.

  Низкочастотные датчики работают в диапазоне 20-700kHz. Наибольшее распространение получили модели, работающие на частотах до 500kHz. Такие датчики чаще используют акустические методы обнаружения разрядов и монтируются на стартерах энергомашин.

  
  

  Различные виды датчиков для обнаружения ЧР. Крайний слева - радиоволновой датчик, в центре - разные виды электрических датчиков. Крайний справа - акустический датчик

  Диапазон от 500kHz до 75-80MHz считается «высокочастотным». Здесь применяют датчики на основе трансформаторов высокой частоты (HFCT). Чаще всего они устанавливаются непосредственно на цепи заземления. Кроме того, в высокочастотном диапазоне работают и конденсаторные датчики. Такие устройства могут встраиваться непосредственно в токоведущую цепь.

  Последний диапазон, частоты которого лежат в пределах от 100-3000 MHz представлен различными радиоволновыми и оптическими детекторами. Такие устройства достаточно точны, но обладают относительно небольшим радиусом действия.

  Выбор типа и метода измерения чаще всего обусловлен параметрами электроустановки и решаемой задачей. Например, датчики ультравысоких частот хороши для обнаружения ЧР на небольших расстояниях. К тому же они очень компактны и могут размещаться внутри энергоустановок, таких как статор электродвигателя. УВЧ-датчики почти не подвержены влиянию помех. НЧ- и ВЧ-датчики отличаются большим радиусом действия, что делает их идеальными для наблюдения и проверки линий электропередач. А простота конструкции снижает цену, что делает их применение экономически обоснованным.

  Приборы для регистрации частичных разрядов

  Рассмотрим типы датчиков частичных разрядов на примере оборудования компании HVPD. Эта британская компания специализируется на производстве инструментов для обнаружения ЧР. Портфель её решений в основном состоит из устройств на базе электрических и акустических методов регистрации ЧР.

  Большинство решений компании представляют собой системы онлайн-мониторинга. Они просты в обращении и позволяют проводить замеры на различных видах энергоустановок, включая кабельные линии, трансформаторы, генераторы и другие элементы энергосетей.

  
  

  Оборудование компании HVPD

  Ключевой особенностью онлайн-мониторинга является возможность проводить измерения без остановки работы электрооборудования или кабельных линий. Таким образом снижаются расходы и возможные потери от простоя объектов. Кроме того, онлайн-тестирование может происходить в постоянном режиме, что позволит предупредить возникновение внештатных ситуаций из-за повреждений от частичных разрядов.

  В оборудовании компании HVPD используются датчики различного типа, в том числе на основе высокочастотных трансформаторов и высоковольтных конденсаторов связи. Все эти устройства совместимы с приборами для локализации и измерения ЧР.

  Системы диагностики частичных разрядов

  Линейка продуктов компании HVPD хорошо сбалансирована. Каждое предложенное устройство имеет свою нишу для применения, а все вместе они могут удовлетворить потребности как ремонтных подразделений, так и эксплуатирующих компаний регионального и федерального уровня.

  Наиболее известным продуктом компании HVPD является переносная система диагностики частичных разрядов Longshot. Это универсальный прибор, одинаково хорошо справляющийся с контролем частичных разрядов как в обесточенных, так и в активных установках. Система самодостаточна и включает встроенный компьютер для обработки и хранения результатов. Впечатляет и список проверяемых устройств. Longshot может работать с трансформаторами, электродвигателями, кабельными линиями и генераторами переменного тока. При этом система отличается солидным частотным диапазоном (до 200МГц), что даёт возможность взаимодействовать с различными типами датчиков.

  
  

  HVPD LongShot - наиболее известный прибор компании

  Система позволяет за 5-10 минут получить представление о состоянии изоляции исследуемого объекта, но вместе с тем, способна провести и краткосрочный онлайн мониторинг в течение 48 часов. Во многих случаях этого вполне достаточно для оперативного анализа система, а также для определения мест потенциальных пробоев изоляции. Если же требуется постоянный мониторниг ЧР, то для этого существует другое решение HVPD, а именно, система мониторинга Kronos.

  HVPD Kronos - это универсальная система мониторинга частичных разрядов работающая в режиме онлайн. В отличие от Longshot, Kronos применяется для постоянного наблюдения за установками. Система оснащена 24 входами и при этом синхронная запись сигналов осуществляется сразу по 6-ти каналам. Например, можно подключить до 4-х установок к одному блоку мониторинга (при условии оснащении каждой установки 6-ю датчиками). Или, например, оснастив каждую ячейку 3 датчиками HFCT (по 1 на каждую фазу), можно мониторить до 8 ячеек одновременно. Выбор количества, типа и способа установки датчиков выбирается исходя из особенностей электроустановки.

  
  

  Установка для мониторинга ЧР HVPD Kronos

  Немаловажной особенностью системы Kronos является связь с сервером мониторинга частичного разряда. Сервер хранит защищенную базу данных предыдущих измерений, позволяя обращаться к ним для сравнения и дальнейшего анализа. А применение продвинутых алгоритмов аналитики позволит предугадать место будущей неполадки задолго до её появления.

  Существует и переносная версия HVPD Kronos - модель Spot Tester. Этот прибор пришел на замену прибору предыдущего поколения Longshot. К её достоинствам можно отнести большую точность определения характеристик частичных разрядов за счёт встроенных фильтров и большее количество каналов для мониторинга. У Kronos Spot Tester имеется 6 синхронных каналов, когда у Longshot их только 4. Кроме того, сама система поставляется ударопрочном корпусе, позволяющем работать в тяжелых условиях. Так же огромным плюсом Kronos Spot Tester является наличие емкой встроенной аккумуляторной батареи, которая обеспечивает автономную работу прибора в течение всего рабочего дня без подзараядки. Эта функция помогает в полевых условиях и ускоряет выполнение замера, а так же сокращает количество проводов.

  
  

  Портативная модификация HVPD Kronos

  Если у вас на счету каждый грамм и требуется диагностика большого количества ячеек распред устройства, то подойдет прибор для быстрой предварительной диагностики - PDS Insight 2.

  Портативный прибор для PDS Insight 2 - это максимально компактный инструмент для проведения инспекционных проверок, охраняющий большую часть функционала уровня Longshot. Габариты прибора позволяют управляться с ним одной рукой. При этом устройство совместимо со всеми типами датчиков HVPD, в том числе акустическими.

  
  

  Портативный инструмент HVPD PDS Insight 2

  PDS Insight 2 позволяет измерять частичные разряды в кабельных линиях, а также энергоустановок среднего и высокого напряжения. Еще одним преимуществом устройства является возможность синхронизации через Bluetooth с Android-приложением OLPD Manager.

  Все перечисленные устройства поддерживают широкий спектр доступных датчиков. Рассмотрим их поподробнее.

  Датчики частичных разрядов на основе высокочастотных трансформаторов (HFCT)

  Работа датчиков такого рода основана на явлении электромагнитной индукции. Частичный разряд вызывает в линии импульс тока. Похожий импульсвозникает и в изолирующем экране. Высокочастотный трансформатор (HFCT-датчика) улавливает эти импульсы и передаёт их параметры на измеритель частичного разряда.

  Читайте также:

    
  • Какой блендер лучше выбрать для дома: стационарный или погружной, критерии выбора и обзор моделей
    
  • Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем: определение, назначение, требования к РЗА
    
  • Что такое коробка уравнивания потенциалов и как ее используют. Зачем нужно выравнивание потенциалов