Частичный разряд: Частичные разряды в изоляции высоковольтного оборудования

Частичные разряды в изоляции высоковольтного оборудования

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.

Все стандарты по ЧР базируются на понятии «кажущийся заряд«. Под «кажущимся» зарядом понимают такой заряд, который необходимо дополнительно и мгновенно «впрыснуть» в контролируемое оборудование, чтобы восстановить равновесие, нарушенное возникновением импульса ЧР. В этом определении очень важно то, что мы не знаем параметры реального заряда, например, внутри газового включения, а измеряем (замеряем) реакцию контролируемого высоковольтного объекта схемы на возникший ЧР. Заряд потому и назван «кажущимся», так как мы не знаем истинного значения реального ЧР. Измеряется кажущийся заряд ЧР в пКл (пикоКулонах). Если сложить все заряды, зарегистрированные в оборудовании за одну секунду, то получится ток ЧР – это ток, который протекает в цепи, контролируемой датчиком, дополнительно за счет возникновения ЧР. В среднем этот ток является чисто активным и характеризует потери в изоляции из-за возникновения ЧР.

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:

где:

P – мощность разрядов, W,

T – время наблюдения, сек,

m –число зарегистрированных импульсов за время T, и

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.

Частота импульса частичного разряда. Несмотря на кажущуюся физическую простоту этого параметра, применительно к теории частичных разрядов он может иметь вариации. На рисунке видно, что первый фронт зарегистрированного импульса достаточно крутой, но уже после первого максимума сигнал «спадает» по более пологой кривой, которая постоянно меняет свою форму. В самом же конце импульса мы имеем затухающие колебания с более высокой частотой.

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»

Похожие материалы:

 

Частичные разряды в диагностике изоляционных систем высоковольтного оборудования

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;

—          частота повторения импульсов () — число импульсов, зарегистрированных в определенном временном интервале, деленное на интервал времени измерения.

К характеристикам распределения можно отнести:

—          распределение количества импульсов по значениям кажущихся зарядов () — зависимость количества частичных разрядов, зарегистрированных за время проведения измерений, от величины кажущегося заряда;

—          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].

Таблица 1

Диагностирование дефекта изоляции методом хроматографического анализа

Концентрации газов			Прогнозируемый дефект
<0,1	0,1–1		Нормальное старение
<0,1	<0,1		Частичные разряды с низкой плотностью энергии
0,1–0,3	<0,1		Частичные разряды с высокой плотностью энергии
>0,1	0,1–1	1–3	Разряды малой мощности
0,1–3	0,1–1		Разряды большой мощности

Работа Р. Ван Бранта [1] посвящена рассмотрению общих механизмов протекания физических и химических процессов в газе при частичном разряде, а также затрагивает вопросы старения изоляции под действием частичных разрядов. Изменения диэлектрического материала происходят под воздействием быстрых электронов лавины с энергией более 10 эВ, в месте действия частичного разряда материал разрушается и исчезает. Однако автор отмечает, что до настоящего времени химические процессы, сопровождающие частичные разряды, остаются недостаточно исследованными, поэтому наиболее перспективными являются методы компьютерного моделирования развития частичных разрядов с учетом изменений химического состава диэлектрика.

В работе Ф. Р. Исмагилова и Д. В. Максудова [4] представлена математическая модель протекания частичного разряда в газовом включении, в рамках которой определена зависимость между интенсивностью частичных разрядов и размерами газовых включений в диэлектрике. Экспериментально доказано — спад интенсивности частичных разрядов является свидетельством того, что размеры газовых включений соизмеримы с толщиной диэлектрика, что свидетельствует о переходе диэлектрика в предпробойную стадию.

5. Вывод. Частичные разряды в газовых включениях являются одной из причин электрического старения и разрушения изоляционных систем высоковольтного оборудования. На сегодняшний день общие закономерности протекания частичных разрядов изучены достаточно полно, интерес для исследования представляют механизмы протекания частичных разрядов в различных условиях, в частности, химические процессы в стареющей изоляции. Количественные характеристики частичных разрядов, определенные в ГОСТ 20074–83, позволяют оценить общее состояние изоляционной системы, перспективным является исследование возможностей выявления локальных дефектов, скрытых в изоляции.

Литература:

1.       Ван Брант Р. Физика и химия частичных разрядов и короны: последние достижения и будущие последствия. — Уайтхедовские чтения. — 1994. — http://sibdiag.ru.

2.       Вдовико В. П. Частичные разряды в диагностировании высоковольтного оборудования. — Новосибирск: Наука, 2007.

3.       ГОСТ 20074–83 Электрооборудование и электроустановки.

4.       Метод измерения характеристик частичных разрядов.

5.       Дмитревский В. С. О минимуме напряжения начала ионизации в газовом включении. — Известия томского политехнического института. — Т. 204. — 1971. — С.9–13.

6.       Исмагилов Ф. Р., Максудов Д. В. Математическое моделирование развития частичных разрядов в процессе старения диэлектрика. — Вестник УГАТУ. — № 3. — 2011. — С.98–100.

7.       Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм: Учеб. пособие. — М.: Высшая школа, 1983. — С. 148–152

Основные термины (генерируются автоматически): частичный разряд, разряд, кажущийся заряд, газовое включение, высоковольтное оборудование, электрическое поле, включение, изоляционная система, схема замещения, внешнее электрическое поле.

Испытание частичным разрядом (испытание частичным разрядом)

Испытание частичным разрядом, также известное как испытание частичным разрядом, проводится для оценки состояния электрической изоляции. ЧР лучше всего описывается как отказ части изоляционной системы выдерживать приложенное к ней электрическое поле. Это может быть результатом плохой конструкции, плохого качества изготовления, дефектных материалов, загрязнения или старения. На протяжении десятилетий было признано, что испытания на частичные разряды являются отличным методом определения состояния электрооборудования.

Доказано, что онлайновые неинвазивные и неразрушающие методы мониторинга и обследования обеспечивают необходимый уровень детализации для оценки состояния, не влияя на работу системы. Мы обсудим это далее в этой статье.

В настоящее время существуют методы тестирования активов от 3 кВ до 700 кВ и выше. Распределительные устройства и шины в металлической оболочке, распределительные устройства и шины GIS, оборудование с воздушной изоляцией (изоляторы, разрядники, вводы и т. д.), а также кабели с бумажной изоляцией и экструдированные кабели могут быть протестированы в режиме онлайн без отключения.

Прежде чем мы обсудим тестирование частичного разряда, давайте посмотрим и послушаем (включите звук) частичный разряд в этом коротком видео. Затем мы рассмотрим определение и тестирование PD.

5-минутное видео с примерами частичного разряда
(включите звук. открывается на другой вкладке)

Частичный разряд — это пробой части изоляционной системы из-за локализованного электрического поля, превышающего диэлектрическую устойчивость этой часть, где общая система изоляции остается способной выдерживать приложенное электрическое поле.

Одним из последствий этого перекрытия является высокочастотный импульс тока, который проходит через емкость изоляции (C1 и C3). Этот импульс тока имеет низкую энергию из-за его короткой (микросекундной) продолжительности, но он может негативно повлиять на изоляцию и в конечном итоге вызвать катастрофический отказ.

Какие продукты частичного разряда?

Пробой изоляции частичным разрядом производит: Свет, Тепло, Запах, Звук, Электромагнитные волны и ВЧ электрический ток.

Где может произойти частичный разряд?

— Любая изоляция (воздушная, масляная, твердая, ГИС)
— Широкий диапазон напряжений (от 3 кВ до 769 кВ и выше)
— Внутренние и наружные распределительные устройства в металлической оболочке
— Внутренние и наружные изоляторы
— Трансформаторные кабельные коробки
— МВ / Кабели высокого напряжения
— Трансформаторы
— SF6 GIS / Маслонаполненные / с воздушной изоляцией

Какие существуют типы частичного разряда?

— Поверхностный частичный разряд Разряд, возникающий на поверхности изоляции, является наиболее распространенной формой частичного разряда. На поверхностный частичный разряд влияют соленый воздух и влажность.
— Внутренние разряды частичного разряда, возникающие в дефектах, пустотах или полостях твердой изоляции.
-Коронные разряды, возникающие в газообразных диэлектриках в присутствии неоднородных полей. Частичный коронный разряд из проводника прямо в воздух и чаще всего встречается в наружных электрических объектах.

Какие методы онлайн-тестирования частичных разрядов доступны?

При обнаружении частичных разрядов в распределительных устройствах СН/ВН, шинопроводах, кабелях и т. д. гораздо проще, если мы можем делать это в режиме реального времени, не мешая электроснабжению. Наиболее практичные способы связаны с обнаружением различных частотных сигналов. Использование комбинации датчиков позволяет легко идентифицировать различные типы ЧР.

— Ультразвуковые методы особенно эффективны при обнаружении поверхностных и коронных частичных разрядов. Акустическая эмиссия от активности частичных разрядов обычно имеет частоту, слишком высокую для человеческого уха, то есть ультразвуковую. По мере ухудшения ЧР частота иногда снижается до слышимого диапазона. Использование бортового ультразвукового микрофона является наиболее чувствительным способом обнаружения частичного разряда, когда между источником и микрофоном имеется воздушный канал. Контактные ультразвуковые датчики могут быть использованы для герметичных камер.

-PD генерирует переходные напряжения заземления (TEV) – высокочастотные электромагнитные импульсы. Методы TEV особенно эффективны при обнаружении внутренних частичных разрядов. Сигналы TEV проходят по внутренним поверхностям распределительного устройства, выходя наружу через отверстия в металлоконструкциях, т.е. прокладки. Активность частичного разряда можно обнаружить, поместив датчик TEV снаружи распределительного устройства для измерения этих импульсов.

-УВЧ идеально подходит в качестве бесконтактного метода обнаружения электромагнитных сигналов ЧР в открытых распределительных устройствах, кабельных системах и распределительных сетях. испытательные системы на основе трансформаторов тока (RFCT), которые измеряют импульсы частичного разряда, которые проходят через заземление внешнего кабеля. Преимущество заключается в том, что кабель можно оставить в рабочем состоянии, а тест выполняется быстро и требует очень мало ресурсов, как при тестировании в автономном режиме.

 

Узнайте больше о тестировании и мониторинге частичного разряда и о том, как он может стать отличным дополнением к вашей программе профилактического обслуживания/надежности. Запросите бесплатную демоверсию.

Что такое испытание на частичный разряд?

Электрические системы являются одним из самых ценных активов на вашем предприятии и могут оказать наибольшее влияние на вашу прибыль.

Стоимость их производства и управления высока, а сбои почти всегда приводят к катастрофическим потерям. Электрические системы эксплуатируются на более высоких уровнях, даже когда системы устаревают, что влияет как на срок службы, так и на надежность активов.

Сегодняшние управляющие активами сталкиваются с растущими проблемами, связанными с максимизацией своей устаревшей электрической инфраструктуры с меньшим количеством квалифицированных технических ресурсов, более строгими нормативными требованиями к безопасности работников и сокращением бюджетов на техническое обслуживание. Достижения в области технологий, в том числе использование испытаний на частичный разряд, дают управляющим активами новые подходы к повышению надежности и производительности критически важных электрических активов.

Что такое частичный разряд?
Частичные разряды (ЧР) — это небольшие электрические искры, возникающие в изоляции электрооборудования среднего и высокого напряжения. Каждый дискретный частичный разряд является результатом электрического пробоя воздушного кармана в изоляции. Эти разряды разрушают изоляцию и в конечном итоге приводят к ее выходу из строя.

По данным Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA 70B), основной причиной сбоев в работе электрооборудования является пробой изоляции. Национальный электротехнический кодекс (NEC) утверждает, что эти частичные разряды являются первым признаком ухудшения изоляции. Исследования из Золотой книги IEEE, таблица 36, показывают, что кабели, распределительные устройства и трансформаторы несут наибольшие потери из-за повреждения изоляции.

Уже более 50 лет компании проводят испытания электрооборудования на частичные разряды в рамках текущих программ профилактического обслуживания. Данные, полученные с помощью решений для тестирования и мониторинга частичных разрядов, могут предоставить важную информацию о качестве изоляции и ее влиянии на общее состояние оборудования. Поскольку активность частичных разрядов часто присутствует задолго до выхода из строя изоляции, управляющие активами могут отслеживать их с течением времени и принимать обоснованные стратегические решения относительно ремонта или замены оборудования. Эта предиктивная диагностика помогает компаниям расставить приоритеты в капиталовложениях и инвестициях в техобслуживание до того, как произойдет непредвиденный сбой. Результаты испытаний на частичный разряд могут помочь спрогнозировать будущую производительность и надежность критически важных активов, в том числе:

• Кабели, соединения и концевые муфты
• Силовые трансформаторы и вводы
• Распределительное устройство
• Двигатели и генераторы

Отказы не ограничиваются устаревшим оборудованием. Приемочные испытания вновь установленного оборудования обеспечивают надежность с самого начала. Приемочные испытания могут:

• Проверить исходные данные испытаний производителей и выявить поврежденную изоляцию, возникшую в результате неправильной установки, плохой конструкции и/или плохого качества изготовления во время или после установки.
• Выявляйте преждевременные сбои и собирайте исходные данные, чтобы отслеживать состояние активов в течение их жизненного цикла, чтобы обеспечить максимальную отдачу от инвестиций.

Интегрированные решения для частичного разряда
Интегрированные решения Vertiv для тестирования и мониторинга частичного разряда включают онлайн- и офлайн-тестирование, а также периодический и непрерывный мониторинг ваших электрических активов. В зависимости от конкретных рабочих требований и области применения Vertiv может настроить программу в соответствии с вашими потребностями. Выберите одно из следующих решений:

• Онлайн-тестирование частичного разряда
• Ручной обзор
• Периодические испытания на частичный разряд
• Непрерывный онлайн-мониторинг
• Ультразвук
• Автономное тестирование частичного разряда
• Тан Дельта
• Очень низкочастотное тестирование (VLF)

Онлайн-тестирование частичного разряда
Онлайн-тестирование выполняется, когда оборудование находится под напряжением при нормальном рабочем напряжении. Испытания проводятся в реальных условиях эксплуатации, при типичных температурах, перегрузках по напряжению и уровнях вибрации. Это неразрушающий контроль, при котором не используются перенапряжения, которые могут неблагоприятно повлиять на оборудование. Онлайн-тестирование на частичный разряд является относительно недорогим по сравнению с автономным тестированием, которое требует прерывания обслуживания и производства. Для ответственных объектов, работающих круглосуточно и без выходных, это лучшее решение для определения состояния изоляции.

Vertiv проводит периодическое онлайн-тестирование с помощью PD Surveyor и портативного устройства для тестирования частичного разряда с неинвазивными датчиками. PD Surveyor — это первое многоцелевое портативное устройство, которое может проводить начальный предварительный просмотр для определения критически важного оборудования для тестирования. Как правило, только от 5 до 10 процентов активов среднего и высокого напряжения будут иметь значительный уровень активности частичного разряда. Эта предварительная проверка предоставит необходимые данные для разработки общего плана тестирования, чтобы обеспечить сосредоточение внимания на нужных активах и минимизировать ненужные расходы. Предварительная проверка также обеспечивает проверку безопасности перед открытием панелей или выполнением работ.

После определения приоритетности активов инженеры-испытатели Vertiv проводят периодические измерения частичных разрядов с помощью неинвазивных калиброванных датчиков частичных разрядов, включая датчики высокочастотного трансформатора тока (HFCT), датчики переходного напряжения заземления (TEV) или бортовые акустические датчики. Эти датчики индуктивно, емкостно или акустически связаны с оборудованием, чтобы обеспечить онлайн-тестирование частичных разрядов, когда оборудование остается под напряжением. Каждая точка крепления тестируется всего за несколько минут, что позволяет быстро и легко тестировать большое количество активов. Эта технология также может обеспечивать обычные автономные измерения частичных разрядов в соответствии с требованиями Международной электротехнической комиссии (МЭК). Усовершенствованное тестовое приложение Vertiv синхронно фиксирует сигналы частичного разряда в цикле питания с частотой 60 Гц, что позволяет инженеру-испытателю наблюдать фазовые характеристики разряда в режиме онлайн и в режиме реального времени. Приложение Vertiv для анализа обеспечивает автоматический уровень «критичности» частичного разряда на основе величины и количества импульсов частичного разряда за цикл питания. Считыватель частичных разрядов использует простые для понимания методы, основанные на знаниях, для обеспечения распознавания импульсов частичных разрядов относительно источника частичного разряда (например, кабель, распределительное устройство и т. д.) при автоматической предварительной сортировке электрических «шумовых» импульсов. Приложение также включает в себя функцию автоматического подавления радиочастотного шума.

Стационарные датчики
Для «труднодоступных зон» или зон, представляющих угрозу безопасности, вы можете использовать стационарные датчики для периодического обнаружения ЧР в режиме онлайн. Эти датчики HFCT устанавливаются инженерами Vertiv и остаются на оборудовании для онлайн-доступа и диагностической информации. Часто эти датчики необходимо устанавливать во время отключения или простоя предприятия. После установки для онлайн-тестирования не требуется дальнейших отключений или сбоев.

Периодические испытания на частичный разряд
Иногда может потребоваться непрерывный мониторинг в течение короткого периода времени. Портативный монитор ЧР можно использовать для непрерывного мониторинга от одного часа до трех месяцев. Благодаря непрерывному мониторингу Vertiv будет отслеживать тенденции ваших активов в течение более длительного периода времени, чтобы предоставить более точную оценку и рекомендации. Это решение дешевле, чем установка стационарной системы мониторинга ЧР.

Непрерывный онлайн-мониторинг
Для ваших наиболее важных активов, которые продемонстрировали высокий уровень частичного разряда, в том числе тех, срок службы которых приближается к концу, ответом может быть непрерывный онлайн-мониторинг частичных разрядов. Измеряйте и анализируйте данные о ваших электрических активах и предоставляйте удаленный доступ через локальную сеть или модем для получения непрерывных и точных данных о состоянии и возможностях оборудования. Непрерывный мониторинг также обеспечит своевременные оповещения для обслуживания и выявит надвигающиеся сбои до того, как произойдет незапланированное отключение.

Ультразвук
Когда в электрическом оборудовании среднего и высокого напряжения возникают проблемы, такие как частичный разряд и коронный разряд, возникают звуковые волны, которые можно обнаружить с помощью ультразвукового контроля. Ультразвуковой контроль, проводимый без нарушения работы завода или объекта, является неразрушающим, неинвазивным инструментом профилактического обслуживания. Поскольку он поддерживает целостность изоляции, он обычно используется в таких приложениях, как кабельные муфты, распределительные устройства, сборные шины и трансформаторы. Ультразвуковые измерения являются наиболее эффективными на сравнительной основе и могут значительно повысить надежность обнаружения частичных разрядов при использовании с другими технологиями тестирования частичных разрядов Vertiv.

Автономные испытания на частичные разряды
Автономные испытания на частичные разряды предлагают значительное преимущество по сравнению с другими технологиями, поскольку позволяют измерять реакцию кабельной системы на определенный уровень нагрузки и прогнозировать ее будущие характеристики без возникновения неисправности. Автономное тестирование также известно своей способностью определять точное местонахождение дефекта на оборудовании, устаревшем в полевых условиях, что позволяет управляющему активами точно планировать техническое обслуживание и ремонт. Проблема автономного тестирования заключается в том, что оборудование должно быть отключено и выведено из эксплуатации. Автономное тестирование также обычно используется при приемочных испытаниях вновь проложенных кабелей. Если предпочтительнее обесточивание, Vertiv может провести автономное тестирование в рамках вашей программы профилактического обслуживания.

Испытание тангенса-дельта
Коэффициент рассеяния (тангенс-дельта) — один из самых мощных автономных неразрушающих диагностических инструментов, используемых для контроля состояния экструдированной изоляции кабеля. Значения емкости и тангенса-дельта для новой изоляции используются в качестве эталонных показаний. Сравнивая периодические показания емкости и тангенса-дельта изоляционного материала с эталонными показаниями, вы можете измерить износ изоляции, предсказать ожидаемый срок службы и спланировать техническое обслуживание и ремонт до того, как произойдет неожиданное отключение. Существенным преимуществом тестирования тангенса-дельта является возможность обнаружения водяных деревьев — основного источника повреждения изоляции в старых экструдированных кабелях. Тестирование тангенса-дельта можно проводить в процессе производства. Частота испытаний зависит от скорости изменения качества изоляции, истории прошлых отказов, условий окружающей среды и т. д. Высокий уровень влажности окружающей среды, повышенная температура, химические вещества или загрязнение могут потребовать более частых испытаний.

Инженеры-испытатели Vertiv помогут вам оценить ваши требования и разработать программу, которая наилучшим образом соответствует вашим потребностям.

Тестирование очень низкой частоты (VLF)
Тестирование высокого потенциала переменного тока VLF (Hipot) было разработано в начале 1980-х годов в качестве замены тестирования Hipot постоянного тока. Испытание DC Hipot больше не является приемлемым методом испытания экструдированных кабелей, подвергшихся полевому старению, из-за его разрушительного характера и невозможности определить качество изоляции. Хотя сверхнизкочастотные испытания (СНЧ) в основном используются для проведения высоковольтных испытаний или испытаний кабелей на выносливость, они также подходят для испытаний трансформаторов, распределительных устройств, вращающихся машин и другого электрического оборудования. Он часто используется в качестве источника напряжения для автономного тестирования. Тест VLF Hipot представляет собой тест «годен/не годен» и не является диагностическим тестом, но является одним из лучших способов проверки целостности переменного тока электрического оборудования для определения результата «годен/не годен».