Частичные разряды в диагностике изоляционных систем высоковольтного оборудования. Частичные разряды в трансформатореЧастичные разряды в изоляции высоковольтного оборудованияЧастичный 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 терминыОпределим 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 разрядаБазируясь 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:
Причины возникновения частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудованияПоявление 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 оборудования1. 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
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 (
Таким образом, электрическое поле внутри поры превышает поле в диэлектрике (
где 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
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 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 ( - 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 ( Временные характеристики включают: - регулярность возникновения частичных разрядов ( - время появления импульса частичного разряда ( - частота повторения импульсов ( К характеристикам распределения можно отнести: - распределение количества импульсов по значениям кажущихся зарядов ( - распределение значений кажущихся зарядов по фазе воздействующего напряжения ( 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 Комплексная оценка вида частичного разряда может проводиться по результатам хроматографического анализа растворенных в масле газов. По соотношению концентраций четырех основных газов Таблица 1 Диагностирование дефекта изоляции методом хроматографического анализа
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, электрическое поле, высоковольтное оборудование, изоляционная система, схема замещения, включение, внешнее электрическое поле. moluch.ru PD-Analyzer HF/UHF – универсальный прибор для регистрации и анализа частичных разрядов в изоляции трансформаторов, КРУЭ, высоковольтных кабелей и муфтИзмерение и анализ частичных разрядов в изоляции высоковольтных трансформаторов, кабельных линий, КРУЭ, электрических машин является эффективным способом поиска дефектов и общей оценки технического состояния. Внедрение этого современного диагностического метода сдерживается ограниченным предложением на рынке надежных, функционально эффективных и в то же время простых в эксплуатации измерительных приборов. Попытки применения на практике несовершенного измерительного оборудования приводит только к дискредитации этого чувствительного метода, предназначенного для ранней диагностики дефектов в высоковольтной изоляции. Для проведения большинства оперативных работ по оценке технического состояния высоковольтной изоляции идеально подходит переносной прибор марки «PD-Analyzer HF/UHF», функционально являющийся одним из лучших в своем классе. Прибор «PD-Analyzer HF/UHF» предназначен:
Технические возможности «PD-Analyzer HF/UHF»:
Экспертные и диагностические возможности прибора «PDAnalyzer HF/UHF»Самой сложной задачей при регистрации частичных разрядов в высоковольтной изоляции является отстройка от помех. Для ее решения в приборе «PD-Analyzer HF/UHF» использован широкий набор технических и программных средств:
Второй важной задачей диагностической задачей является определение типа дефекта в изоляции, т.е. определение степени его опасности. Это осуществляется благодаря встроенной в прибор системе «PD-Expert», при помощи которой и определяется тип дефекта в изоляции. Основные особенности работы экспертной системы «PD-Expert»:
Измерение частичных разрядов в изоляции силовых и измерительных трансформаторовЧастичные разряды в силовых и измерительных трансформаторах при помощи прибора «PD-Analyzer HF/UHF» могут регистрироваться по нескольким схемам:
Измерение частичных разрядов в изоляции кабельных линийДля измерения частичных разрядов в изоляции высоковольтных кабелей, концевых и соединительных муфт могут использоваться следующие датчики из комплекта поставки прибора:
В приборе «PD-Analyzer HF/UHF» реализована уникальная функция локации места возникновения дефекта в кабельной линии. В качестве зондирующего используется импульс от частичного разряда, возникшего на месте дефекта изоляции. Наличие в приборе «on-line» рефлектометра еще в большей степени расширяет его диагностические возможности. Измерение частичных разрядов в КРУЭДля измерения частичных разрядов в изоляции КРУЭ в наибольшей мере подходят датчики типа «AES», которые устанавливаются на стыке двух корпусов секции КРУЭ в зоне изолирующих прокладок. Через этот радио прозрачный зазор можно регистрировать частичные разряды внутри КРУЭ. Для регистрации разрядов в КРУЭ можно применять и датчики марки «TEV», которые устанавливаются на поверхности корпусов оборудования, особенно в тех случаях, когда радиопрозрачные перегородки между корпусами отсутствуют. Измерение частичных разрядов в изоляции электрических машинДля измерения частичных разрядов в изоляции обмоток статоров высоковольтных электрических машин, генераторов и электродвигателей используются две основные измерительные схемы:
Стандартный комплект поставки прибора «PDAnalyzer HF/UHF»Стандартная поставка универсального прибора для регистрации и анализа частичных разрядов в высоковольтной изоляции включает в себя:
В состав комплекта для проведения измерений включены следующие датчики:
PD-Analyzer HF/UHF внесён в Государственный реестр средств измеренийРегистратор высокочастотных импульсов PD-Analyzer HF/UHF внесён в Государственный реестр средств измерений за № 68989-17. Свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C.35.002.A № 67613 выдано Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии. Параметры прибора «PD-Analyzer HF/UHF»
Скачать документацию по прибору «PD-Analyzer HF/UHF»Похожие материалы:dimrus.ru Почему так важно контролировать активность частичных разрядов в силовых трансформаторах01. Сентябрь 2017 Точная оценка состояния изоляции в процессе производства и эксплуатацииУльрика Бронецки (Ulrike Broniecki) — специалист компании OMICRON по измерениям и мониторингу частичных разрядов в высоковольтном оборудовании. Как консультант по применению оборудования и инструктор Академии OMICRON она помогает нашим клиентам по всему миру правильно выполнять измерения активности ЧР, а также анализировать и интерпретировать полученные данные. Мы попросили Ульрику рассказать читателям, почему так важно следить за активностью частичных разрядов и как это может помочь в обеспечении надежной и безопасной работы силовых трансформаторов. Какие испытания обычно проводят на силовых трансформаторах и с какой целью? Ульрика Бронецки: Силовые трансформаторы в течение своего очень долгого срока эксплуатации подвергаются воздействию различных факторов. Это приводит к постепенному разрушению изоляция, которая должна обеспечивать надежную и безопасную работу трансформатора. Таким образом, оценка состояния изоляции позволяет выявить возможные неисправности. Для получения нужных сведений выполняется целый ряд диэлектрических испытаний. В их числе измерение диэлектрического отклика, анализ частотного отклика, измерение сопротивления изоляции, измерение емкости и коэффициента диэлектрических потерь, а также анализ активности частичных разрядов. Какие из этих измерений самые важные?Ульрика Бронецки: В отличие от других методов диагностики, из¬мерение ЧР предоставляет инженерам точные данные о малейших изменениях на конкретных участках изоляции. Частичные разряды повреждают изоляцию высоковольтных вводов и обмоток силового трансформатора, что может привести к повреждению и дорогостоящему простою трансформатора. Поэтому следует как можно раньше локализовать источники частичных разрядов и при необходимости устранить их. Когда следует проводить испытания на наличие частичных разрядов в силовых трансформаторах? Ульрика Бронецки: Измерение ЧР — это надежный неинвазивный метод диагностики состояния изоляции в силовых трансформаторах. Применять его можно в любое время. Такое измерение обычно выполняется для проверки качества в ходе заводских приемочных испытаний и при вводе оборудования в эксплуатацию на месте установки. Когда трансформатор запущен, анализ активности ЧР можно выполнять при плановом техническом обслуживании, чтобы вовремя замечать изменения и ремонтировать или заменять поврежденные компоненты. Это позволит избежать крупных трат на восстановление трансформатора после серьезной аварии.В чем сложность измерения частичных разрядов?Ульрика Бронецки: Поскольку сигналы, свидетельствующие об активизации частичных разрядов, обычно довольно слабые, очень важно использовать высокочувствительное оборудование для их из¬мерения и анализа. Однако на работу такого оборудования очень влияют внешние помехи, которые могут исказить результаты испытания. На импульсы частичных разрядов наслаиваются многочисленные шумовые сигналы (если только испытание не проводится в полностью экранированной лаборатории), что затрудняет их анализ не только для экспертов, но и для цифровых систем. Поэтому при измерении ЧР на месте эксплуатации очень важно минимизировать окружающие помехи.Как это лучше всего сделать?Ульрика Бронецки: Система MPD 600 для измерения и анализа ЧР отличается высокой чувствительностью, однако в средах с высоким уровнем помех она применяет сразу несколько методов подавления электрического шума. Например, с помощью настраиваемых фильтров можно довольно точно отрегулировать центральную частоту и полосу пропускания, улучшив отношение «сигнал/шум» и максимально снизив уровень фоновых помех. Таким образом, полученные результаты будут гораздо более достоверными. При использовании трех и более устройств сбора данных MPD 600 измерение ЧР выполняется в полностью цифровом режиме, синхронно и по нескольким каналам сразу. Этот прием не только сокращает время подачи высокого напряжения на отключенное оборудование и ускоряет выполнение измерения, но и позволяет использовать уникальные средства разделения сигналов, такие как диаграмма соотношения по амплитудам трех фаз (3PARD). Сигналы ЧР из разных расположений и источников разного типа разведены на диаграмме 3PARD и могут анализироваться отдельно. Заинтересовались? Прочитать статью полностью... www.omicronenergy.com RFCT – датчики трансформаторного типа, работающие в HF диапазоне частотДатчики серии «RFCT» (Radio Frequency Current Transformer), предназначенные для регистрации частичных разрядов в изоляции различного высоковольтного оборудования, представляют собой измерительные трансформаторы тока, эффективно работающие в высокочастотном (HF) диапазоне частот. В отличие от обычных измерительных трансформаторов тока сердечник «RFCT» датчиков изготавливается не из листовой электротехнической стали, а из специализированных высокочастотных материалов – ферритов. В результате датчики этого типа малочувствительны к токам промышленной частоты, но позволяют хорошо регистрировать периодические и импульсные сигналы в диапазоне частот от сотен кГц до десятков МГц, в зависимости от используемого материала сердечника. Уровень частичных разрядов в высоковольтной изоляции находится примерно в одном диапазоне, составляет от десятков пикокулон до десятков нанокулон, и мало зависит от типа контролируемого высоковольтного оборудования. Поэтому датчики типа «RFCT», в отличие от измерительных трансформаторов тока промышленной частоты, имеют одинаковую чувствительность для всех практических применений, определяемую только особенностями их конструкции. Датчики регистрации частичных разрядов типа «RFCT», как и все другое диагностическое оборудование, используемое для этих целей, после изготовления не поверяются, а только тестируются на работоспособность и общее соответствие требованиям технических условий на изготовление. Необходимая калибровка чувствительности датчиков типа «RFCT» всегда производится «на месте» проведения измерений, с учетом особенностей созданной измерительной схемы. При этом автоматически учитывается не только реальная чувствительность датчиков, но и степень затухания импульсов частичных разрядов внутри контролируемого оборудования, в соединительных кабелях и во входных цепях измерительных приборов. По своей конструкции датчики «RFCT» делятся на три типа:
Изоляция корпусов, соединительных кабелей и выходных разъемов датчиков типа «RFCT» конструктивно рассчитана на напряжение до 1000В. По этой причине датчики частичных разрядов трансформаторного типа всегда устанавливаются только на проводниках или шинах заземления (с внешней изоляцией или без изоляции) высоковольтного оборудования (корпусов, баков, обмоток, экранов и т. д.). Установка датчиков частичных разрядов типа «RFCT» на высоковольтных токоведущих проводах высокого напряжения или в точках оборудования, где высокое напряжение может возникнуть даже кратковременно, например, в изолированной нейтрали трехфазной цепи, категорически запрещена. В настоящее время фирмой «DIMRUS» серийно производятся девять разновидностей высокочастотных трансформаторов тока типа «RFCT». Основная справочная информация о конструкции этих датчиков, их частотные характеристики и особенности практического применения приведены ниже. Таблица 1. Габаритные и весовые параметры основных семи датчиков серии «RFCT», выпускаемых фирмой «DIMRUS»
Датчик частичных разрядов марки «RFCT-1»Трансформаторный датчик марки «RFCT-1» предназначен для использования в системах регистрации и анализа частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования. Основное назначение датчика – проведение измерения частичных разрядов в системах непрерывного или периодического контроля состояния высоковольтного оборудования. Датчик марки «RFCT-1» может быть использован для регистрации высокочастотных импульсов от частичных разрядов в высоковольтных выключателях, ячейках КРУ, в подходящих к ним кабельных линиях, в цепях нейтрали силовых трансформаторов и в других высоковольтных объектах. Для проведения регистрации частичных разрядов датчик устанавливается на проводниках и шинах заземления контролируемого оборудования. Направление стрелки на корпусе датчика должно совпадать с направлением протекания тока в контролируемом проводнике от высокого потенциала «к земле». Датчик марки «RFCT-1», в соответствии с требуемыми условиями монтажа и заказной спецификацией, может поставляться с соединительным коаксиальным разъемом (марки BNC или TNC) или с «глухо» подключенным коаксиальным кабелем длиной 15 метров. Длина соединительного кабеля может варьироваться в соответствии с утвержденными требованиями заказной спецификации. Датчик «RFCT-1» не требует периодической поверки. Для него достаточно калибровки на объекте контроля и периодической проверки его работоспособности. Датчик частичных разрядов марки «RFCT-2»Основное назначение датчика «RFCT-2» – регистрация импульсов от частичных разрядов в генераторах, трансформаторах, ячейках КРУ и других высоковольтных объектах. Внутри изолированного корпуса датчика «RFCT-2» расположен залитый компаундом маломощный сигнальный высокочастотный трансформатор. Первичная обмотка трансформатора подключена к входному винтовому соединителю М4 через разделительный высоковольтный конденсатор. Вторичная обмотка трансформатора, к которой подключается измерительный прибор, выведена на стандартный коаксиальный разъем типа BNC. Датчик «RFCT-2» предназначен для измерения частичных разрядов, которые можно зарегистрировать между двумя прямо не связанными частями высоковольтного оборудования. Особенностью является то, что между этими частями оборудования возможно возникновение потенциала до десятков вольт, при замыкании которого возможно протекание уравнительных токов большой величины. Это может быть, например, измерение частичных разрядов между корпусом высоковольтного генератора и экраном отходящего от него токопровода. Или же это может быть измерение частичных разрядов между корпусами (баками) двух силовых трансформаторов (или отдельных фаз группового силового трансформатора), потенциал между которыми, в случае протекания значительных уравнительных токов по цепям заземления, может достигать величины нескольких вольт и даже десятка вольт. Датчик «RFCT-2» поставляется в пластиковом (АВС) корпусе, в котором располагается высокочастотный трансформатор и разделительные конденсаторы. Весь свободный внутренний объем внутри датчика заливается эпоксидной смолой или специализированной силиконовой резиной, в зависимости от условий будущей эксплуатации. Благодаря использованию в конструкции датчика высокочастотного разделительного трансформатора, в выходном сигнале датчика отсутствуют токи промышленной частоты 50 Гц, а присутствуют только сигналы от высокочастотных импульсов, протекающих по контролируемой цепи заземления высоковольтного устройства, в основном обусловленные импульсами частичных разрядов в изоляции. Датчик частичных разрядов марки «RFCT-3»Датчик частичных разрядов марки «RFCT-3» является вспомогательным, обычно он используется для создания гальванической развязки между контролируемой цепью и измерительным прибором. Это бывает нужным для устранения уравнительных токов промышленной частоты и для организации безопасности проведения работ при измерении частичных разрядов в изоляции. Внутри изолированного корпуса датчика «RFCT-3», залитого компаундом, располагается только разделительный высокочастотный трансформатор с коэффициентом трансформации, равным единице, подключенный к двум разъемам марки BNC. Разделительный конденсатор, смонтированный в первичной цепи датчика марки «RFCT-2», здесь отсутствует. Поэтому через входную цепь датчика «RFCT-3» могут протекать токи промышленной частоты (величиной не более 1А). По этой причине датчик марки «RFCT-3», включаемый в разрыв контролируемой цепи, не препятствует протеканию токов промышленной частоты, имеющих место в контролируемой цепи. По своей амплитудно-частотной характеристике датчик «RFCT-3» соответствует датчику «RFCT-2», так как в них используется одинаковый высокочастотный разделительный трансформатор на ферритовом сердечнике. Некоторое время датчик «RFCT-3» поставлялся в комплекте со специализированными соединительными проводами под торговой маркой «DBT-1». Этот комплект был предназначен для проведения тестовых испытательных измерений и позволял проводить регистрацию частичных разрядов в силовых трансформаторах. С этой целью через первичную обмотку замыкался на землю измерительный вывод высоковольтных вводов трансформаторов. Практика проведения измерений показала, что в этом случае не удается измерить ток проводимости ввода, что снижало эффективность таких испытаний. В настоящее время для этих целей предлагаются датчики марки «DB-2» различных модификаций. Датчик частичных разрядов марки «RFCT-4»Датчик «RFCT-4» предназначен для регистрации частичных разрядов в системах постоянного и периодического мониторинга состояния изоляции высоковольтного оборудования - в высоковольтных выключателях, ячейках КРУ, подходящих к ним и отдельно расположенных кабельных линиях, в цепях нейтрали силовых трансформаторов и в другом оборудовании. Отличительной конструктивной особенностью датчика марки «RFCT-4» является то, что он выполнен разъемным, состоящим из двух половин. Это позволяет оперативно монтировать датчики на оборудовании, не разрывая контролируемую электрическую цепь. Кроме того, датчик имеет сравнительно большой внутренний диаметр, позволяющий монтировать его на токоведущих элементах большого сечения, которые часто применяются в составе мощного высоковольтного оборудования. Половинки датчика, при использовании в составе системы постоянного контроля, стационарно соединяются между собой «скрытыми болтами». При использовании датчика в составе переносных измерительных систем применяются другие болты, более удобные для быстрой фиксации половинок датчика между собой без использования инструмента. Как и все другие датчики этой серии «RFCT-4» предназначен для установки только в цепях заземления высоковольтного оборудования, поэтому его электрическая изоляция рассчитана на напряжение до 1000 Вольт. Кроме того, датчик марки «RFCT-4» имеет увеличенное сечение ферритового сердечника, поэтому мощные высокочастотные импульсы в контролируемом проводнике приводят к импульсам большой энергии во вторичной цепи, представляющим опасность для персонала и диагностического измерительного оборудования. Этот факт необходимо учитывать при разработке и создании измерительной схемы, всегда предусматривая дополнительные защитные и заземляющие устройства во входных цепях измерительных приборов регистрации частичных разрядов. Для снижения влияния этого фактора в датчик встроена защита от импульсных токов (коммутационных) с ограничением выходного напряжения на уровне 15 В. Поскольку датчик марки «RFCT-4» чаще всего монтируется на проводниках большого сечения, по которым возможно протекание токов промышленной частоты, то может происходить насыщение сердечника сильными внешними магнитными полями, что приводит к снижению чувствительности датчика. Для снижения уровня насыщения магнитопровода датчика в зазор сердечника между половинами датчика должна вставляться изолирующая прокладка толщиной до 2 мм, в зависимости от величины тока, протекающего по проводнику заземления. При этом уменьшается степень насыщения сердечника токами промышленной частоты. Датчик производится в литом пластиковом (АВС пластик) корпусе, в двух половинах которого располагается разрезанный высокочастотный сердечник большого сечения и диаметра. Весь свободный внутренний объем датчика заливается эпоксидной смолой или специализированной силиконовой резиной. При наружной установке датчика с ним поставляется комплект крепления, дополнительно защищающий пластиковый корпус датчика от солнечной радиации. Благодаря использованию в конструкции датчика высокочастотного сердечника, в выходном сигнале датчика отсутствуют токи промышленной частоты 50 Гц, датчик на них не реагирует. В выходном сигнале датчика присутствуют только сигналы от высокочастотных импульсов, протекающих по контролируемой цепи заземления высоковольтного устройства, в основном обусловленные импульсами частичных разрядов в изоляции. Датчик монтируется на заземляющих шинах, проводах, трубах. Направление стрелки на корпусе датчика должно совпадать с направлением протекания тока «к земле» в контролируемом проводнике. Датчик не требует проведения независимой периодической поверки и калибровки. Это производится на объекте, после монтажа. Для стационарных систем датчик выпускается с разъемом марки TNC (винтовое крепление) или с «глухо подключенным кабелем длиной 15 м, а для систем периодического мониторинга, использующих переносные приборы, с разъемом BNC. Датчик частичных разрядов марки «RFCT-5»Датчик «RFCT-5» предназначен для использования в системах периодического мониторинга состояния изоляции высоковольтного оборудования. Назначение датчика «RFCT-5» – регистрация импульсов от частичных разрядов в высоковольтных выключателях, ячейках КРУ и подходящих к ним кабельных линиях, в цепях нейтрали силовых трансформаторов и т. д. Датчик «RFCT-5» производится в литом пластиковом (АВС пластик) корпусе, в котором располагается высокочастотный сердечник. Конструктивно датчик представляет собой «разъемные» высокочастотные измерительные клещи, позволяющие проводить измерения частичных разрядов в проводниках с максимальным диаметром до 24 мм. Габаритные размеры датчика «RFCT-5» - 200 * 100 * 25 мм. Вес датчика – 0,5 кг. Благодаря использованию в конструкции датчика высокочастотного сердечника, в выходном сигнале датчика отсутствуют токи промышленной частоты 50 Гц, датчик на них не реагирует. Датчик регистрирует только сигналы от высокочастотных импульсов, протекающих по контролируемой цепи заземления высоковольтного устройства. Оптимальный рабочий диапазон частот для датчика составляет от 0,1 до 10 МГц. Этого диапазона вполне достаточно для систем регистрации импульсов частичных разрядов в высоковольтном оборудовании в диапазоне HF. Датчик производит измерения интенсивности частичных разрядов в любых цепях с рабочим напряжением до 1000 В. Направление стрелки на боковом корпусе датчика должно совпадать с направлением протекания тока «к земле» в контролируемом проводнике, от высокого потенциала к «земляному». Калибровка чувствительности датчика «RFCT-5» производится только в составе всей измерительной цепи – объект, емкостная связь, датчик и входные цепи прибора. Датчик не требует проведения периодической поверки и калибровки. Калибровка датчика, в комплексе с переносным измерительным прибором, производится однократно перед измерением, с учетом реального объекта, при помощи калибровочного генератора. Датчик частичных разрядов марки «RFCT-6»Датчик «RFCT-6» предназначен для использования в переносных системах периодического контроля состояния изоляции различного высоковольтного оборудования. Основное технологическое назначение датчика «RFCT-6» – проведение оперативных измерений частичных разрядов без вывода контролируемого оборудования из работы. Для измерения частичных разрядов датчик «RFCT-6» необходимо приблизить к заземляющим проводникам и шинам так, чтобы направление тока в проводнике совпадало с направлением стрелки на корпусе датчика. При этом корпус датчика будет располагаться перпендикулярно проводнику. По принципу своей работы датчик «RFCT-6» представляет собой «одну половину» датчика марки «RFCT-5» - высокочастотных токовых клещей. Использование датчика марки «RFCT-6» с переносным прибором эффективно тогда, когда необходимо оперативно провести сравнительное измерение частичных разрядов в большом количестве точек. Это датчик «индикаторного» типа. Датчик «RFCT-6» производится в металлическом корпусе, в котором располагается высокочастотный сердечник в форме полукольца. Весь свободный внутренний объем датчика заливается эпоксидной смолой или специализированной силиконовой резиной. Для удобства практического применения датчик «RFCT-6» комплектуется дополнительной изолированной ручкой. При помощи датчика марки «RFCT-6» можно производить измерения интенсивности частичных разрядов в изолированных цепях с рабочим напряжением до 1000 В. Датчик имеет металлический корпус, поэтому его приближение к оголенным проводникам и участкам оборудования с любым напряжением категорически запрещено. Датчик марки «RFCT-6», по условиям своего практического применения, не может быть поверен, и даже не может быть откалиброван. Причиной этого является то, что амплитуда выходного сигнала зависит от способа установки датчики относительно контролируемого проводника. Чем дальше датчик будет удален от контролируемого проводника или смещен вбок от проводника, тем меньше будет амплитуда выходного сигнала. Датчик частичных разрядов марки «RFCT-7»Датчик «RFCT-7» предназначен для использования в системах постоянного и периодического мониторинга состояния изоляции высоковольтного оборудования. Наиболее эффективно использовать этот датчик для регистрации частичных разрядов в заземляющих проводниках высоковольтных кабельных линий. Для удобства монтажа датчик сделан разъемным, состоящим из двух половин, соединяемых при помощи двух болтов. Это позволяет оперативно монтировать его на токоведущих элементах большого сечения, значительно расширяет возможности его практического применения. Датчик производится в литом пластиковом (АВС пластик) корпусе, в двух половинах которого располагается разрезанный высокочастотный прямоугольный сердечник большого сечения. Весь свободный внутренний объем датчика заливается эпоксидной смолой или специализированной силиконовой резиной. Благодаря использованию в конструкции датчика высокочастотного сердечника, в выходном сигнале датчика отсутствуют токи промышленной частоты 50 Гц, датчик на них не реагирует. Для исключения насыщения сердечника датчика токами промышленной частоты в нем, в полукольце без обмотки, монтируется немагнитная прокладка. В зависимости от толщины этой изолирующей прокладки, датчик «RFCT-7» без значительной потери точности измерений частичных разрядов допускает протекание токов различной амплитуды. Для удобства маркировки толщины немагнитной прокладки, на ответной части датчика с прокладкой ставятся цветные метки, определяющие максимально допустимый ток промышленной частоты.
Учитывая наличие сердечника сравнительно большого сечения, в датчик «RFCT-7» встроена защита от импульсных токов (коммутационных) с ограничением выходного напряжения на уровне 15 В. Это сделано для защиты персонала и защиты входных цепей измерительных приборов. Корпусная изоляция датчика «RFCT-7» рассчитана на напряжение до 1000 В. Датчик «RFCT-7», как и все другие датчики серии «RFCT», монтируется только на заземляющих шинах, проводах, трубах. Направление стрелки на корпусе датчика должно совпадать с направлением протекания тока «к земле» в контролируемом проводнике. Датчик марки «RFCT-7» не требует проведения поверки и калибровки после изготовления. Калибровка должна производиться на объекте контроля после завершения монтажа датчика. Датчик «SCM» для регистрации ЧР в изоляции и емкостных токов в экранах кабельных линийДатчики марки «SCM» предназначены для регистрации частичных разрядов в изоляции высоковольтных кабельных линиях. При помощи датчика «SCM» обычно контролируется состояние изоляции кабельной линии, соединительных муфт, а также всех высоковольтных устройств и аппаратов (высоковольтные выключатели, статоры электрических машин и т. д.), подключенных к данной кабельной линии. Максимальная длина контролируемой кабельной линии зависит от степени затухания частичных разрядов в силовом кабеле, но обычно не превышает 2000 м. Фирмой «DIMRUS» выпускаются две модификации датчика данного типа – «SCM-1» и «SCM-3». По внешнему виду эти датчики не имеют каких-либо отличий, кроме различной маркировки. В датчике марки «SCM-1» располагается один высокочастотный трансформатор тока марки «RFCT», а в датчике марки «SCM-3» дополнительно смонтирован измерительный трансформатор тока с обычным стальным сердечником, предназначенный для регистрации токов промышленной частоты. Это дает возможность одновременно, при помощи одного датчика, контролировать частичные разряды и емкостные токи утечки изоляции кабельной линии. Датчик импульсов частичных разрядов марки «SCM» конструктивно выполнен так, чтобы можно было легко осуществлять его монтаж в разрыв цепи заземления экрана кабеля или соединительной муфты. В процессе монтажа датчика заземляющая жила (экран) кабельной линии отключается от «земли». На освободившееся место монтируется датчик, а заземляющая шина кабеля подключается ко второму «посадочному месту» датчика. Конструктивное исполнение датчика таково, что он имеет практически нулевое внутреннее сопротивление и может, без ухудшения своих параметров, пропускать большие токи, возникающие во время коммутационных и переходных процессов в заземляющих жилах кабельных линий. Датчик ЧР марки «DRTD-3» для измерений в статорах электрических машинДатчик «DRTD-3» предназначен для регистрации частичных разрядов в обмотках статоров крупных электрических машин, генераторов и высоковольтных электродвигателей. При использовании для регистрации частичных разрядов в изоляции обмотки статора термометров сопротивления, встроенных в пазы статора между секциями обмотки и предназначенных для контроля температуры обмотки, необходимо использовать датчики марки «DRTD-3». Датчик состоит из трех малогабаритных высокочастотных трансформаторов серии «RFCT-3», залитых компаундом в отдельные корпуса, и расположенных на одной плате с винтовыми клеммами. Каждый модуль датчика включается в разрыв проводов, идущих от одного термометра сопротивления внутри обмотки к измерительному прибору контроля температуры. Соединительных проводов от каждого датчика внутри обмотки статора может быть три или четыре, в зависимости от используемой схемы включения термометров сопротивления. Высокочастотные сигналы от частичных разрядов в изоляции обмотки статора наводятся в самом термометре сопротивления и в соединительных проводах, проложенных внутри паза статора между секциями обмотки. Благодаря наличию высокочастотного трансформатора тока измерительные цепи контроля частичных разрядов гальванически не связаны с измерителем температуры. Сигналы от частичных разрядов с выхода трансформатора тока по коаксиальному кабелю передаются в измерительный прибор для регистрации и анализа. Монтировать датчик «DRTD-3» желательно максимально близко к месту выхода проводников от термометров сопротивления из корпуса статора электрической машины, чтобы максимально избежать затухания сигналов от частичных разрядов в соединительном кабеле. Плату датчика «DRTD-3» необходимо обязательно заземлять, используя для этого специальное крепежное отверстие. Если термометр сопротивления подключен по трехпроводной схеме, то нужно не задействовать нижние клеммы. Необходимо помнить, что нельзя изменять последовательность жил кабеля на входе и выходе датчика, чтобы не нарушить работу прибора измерения температуры. Для проведения калибровки датчиков типа «DRTD-3» необходимо использовать отключенный режим работы электрической машины, хотя само подключение датчика можно производить и в процессе работы оборудования. Скачать документацию по датчикам «RFCT»Похожие материалы:dimrus.ru Частичные разряды в изоляции высоковольтного оборудованияЧастичный 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 терминыОпределим 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 разрядаБазируясь 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:
Причины возникновения частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудованияПоявление 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:dimrus.com Вибродиагностика и измерение частичных разрядов в трансформатореРазместить публикацию Мои публикации Написать 30 ноября 2011 в 14:00Описаны методика, практические результаты вибродиагностики и измерений частичных разрядов в силовых трансформаторах. Измерения выполняются без снятия рабочего напряжения. При воздействиях на силовой трансформатор внезапных коротких замыканий возникает необходимость проверки состояния прессовки его магнитопровода и обмоток, измерения частичных разрядов. Эта необходимость возникает также при увеличении уровня вибраций и шумов трансформатора. Кроме того, причиной возникновения частичных разрядов может служить наличие примесей в масле, старение изоляции и ряд других причин. Попытки ряда исследователей выполнить нормирование разрядов успеха пока не принесли. Главной проблемой в этом является затруднение при разделении разрядов различного физического происхождения. Однако при косвенном определении наличия частичных разрядов по результатам диагностики масла измерения другими методами всегда целесообразны. Гели по результатам диагностики масла признаков частичных разрядов не обнаружено, а измерения по акустическому или электромагнитному каналу показывают их наличие, то наиболее вероятными источниками могут быть вводы или регулятор напряжения, РПН. В этом случае необходимы дополнительные исследования уже при снятом рабочем напряжении. Измерение частичных разрядов аппаратурой AR700.Аппаратура AR700 позволяет измерять частичные разряды в акустическом и электромагнитном спектрах частот. Акустические датчики располагаются по поверхности бака трансформатора, а электромагнитный датчик в цепи шины заземления. Таким образом, в снятии рабочего напряжения трансформатора необходимости нет. Возникновение разрядов одновременно во всех трех фазах маловероятно. Измерение разрядов в акустическом спектре частот позволяет успешно отстроиться от помех, всегда имеющихся в питающей сети. Недостатком метода является затруднение в нормировании разрядов, поэтому чаще всего метод используется как индикаторный. Вместе с тем имеющееся программное обеспечение аппаратуры позволяет определять место возникновения разрядов внутри бака. Обследование по акустическому каналу.По поверхности бака, исследуемого в качестве примера трансформатора, были зафиксированы признаки частичных разрядов (ЧР). На рис. 1 показан зарегистрированный акустический сигнал на временном отрезке 100 мс и его частотный спектр (между вертикальными метками). Наличие информации о самих разрядах и их частотном спектре позволяет впоследствии реализовать алгоритмы разделения разрядов по их физической природе, а следовательно открывает путь для их нормирования. Недостатком акустического измерения разрядов является большое число отражений от стенок бака и конструкций трансформатора. Этот недостаток затрудняет, кроме того, локацию места возникновения разрядов. Возникновение разрядов периодично с частотой, равной частоте питающей сети. Кроме разрядов, возникающих в трансформаторе, присутствует шум из внешней среды. При необходимости этот шум может быть отфильтрован, в простейшем случае по амплитуде. Фильтры могут работать также в функции частоты и фазы разрядов.
Обследование по электромагнитному каналу. В шине заземления измерены ЧР с уровнем до 0,08 В, возникающие на каждой полуволне напряжения сети (рис. 2).
Частичные разряды в акустическом и электромагнитном спектре частот косвенно подтверждаются данными хроматографического анализа трансформаторного масла. Однако их величина не превышает допустимых пределов. Аппаратура AR 700 успешно использовалась при диагностике кабельных линий 110 кВ и может применяться для измерения частичных разрядов высоковольтных трансформаторов тока, а также электрических машин. Результаты измерений могут архивироваться и записываться на ПЭВМ. Таким образом, эту информацию можно использовать при создании базы данных по техническому состоянию трансформаторов. Измерение вибропараметров магнитопровода и обмоток трансформатора.Измерения выполнялись в режимах холостого хода (XX) и нагрузки (РН). Алгоритм, программное обеспечение прибора для измерения вибропараметров «Диана-2М» разработаны производителем аппаратуры ПВФ «Виброцентр» (Пермь). В таблице приведены данные измерения виброскорости. СКЗ виброскорости в точках замера, мм/с
На рис. 3 6 приведены результаты обработки данных измерений на диагностируемом трансформаторе.
Общий коэффициент технического состояния трансформатора 0,94; коэффициент прессовки обмотки трансформатора 0,92; коэффициент прессовки стали трансформатора 0,96; состояние конструкции 0,96. Общее состояние трансформатора по вибропараметрам хорошее. Хорошее состояние прессовки - 1, удовлетворительное - 2. Подробнее с описанием алгоритма и способом расчета коэффициентов прессовки можно ознакомиться на сайте фирмы - производителя прибора www.vibrocenter.ru. Результаты измерений также могут архивироваться и записываться на ПЭВМ.
Практика эксплуатации прибора «Диана-2М» в ООО «ТестСервис» показала его высокую эффективность и надежность. Таким образом, диагностика масла, тепловизионные обследования, измерение частичных разрядов и вибродиагностика позволяют оценить техническое состояние трансформатора без снятия рабочего напряжения.
Автор: Л. Г. Сидельникое, А. М. Седунин, А. Ю. Сыкулев Источник: ООО «ТестСереис» 12 июля 2011 в 08:56 5531 14 ноября 2012 в 10:00 4404 27 февраля 2013 в 10:00 2669 21 июля 2011 в 10:00 2621 29 февраля 2012 в 10:00 2331 16 августа 2012 в 16:00 1990 24 мая 2017 в 10:00 1981 28 ноября 2011 в 10:00 1800 31 января 2012 в 10:00 1627 31 августа 2012 в 10:00 1278 energoboard.ru | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
, и находящимся в толще диэлектрика с диэлектрической проницаемостью 
.
). Электрическое поле внутри газового включения [6, с. 151] оказывается равным:
.
). 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:
,
— давление (атм.), 
— диаметр сферического включения [5, с. 99].
, а для больших газовых включений — наоборот, при увеличении 
,
— емкость включения, 
— емкость изоляции между поверхностью включения и электродом, 
— толщина изоляции.
) — абсолютное значение такого заряда, при мгновенном введении которого на электроды испытуемого объекта напряжение между электродами кратковременно изменится так же, как и при частичном разряде;
;
;
) частичных разрядов — приложенное к изоляции напряжение, при котором впервые появляются и, соответственно, прекращаются повторяющиеся частичные разряды.
) — доля периодов воздействующего напряжения, в которых регистрировались частичные разряды с кажущимся зарядом, равным или превышающим 
) — интервал времени от начала отсчета до момента образования частичного разряда в периоде переменного напряжения, воздействующего на изоляцию;
) — число импульсов, зарегистрированных в определенном временном интервале, деленное на интервал времени измерения.
) — зависимость количества частичных разрядов, зарегистрированных за время проведения измерений, от величины кажущегося заряда;
) — зависимость величин кажущихся зарядов от фазовых углов их появления в периоде напряжения, воздействующего на изоляцию [2, с. 49–51].
(
— 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.
, 
, 
и 
может быть определен вид дефекта, развивающегося в изоляции (таблица 1) [2, с.144].
