4. Контроль изоляции по интенсивности частичных разрядов

Для выяснения наиболее важных закономерностей развития частичных разрядов (ЧР) воспользуемся схемой замещения (рис. 11.6).

Рис. 11.6. Схема развития частичных разрядов в газовом включении:

  C_в - емкость газового включения, С_т - емкость части изоляции, включенной последовательно с газовым включением, C_a - емкость оставшегося массива изоляции

Напряжение на воздушном включении:

При достижении пробивного напряжения газового включения U_в-пр происходит пробой включения, напряжение на нем резко снижается до уровня напряжения гашения U_в-г .

После этого, если напряжение на всей изоляции продолжает возрастать, снова начинается рост напряжения на газовом включении и может произойти новый пробой, то есть в газовом включении происходят многократные пробои промежутка.

Графическое изображение зависимости напряжений от времени показаны на рис. 11.7 при условии подачи напряжения в нулевой момент времени.

Рис. 11.7. Зависимость напряжений от времени при частичных разрядах

Наибольшее распространение для обнаружения частичных разрядов получил электрический метод, сущность которого состоит в регистрации скачка напряжения на изоляции Δu , происходящего при частичном разряде.

Скачок напряжения происходит за время порядка 10^-7..10^-8 с и пропорционален энергии частичного разряда.

На рис. 11.8 показана схема установки для измерения параметров частичных разрядов.

Рис. 11.8. Схема установки для измерения характеристик частичных разрядов в изоляции

Такая схема регистрирует скачкообразное снижение напряжения на испытуемой изоляции при каждом частичном разряде и частоту следования разрядов.

C_ВХ - емкость входных цепей измерительной части установки. Если C_ВХ<< C₀, C₀<<C_X , то скачок напряжения на входе измерительной части практически равен скачку напряжения на испытуемой изоляции.

Тепловизионный контроль

позволяет выявить наличие дефекта в оборудовании даже без соприкосновения с самим оборудованием, то есть дистанционно, не подвергая опасности персонал.

Тепловизор фиксирует информацию о предмете, считывая температурные показатели с поверхности предмета.

Вследствие этого можно получить полную информацию об объекте, в том числе и его внутренних процессах по температурным аномалиям. Тепловизор позволяет преобразовывать полученную информацию в тепловом (инфракрасном) излучении в картинку, на которой ясно видны «проблемные участки».

Отличительная сторона тепловизионного контроля — это измерение температуры того, что измерить любой другой измерительной аппаратурой крайне затруднительно по причине невозможности прямого контакта.

Например — высоковольтные линии передач. Здесь проведение дистанционного измерения с помощью инфракрасной диагностики просто вне конкуренции.

• Методы неразрушающих профилактических испытаний изоляции

Испытания изоляции повышенным напряжением позволяют выявить многие дефекты (особенно сосредоточенные), не обнаруживаемые иными методами.

При этом дефектная изоляция пробивается. Вместе с тем приложение высокого напряжения или излишне большая выдержка может вызвать появление повреждений в исправной изоляции.

Поэтому:

1. профилактические и послеремонтные испытания изоляции производятся после контроля ее состояния неразрушающими методами;

2. значение испытательного напряжения берется на 10-15% ниже значения испытательного напряжения по ГОСТ 1516.2-97 для изоляции нового выпускаемого заводом оборудования.

При испытаниях повышенным напряжением используются три основных вида испытательных напряжений:

-повышенное напряжение промышленной частоты,

-повышенное постоянное напряжение,

-импульсное испытательное напряжение (стандартные грозовые импульсы).

Основным видом испытательного напряжения является напряжение промышленной частоты.

Время приложения такого напряжения - 1 мин, и изоляция считается выдержавшей испытания, если за это время не наблюдалось пробоя или частичных повреждений изоляции.

В некоторых случаях проводят испытания напряжением повышенной частоты (обычно 100 или 250 Гц).

При большой емкости испытуемой изоляции (при испытании кабелей, конденсаторов) требуется применение испытательной аппаратуры большой мощности, поэтому такие объекты чаще всего испытываются повышенным постоянным напряжением.

Перенапряжения в электроустановках и защита от них

Перенапряжением называют всякое превышение напряжения амплитуды наибольшего рабочего напряжения.

Длительность перенапряжения может составлять от единиц микросекунд до нескольких часов.

Воздействие перенапряжения на изоляцию может привести к ее пробою.

Перенапряжения в электроустановках можно разбить на две группы – в н е ш н и е и в н у т р е н н и е.

Внутренние перенапряжения возникают при резонансных явлениях, при авариях и при коммутациях элементов электрической цепи.

Атмосферные перенапряжения подразделяются на:

-перенапряжения прямого удара молнии;

-индуктированные перенапряжения.

Импульсы перенапряжений распространяются в виде волн на значительные расстояния от места возникновения.

Набегающие волны могут представлять опасность для электрооборудования подстанций, электрическая прочность которого ниже, чем у линейной изоляции.

Внутренние перенапряжения по длительности и по причине возникновения делятся на

-квазистационарные;

-коммутационные.

Квазистационарные перенапряжения продолжаются от единиц секунд до десятков минут и в свою очередь подразделяются на режимные, резонансные, феррорезонансные и параметрические.

Режимные перенапряжения возникают при несимметричных коротких замыканиях на землю, а также при разгоне генератора в случае резкого сброса нагрузки.

Резонансные перенапряжения имеют место при возникновении резонансных эффектов в линиях (при одностороннем питании линии), в электрических цепях при наличии реакторов.

Феррорезонансные перенапряжения возникают в цепях с катушками с насыщенным магнитопроводом, что может быть как на частоте 50 Гц, так и на высших гармониках и на субгармониках. Особенностью феррорезонанса является скачкообразный вход в режим резонанса (триггерный эффект).

Коммутационные перенапряжения возникают при переходных процессах и быстрых изменениях режима работы сети (при работе коммутационных аппаратов, при коротких замыканиях и при прочих резких изменениях режима).

Волновые процессы в линиях электропередач

• Электромагнитная волна на линии без потерь

В реальных ЛЭП волновой процесс при высоких напряжениях сопровождается потерями энергии на нагрев проводов и корону и описывается дифференциальными уравнениями

Для ЛЭП 110 кВ и выше Ом/км

В волновом режиме скорости изменения тока велики и сопротивление значительно возрастает за счет вытеснения тока к поверхности земли. Уменьшение амплитуды волны происходит за счет рассеяния электромагнитной энергии на джоулево тепло.

Рис. 13.1. Деформация волны при пробеге вдоль линии l, удельном сопротивлении грунта ᵖ , волновом сопротивлении линии z, высоте подвеса провода h

- эквивалентная длина фронта волны

Волновое сопротивление воздушных ЛЭП

где hпр - высота подвеса провода, а rпр - его радиус.

Для воздушных ЛЭП z = 400 Ом, для кабельных – z = 5-40 Ом (в зависимости от сечения и толщины изоляции кабеля).

• Преломление и отражение волн Рис.12.2. Падение волны на узловую точку ЛЭП

α – коэффициент преломления

коэффициент отражения

Если (разомкнутый конец первого участка), то =2, =1

Таким образом при набегании электромагнитной волны на разомкнутый конец линии происходит удвоение напряжения в узловой точке.

При (короткозамкнутый конец первого участка) =0, = -1, то есть в узловой точке напряжение будет равно нулю.

Коэффициенты α и β могут изменяться в пределах

1+β=α

• Эквивалентная схема замещения при волновых процессах

Рис. 13.3. Исходная схема

э квивалентная схема (рис. 12.4), состоящая из генератора с э.д.с. холостого хода, равной

и внутренним сопротивлением линии Z, по которой набегает волна; к зажимам генератора подключены сопротивления, емкости и индуктивности, присоединенные к узловой точке.

• Прохождение электромагнитной волны через индуктивность и мимо емкости

1)

2)

Рис. 13.6. Прохождение волны через индуктивность (1) и мимо емкости (2)

емкость С или индуктивность L сглаживает фронт проходящей волны в соответствии с постоянной времени Т, амплитуда преломленной волны остается без изменения.

На п/ст с воздушными линиями для сглаживания фронта проходящей волны особенно эффективно применение емкостей, на п/ст с кабельными линиями – индуктивностей.

Емкости С и индуктивности L на преломленную волну действуют идентично.

Отраженные же волны существенно отличаются в обеих схемах.

Емкость в начале процесса эквивалентна закороченной цепи и в первый момент времени β = -1.

В схемах с индуктивностью волна в начале процесса отражается как от разомкнутого конца, то есть β = 1.

Рис. 13.7. Форма преломленной и отраженной волны при прохождение через индуктивность (1) и мимо емкости (2)

Защитное действие емкости простирается по всем направлениям, в то время как индуктивность, сглаживая проходящую волну, создает подпор напряжения со стороны падающей волны.

• Влияние импульсной короны на волновой процесс

Импульсная корона, возникающая на проводах при высоких напряжениях импульсной волны, оказывает существенное влияние на волновой процесс.

Импульсная корона имеет стримерную структуру и состоит из множества радиально направленных светящихся нитей – стримеров.

Вследствие наличия значительного заряда в чехле импульсной короны емкость провода увеличивается, что ведет к уменьшению скорости распространения волны и снижению волнового сопротивления провода.

Для коронирующей линии удобно ввести понятие динамической емкости которая определяется наклоном касательной к вольт-кулоновой характеристике импульсной короны (рис. 13.8)