книги из ГПНТБ / Сви П.М. Контроль высоковольтной изоляции методом частичных разрядов
.pdfГ Л А В Н О Е Э Н Е Р Г Е Т И Ч Е С К О Е У П Р А В Л Е Н И Е ПР И Г О С П Л А Н Е СССР (С О Ю 3 Г Л А В Э Н Е Р Г О)
-'•'^ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТРЕСТ ПО ОРГАНИЗАЦИИ И РАЦИОНАЛИЗАЦИИ
РАЙОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И СЕТЕЙ (ОРГРЭС)
^К О Н Т Р О Л Ь
высоковольтной изоляции
МЕТОДОМ
ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ
Г О С Э Н Е Р Г О И З Д А Т
ГЛАВНОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРИ ГОСПЛАНЕ СССР (СОЮЗГЛАВЭНЕРГО)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТРЕСТ ПО ОРГАНИЗАЦИИ И РАЦИОНАЛИЗАЦИИ
РАЙОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И СЕТЕЙ (ОРГРЭС)
П. М. СВИ
К О Н Т Р О Л Ь
ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ
МЕТОДОМ
ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА |
1962 |
ЛЕНИНГРАД |
. СОСТАВЛЕНО-EfÖPO ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ОРГРЭС
Редактор инж. Б. А. Алексеев
ПРЕДИСЛОВИЕ
Метод контроля состояния высоковольтных установок, осно ванный на обнаружении частичных разрядов в поврежденной изо ляция, давно привлекает к себе внимание работников эксплуа тация.
Основным достоинством метода является возможность кон троля под рабочим 'напряжением без вывода оборудования из ра боты. Кроме того, этим методом выявляется ряд дефектов, не обнаруживаемых другими видами профилактических испытаний изоляции. В ряде случаев применение метода частичных разрядов может уменьшить затраты на профилактику изоляции. Однако, не смотря на это, метод частичных разрядов до снх пор не получил должного применения в практике энергосистем. Отчасти это может быть объяснено относительной сложностью применяемой аппара туры п недоработанностыо методики измерений. Кроме того, из-за отсутствия обмена опытом, лица, начинающие работу по контролю изоляции методом частичных разрядов, много времени и сил за трачивают на выяснение фактов уже известных их предшествен никам.
Настоящая работа представляет собой попытку обобщить на копившийся за последние годы материал, который помог бы экс плуатационному персоналу энергосистем правильно производить измерения и продолжать разработку метода частичных разрядов. При этом использовались как литературные источники и опыт энер госистем, проводящих работу в указанной области (Донбассэнерго, Мосэнерго), так и результаты работ ОРГРЭС совместно с рядом энергосистем (Альметьевское управление электросетей, Днепроэнерго, Латвэнерго, Свердловэнерго).
Учитывая, что предлагаемая вниманию читателей работа не лишена недостатков и не может дать исчерпывающих сведений, необходимых для ведения работ в области применения метода ча стичных .разрядов, автор заранее благодарит всех лиц, которые сочтут возможным прислать замечания, направленные на улучше ние содержания книги.
Редактор Копейкина Л. В. |
|
Техн. редактор Ларионов Г. Е. |
||
Сдано |
в набор І7/ѴІІ 1962 г. |
|
Подписано к печати 5/Х 1962 г. |
|
Т-10951 |
Бумага 84X108Ѵм |
6,15 печ. л. |
Уч.-нзд. л. G,4 |
|
Тираж 8 400 экз. |
Подписное издание |
Зак. 2503 |
||
|
Типография Госэнергоиздата. |
Москва, Шлюзовая наб., |
10. |
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ В ДИЭЛЕКТРИКАХ
1-1. ЧАСТИЧНЫЙ РАЗРЯД
При длительном воздействии эксплуатационных фак торов (изменения температуры, механические воздей ствия и т. п.) в диэлектрике возникают посторонние, как правило, газовые (воздушные) включения. Схема заме
щения |
такого диэлектри |
|
||
ка может быть представ |
|
|||
лена (рис. 1-1) в виде |
|
|||
емкости |
включения |
Св, |
|
|
последовательно с ней со |
|
|||
единенной |
емкости части |
|
||
твердой изоляции Ст, си |
|
|||
ловые линии поля кото |
|
|||
рой проходят через В'КЛЮ- |
рис щ Схема замещения диэлек- |
|||
чение, |
и |
емкости |
Сд |
трика с газовым включением, |
остальной |
части - диэлек |
|
трика. Напряженность электрического поля в газовом включении превышает напряженность поля в твердом диэлектрике, ибо диэлектрическая постоянная sT послед него всегда выше, чем у газа (ев= 1).
Если включение имеет форму тонкой прослойки, то при приложении к диэлектрику напряжения Uo напряже ние UB на включении будет равно:
U в = |
Ст и — U. |
( 1- 1) |
|
Г + С » ° |
|
|
• + 1 |
|
где сіт, dB— толщины твердой изоляции и газового вклю чения.
Когда напряжение іна включении станет равным на чальному напряжению ионизации 1)ВЛ1, произойдет ча
о
стичный разряд емкости включения. На схеме замеще ния это показано включением параллельно емкости Св искрового промежутка с разрядным напряжением UB.и.
При этом напряжение на объекте U0.v, которое назовем |
|||
Кб |
|
напряжением возникновения |
|
|
разряда, |
будет равно: |
|
WO и |
------------------- q |
||
|
|
|
|
|
|
ТТ |
_ Ст+ Са и |
W
с ' о . р — — п ----------- |
^ В . П |
|
|
|
|
|
|
= C/,.h ^ + |
1 J - (1-2) |
||
0J |
|
|
|
PS |
Можно считать, что разряд |
||||
> |
W |
wo |
W00 |
во |
включении |
принимает |
|||
|
см ■.к.и pm. cm. |
|
|
форму сосредоточенного ис |
|||||
Рис. 1-2. Зависимость разряд |
|||||||||
крового разряда. |
|
||||||||
ного напряжения U от произве |
|
Исследования |
показали, |
||||||
дения величин искрового про |
что |
||||||||
межутка 5 и давления р |
|
начальное напряжение |
|||||||
|
(закон |
Пашена). |
|
|
ионизации |
во |
включении |
||
|
|
|
|
|
имеет такую |
же |
величину, |
как при разряде между металлическими электродами* и подчиняется закону Пашена (рис. 1-2).
При разряде в газовом включении напряжение на - нем L1B,II падает до величины UBA<. Величина скачка на пряжения AUB—Un.n—UBM может сильно колебаться, од
нако в большинстве |
случаев можно |
принять, что |
AUB~ UBB. |
|
|
1-2. ИМПУЛЬС ТОКА ЧАСТИЧНОГО РАЗРЯДА |
||
Частичный разряд |
в изоляции — это |
разряд через |
искру емкости Св газового включения.
Исследования искрового разряда емкости [Л. 4] по казали, что процесс пробоя искрового промежутка длит ся доли микросекунды. Напряжение на емкости U (рис. 1-3) сначала резко (за время А) спадает до ве личины U'=kiU—(0,\->rQ,A)U, затем наступает некото рое замедление.
При разряде в воздухе и нормальном давлении дли тельность начальной стадии искры t\ лежит в пределах (0,3-нІ) ІО-8 сек. Средняя длительность всего процесса пробоя
^ = (1,5-г 2,5) ІО-7 сек.
4
Ход 'кривой напряжения ів начальной стадии искры мо
жет быть представлен зависимостью u = U e~at, причем в большом диапазоне значений емкости и напряжения среднее значение 'величины а может быть принято рав ным 1,75 • ІО8 сек~\
Рис. 1-3. Импульс напряжения при частичном разряде.
Учитывая, что за время начальной стадии искры на пряжение на газовом включении упадет до величины С/,В=Л1£/В.н, найдем ток частичного разряда
iP = CB^ = ak1Us.liCse - at= I pe-'u. |
(1-3) |
Ввиду кратковременности этого импульса тока ам плитуда его значительна даже при небольшой емкости объекта. Примем для ориентировки
CD= |
10 пкф, и в.ц = |
3 кв, а = 1 ,7 5 -ІО3 и £1= 0,4, |
тогда |
амплитуда тока |
разряда |
|
I р — |
нДв— 2,1 Cl. |
Длительность импульса — порядка |
ІО-8 т с . |
|
Такой импульс тока можно представить.в виде суммы |
||
гармонических колебаний со спектральной плотностью G |
||
G = |
b |
(1-4) |
|
/ а 2 + со2 ' |
|
Из ігра’фиіка этой 'функции, приведенного иа рис. 1-4, следует, что в импульсе тока частичного разряда име
5
ются составляющие в широком диапазоне частот вплоть до сотен мегагерц.
Следует отметить, что рассматриваемый случай отно сится к числу значительных дефектов изоляции. Вообще
Рис. 1-4. Частотный спектр тока частичного разряда.
же газовые включения в диэлектрике во многих слу чаях имеют меньшие размеры. Разряды в таких включе ниях имеют еще меньшую длительность.
1-3. ИМПУЛЬС НАПРЯЖЕНИЯ НА ОБЪЕКТЕ
При частичном разряде в газовом включении проис ходит нейтрализация некоторого заряда
A QB= AUSCB. |
(1-5) |
На эквивалентной схеме (рис. 1-5) |
разряд емкости |
Св заменен .включением параллельно ей напряжения, равного по величине AUB и противоположного ему по
, |
знаку. |
Тогда снижение |
напряже- |
||||
ния |
на |
емкости объекта будет |
|||||
т равно: |
|
|
|
|
|
||
|
|
Ш о = |
• г |
- Д£/„. |
(1-5а) |
||
|
|
|
|
•Од |
О т |
|
|
Рис. 1-5. Схема для рас- |
Как |
правило, |
Ся> Ст, |
поэтому |
|||
чета процесса частичного |
можно считать, |
что |
величина им- |
||||
разряда. |
пульса |
напряжения |
на |
объекте, |
|||
|
вызванного |
частичным |
разря |
дом, обратно пропорциональна емкости изоляции объекта.
Учитывая равенство (1-5), получим, что величина па
дения напряжения на объекте, |
вызванного частичным |
|||
разрядом в емкости включения, равна: |
|
|||
А£/. |
СТ |
ліЗв |
( 1- 6) |
|
С д + С Т |
с Г |
|||
|
|
Процесс снижения напряжения на объекте определяется лишь скоростью нейтрализации заряда во включении, т. е. током частичного разряда. Поэтому
Ди0= А£/0(1- в - в'). |
(1-7) |
где а — коэффициент затухания тока частичного |
разря |
да (1-3). Так как величины емкости Св включения и по следовательно с ней соединенной емкости твердой изоля ции Ст неизвестны, для характеристики процесса иони зации удобно ввести понятие кажущейся интенсивности ионизации AQo
AQ0= A Q b£ , |
(1-8) |
|
тогда [из формул (1-6) и (1-8)] следует: |
|
|
W 0 = |
- p , |
(1-9) |
|
и0 |
|
где С0= Сд -f- Ст — емкость объекта. |
возможность |
|
Полученное соотношение |
(1-9) дает |
производить калибровку измерительных схем, ибо, со здавая в собранной схеме толчок напряжения известной величины и зная емкость объекта и схемы, можно про градуировать прибор в величине кажущейся интенсив ности ионизации AQo.
1-4. ИМПУЛЬС ТОКА ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА В ЦЕПИ
При частичном разряде в газовом включении напря жение на объекте почти мгновенно упадет на величину
АС/о ■(§ 1-3). Поэтому в общей схе |
|
|
ме установки возникает переходный |
|
|
процесс, вызванный током заряда |
|
|
емкости объекта і (рис. 1-1). Про |
|
|
стейшая схема замещения (рис. 1-6) |
|
|
в рассматриваемом случае представ |
Рис. 1-6. Схема заме |
|
ляет собой емкость объекта С0с по |
||
щения при частичном |
||
следовательно включенным полным |
разряде. |
|
сопротивлением Z всей цепи, к ко |
|
торым в момент частичного разряда прикладывается напряжение Ди0 (1-7).
(Величина и характер возникшего при этом тока обу словливаются параметрами цепи и поэтому в каждом конкретном случае будут различными. Ток может иметь форму как апериодического, так и колебательного им пульсов.
1-5. ПЕРИОДИЧНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РАЗРЯДОВ
Выше был рассмотрен процесс, происходящий в ди электрике, имеющем газовое включение, при единичном разряде.
Однако даже при приложении постоянного напряже ния во включении будут происходить периодические раз ряды. При разряде во включении напряжение на нем снизится на величину Af/B. ’Вслед за этим произойдет пе рераспределение зарядов пропорционально сопротивле ниям участков диэлектрика, напряжение на включении опять достигнет разрядного (£/в.и) и произойдет следую щий разряд.
При переменном напряжении в каждом полупериоде может произойти несколько разрядов. Поле заряда, возникшего в газовом включении в результате иониза ции (при первом разряде), снижает напряжение на нем на величину AUB. Если напряжение на объекте будет продолжать возрастать, то может возникнуть следую щий разряд. Для этого необходимо, чтобы приложен ное к включению напряжение на включении достигло величины Дв.н+АДе.
При перемене знака напряжения в следующий полупериод поле заряда, возникшего на границах включения при предыдущих разрядах, будет складываться с полем приложенного напряжения, что вызовет очередной раз ряд при более низком напряжении. В следующий полупериод приложенного напряжения описанный процесс повторится. Рассмотренная картина разрядов в газовом включении практически редко встречается в чистом ви де. Явление усложняется наличием эффекта полярности (различными разрядными напряжениями разных зна ков), различной величиной снижения напряжения при разряде (АДВ) и т. п.
Кроме того, даже в одном включении из-за неравно мерного распределения заряда по его границам разряд может произойти не в том месте, где был предыдущий. Часто в дефектной высоковольтной изоляции встречается
8
значительное количество включений, в которых одновре менно происходят разряды.
Несмотря на это, представленный выше процесс воз никновения разрядов в диэлектрике может быть полез ным при рассмотрении ряда практически встречающихся случаев.
В качестве примера рассмотрим случай, когда на пряжение на включении ІІВ ниже разрядного UB,n, но НВ.„<2НВ (рис. 1-7). Если в момент времени t\, по ка кой-либо причине во включении произойдет случайный разряд, а в следующий полупериод напряжение на вклю чении и в+ и в.ш (с учетом поверхностного заряда) пре-
Рис. 1-7. Процесс нестабильных частичных разрядов.
-------------приложенное напряжение;--------------напряжение на газовом включения.
высит разрядное, то будут продолжаться регулярные разряды — по два в каждый период приложенного на пряжения.
Если затем очередной разряд возникнет несколько раньше (момент t2), то в следующий полупериод напря жение на включении (UB + UB.B$ окажется ниже разряд ного и разряды погаснут.
Таким образом, возможно возникновение серии раз рядов во включении даже в том случае, если приложен ное к нему напряжение ниже разрядного, но превышает половину последнего. Разряды эти нестабильны: возник нув от случайной причины, они имеют склонность к самопогасанию. Практически с нестабильными разрядами приходится встречаться довольно часто при контроле фарфоровых подвесных изоляторов на линиях электро передачи.
9