книги из ГПНТБ / Сви П.М. Контроль высоковольтной изоляции методом частичных разрядов

1-6 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ для КОНТРОЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ изоляции

Для того чтобы наличие частичных разрядов в изо­ ляции можно было использовать для профилактического контроля состояния высоковольтного оборудования, не­ обходимо знать:

при каких дефектах в изоляции и на какой стадии их развития возникают частичные разряды;

какова связь между степенью развития дефекта и ин­ тенсивностью частичных разрядов.

Первое условие определяет область применения ме­ тода частичных разрядов и необходимую периодичность проверок.

По своей физической сущности частичные разряды в изоляции могут свидетельствовать лишь о наличии ме­ стных, сосредоточенных дефектов. Общее ухудшение изо­ ляции (например, увлажнение), не связанное с образо­ ванием или значительным увеличением газовых включе­ ний в изоляции, методом частичных разрядов выявле­ но быть не может.

Следовательно, методом частичных разрядов могут быть выявлены расслоения изоляции, образование газо­ вых включений (каверн), трещины, повреждения, свя­ занные с прорастанием путей поверхностных разрядов и значительным изменением распределения .напряжения по изоляции.

Периодичность испытаний изоляции при существую­ щих в настоящее время методах профилактики опреде­ ляется скоростью развития дефекта и устанавливается такой, чтобы вероятность аварийного пробоя изоляции в период между испытаниями была достаточно малой. Это положение также относится и к методу частичных разрядов, однако при этбм следует учитывать особенно­ сти протекания процесса частичных разрядов.

Процесс возникновения и развития частичных разря­ дов в дефектных изоляторах зависит от большого коли­ чества трудно учитываемых факторов, поэтому можно говорить лишь о вероятности обнаружения дефектного изолятора, связанной с определенной периодичностью измерений. В ряде случаев эта периодичность совпадает с периодичностью, устанавливаемой по скорости разви­ тия дефекта. Однако иногда период интенсивных разря­ дов будет меньше, и поэтому он, а не опасность аварий­

10

ного повреждения изоляции будет определять частоту 'измерений. Достаточно частое (в пределе непрерывное) измерение частичных разрядов обеспечивает полное вы­ явление всех дефектов, которые могут быть обнаружены^ рассматриваемым методом.

Однако частые измерения могут оказаться экономи­ чески невыгодными. Поэтому одной из задач методики профилактики изоляции по частичным разрядам являет­ ся определение экономически оправданной периодично­ сти измерений, обеспечивающей необходимую вероят­ ность выявления дефектов изоляции.

Второе условие говорит об установлении браковоч­ ных нормативов. Здесь также имеется отличие от обще­ принятых представлений. Такие известные характери­ стики состояния изоляции, как, например, tgö или элек­ трическая прочность, как правило, необратимо изменя­ ются с ухудшением изоляции. Поэтому мол-сно устано­ вить браковочный норматив, указывающий на то, что дальнейшее ухудшение состояния изоляции грозит ава­ рийным выходом ее из работы.

Подобной однозначной связи между интенсивностью частичных разрядов и степенью развития дефекта в изо­ ляции не существует. Правда, общая тенденция такая же: с увеличением размеров включения (развитием де­ фекта) амплитуда разрядов растет. При контроле изоля­ ции методом частичных разрядов браковочным нормати­ вом является сам факт появления частичных разрядов или увеличение их интенсивности сверх нормального уровня.

Частичные разряды в дефектной высоковольтной изо­ ляции являются источниками мощных радиопомех. Поэтому (быстрое выявление таких изоляторов необхо­ димо и с точки зрения обеспечения нормальной раооты радио, телевидения и высокочастотной связи.

Метод частичных разрядов должен применяться на­ ряду с остальными методами профилактических испы­ таний (измерение tgö, сопротивления изоляции, измере­ ние абсорбционных характеристик, испытание повышен­ ным напряжением и т. п.). Эффективная отбраковка по­ врежденной изоляции возмояша лишь при сопоставлении данных измерений, проведенных всеми методами профи­ лактических испытаний, ибо эти методы дополняют друг друга.

11

Каждый результат измерения частичных разрядов нельзя сравнивать с результатами других испытаний. Во многих случаях объект, в изоляции которого проис­ ходят интенсивные частичные разряды, не будет отбра­ кован другими методами. Однако иногда на более 'позд­ ней стадии развития дефекта он не может быть выявлен методом частичных разрядов, но обнаруживается дру­ гими способами.

Следует отметить одну существенную особенность ме­ тода частичных разрядов — возможность контроля обо­ рудования под рабочим напряжением, что не только сни­ жает трудоемкость работы по профилактике изоляции (отпадает необходимость в значительном количестве от­ ключений оборудования), но и позволяет организовать непрерывный контроль за состоянием оборудования, не выводя его из работы. Последнее может существенно по­ высить эффективность выявления дефектной изоляции и снизить количество повреждении оборудования. При этом всесторонним испытаниям с выводом из работы бу­ дут подвергаться лишь те аппараты и машины, в изоля­ ции которых будет обнаружено наличие дефектов.

ГЛАВА ВТОРАЯ

ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

2-1. УСЛОВИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТНОГО ИЗОЛЯТОРА

Наличие в изоляции частичных разрядов является признаком ее дефектности. Однако не всякий дефект мо­ жет быть выявлен путем измерений в эксплуатационных условиях. Дело осложняется тем, что измерения ведутся в условиях помех.

Для обнаружения методом частичных разрядов де­ фектного изолятора необходимо, чтобы на выходе изме­ рительного прибора уровень сигнала, полученного от ча­ стичных разрядов в изоляции, превышал уровень помех.

Задача обнаружения частичных разрядов в изоляции в условиях эксплуатации — это, практически, задача из­ бавления от помех. Именно низкой помехоустойчивостью применяемой аппаратуры и недостаточным вниманием к этим вопросам можно объяснить ряд неудач, имевших место при внедрении метода частичных разрядов в экс­ плуатацию.

12

2-2. ПОМЕХИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

Помехами при измерении частичных разрядов могут являться любые процессы в сети, связанные с резкими изменениями тока. К таким процессам относятся комму­ тации в силовых цепях, емкостные разряды, искрение щеток электромашин и плохих контактов и т. п.

Но основным источником помех являются коронные разряды на проводах, арматуре и оборудовании линий электропередачи и распределительных устройств.

Как известно, короной называют неполный разряд, возникающий в местах, где вследствие резко неравно­ мерного распределения электрического поля создаются условия для ионизации. При этом разряд охватывает лишь небольшую зону вблизи электродов с большой кри­ визной (выступы провода, острия). Коронные разряды развиваются в виде коротких импульсов ионизации, ко­ торые происходят за время ІО- 8—10~7 сек. При отрица­ тельной короне единичный импульс ионизации, вызван­ ный лавиной, распространяющейся с катода, прерывает­ ся возникшим пространственным зарядом; вслед за ним возникает другой импульс. Таким образом, получается последовательность импульсов одинаковой амплитуды, частота следования которых определяется напряжением и геометрией коронирующих электродов.

Положительная корона носит стримерный характер; единичный импульс ее образуется рядом следующих друг за другом и сливающихся лавин электронов, дви­ жущихся по направлению к аноду.

На рис. 2-1 приведена осциллограмма тока цилиндри­ ческого конденсатора с коронирующим средним электро­ дом (проводом), на которой видна серия импульсов не­ большой амплитуды в отрицательном полупериоде и не­ сколько коротких импульсов большой амплитуды в по­ ложительном. Хотя амплитуда импульсов положитель­ ной короны, значительно превышает амплитуду импуль­ сов отрицательной короны, среднее значение помех, вы­ зываемых короной на проводе в отрицательный полупериод промышленной частоты, значительно . выше (рис. 2-2). Длительность импульса тока короны порядка 5-10~8се/с, поэтому частотный спектр этого импульса практически мало отличается от спектра импульса тока частичного разряда (:§ 1-2). Однако частотный спектр

13

помех от коронных разрядов на линиях передач не зани­ мает столь широкой полосы частот. Это может быть объяснено тем, что помехи от коронных разрядов, изме­ ряемые на линиях передач, создаются в основном не импульсом тока разряда, а током переходного процесса,

мешающее влияние іна приборы для измерения ча­ стичных разрядов. А поскольку составляющие высших частот при распространении вдоль линии быстро зату­ хают, частотный спектр радиопомех от короны на ли­ ниях электропередачи практически оканчивается на ча­ стотах порядка 10—20 Мгц. Это видно на рис. 2-3, где приведены результаты измерений уровня помех от ко­ роны на ряде линий электропередачи (кривые 1—7).

Ввиду того что помехи вызваны источниками корон­ ных разрядов, расположенными на достаточно большой длине провода, прибором принимаются импульсы раз­ личных амплитуд. Амплитуды этих импульсов зависят

И

от случайных данных большого количества коронирующих точек и поэтому подчиняются статистическим зако­ нам. На различных линиях в зависимости от состояния

Рис. 2-3. -Уровень радиопомех от короны на'линиях высокого напряжения.

/—69'лга; 2—230 кв; 3—115 кв; 4—275 кв; 5 и 6—

280 кв; 7—138 кв; S—теоретический спектр тока частичного разряда.

Рис. 2-4. Кривые распределения импульсов короны на линиях по относительным ампли­ тудам.

1— ПО кв; 2—ПО кв с повышенным уровнем коро-

нііровання; 5—220 кв; 4—400 кв.

поверхности проводов, напряжения и метеорологических условий кривые распределения импульсов по относитель­ ным амплитудам (А/Амакс) отличаются друг от друга, однако сохраняются общий ход кривых и отсутствие на них точек перегиба (рис. 2-4).

2-3. ОСНОВНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИБОРЫ

Внешними проявлениями частичных разрядов в изо­ ляции являются наличие импульсов напряжения на объекте и тока переходного процесса в цепи. Сам ток частичного разряда не может быть непосредственно из­ мерен, однако вызываемые нм быстрые изменения элек­ тромагнитного поля могут быть отмечены достаточно чувствигельным прибором.

Таким образом, в основу 'методов обнаружения ча­ стичных разрядов :в изоляции может быть положено об­ наружение импульса напряжения или импульса тока пе­ реходного процесса в цепи іи излучения от тока частич­ ного разряда.

Приборы для контроля изоляции по частичным раз­ рядам могут быть разделены на две основные группы: приборы для непосредственного включения в испыта­ тельную схему и приборы, не требующие электрической связи с контролируемым объектом. Последняя группа приборов дает возможность контроля оборудования под рабочим напряжением, что является одним из основных преимуществ применения метода частичных разрядов для профилактики изоляции.

По установившейся терминологии приборы, приме­ няемые в схемах непосредственного включения, называ­ ются индикаторами частичных разрядов (ИЧР). Изме­ рения ИЧР производятся, как правило, во время испыта­ ния изоляции приложенным повышенным напряжением. Индикатор частичных разрядов состоит из входного шун­ та 1 (рис. 2-5,а), усилителя 2 и измерительного устрой­ ства— лампового вольтметра 3 или осциллографа 4.

Основными схемами включения ИЧР являются: схе- ’ ма последовательного включения, схема с разделитель­ ным конденсатором ,и 'мостовая схема.

При правильном выборе параметров элементов эти схемы имеют практически одинаковую чувствительность.

16

■Высоковольтный конденсатор С в схеме последова­ тельного включения предназначен для создания пути ма­ лого сопротивления высокочастотным составляющим то­ ков, протекающих через измерительный шунт ИЧР. Кро­ ме того, через этот конденсатор замыкаются, не попадая в ИЧР, токи помех, создаваемых испытательным транс­ форматором и сетью.

Если низковольтный электрод испытываемого объек­ та заземлен, то ИЧР можно .включить последовательно с высоковольтным конденсатором, который в данном случае играет роль разделительного (рис. 2-5,6). Если емкость конденсатора С значительно превышает вход-

Рис. 2-5. Схемы включения ИЧР.

а —схема последовательного включения; б — схема с разделительным конденсатором.

ную емкость испытательного трансформатора, то почти все высокочастотные составляющие тока будут проте­ кать через измерительный шунт ИЧР.

Большой интерес представляет мостовая схема вклю­ чения ИЧР из-за повышенной ее помехоустойчивости

(см. § 2-5).

К приборам, предназначенным для контроля изоля­ ции под рабочим напряжением, относятся высокочастот­ ные дефектоскопы и индикаторы радиоизлучений частич­ ных разрядов. Высокочастотные дефектоскопы имеют с объектом индуктивную связь, осуществляемую при по­ мощи специального щупа 1 (рис. 2-6,6). Щуп подносится к заземлению контролируемого объекта, по которому протекает ток переходного процесса, вызванный частич­ ными разрядами в изоляции. Индуктированная в щупе

J

этігм током э. д. с. затем усиливается усилителем 2 и из­ меряется прибором 3.

Принципиально возможно применение в дефектоско­ пе тіе индуктивного, а емкостного щупа. В этом случае прибор будет реагировать на импульс напряжения, воз­ никающего на объекте при частичном разряде. Однако емкостный щуп не нашел широкого применения.

Дефектоокоп, как и ИЧР, может быть применен не только в схеме последовательного включения, но и в схе-

Рас. 2-6. Схемы обнаружения частичных разрядов в условиях эксплуатации.

а—индикатор радиоизлучений частичных разрядов; б — высокочастотный дефектоскоп.

ме с разделительным конденсатором. В качестве разде­ лительного конденсатора может быть использован любой аппарат подстанции, имеющий достаточную емкость.

Индикаторы радиоизлучений частичных разрядов (ИРИ) связываются с объектом при помощи антенны 5 (рис. 2-6,а), воспринимающей излучение, вызванное то­ ком частичного разряда.

Дефектоскопы и индикаторы радиоизлучения явля­ ются полевыми приборами, которые должны легко пере­ носиться и иметь автономное питание (батареи, аккуму­ ляторы). Поэтому на выходе этих приборов, как прави­ ло, имеется стрелочный индикатор, а не осциллоскоп.

13