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

Следовательно, при $ = 1000 ом и Сэ—500 пкф для уси­ ления входного сигнала ИЧР должен иметь усилитель с полосой пропускания от 0 до 2 Мгц. Усилители с та­ кой широкой полосой усиления достаточно сложны. Кро­ ме того, на входе усилителя, кроме входного шунта R, необходимо иметь хороший фильтр, избавляющий от по­ мех со стороны промышленной частоты и ее гармоник.

Рис. 2-8. Напряжение на активном (а) и индуктив­ ном (б) входном шунте.

Поэтому в качестве входного шунта в ИЧР целесооб­ разно применить катушку индуктивности L. В этом слу­ чае испытательная схема будет представлять собой ко­ лебательный контур, и импульс «а входе ИЧР имеет вид затухающего синусоидального колебания (рис. 2-8,6) с частотой

где

рис. 2-8,6) определяется в основном омическим сопротив­ лением катушки индуктивности.

20

Добротность катушки индуктивности

(2-4)

Из (243) и (2-4) следует, что при данной частоте коле­ баний образовавшегося колебательного контура полоса частот, которую необходимо усилить, зависит от доброт­ ности этого контура, определяемой, как правило, доброт­ ностью катушки индуктивности,

(2-5)

Обычно частота настройки входного контура ИЧР бе­ рется равной 30—40 кгц\ добротность контура следует иметь не «иже 50. Поэтому необходимая полоса пропу­ скания усилителя имеет порядок 5 кгц. Кроме того, ин­ дуктивный входной шунт является хорошим фильтром для гармоник промышленной частоты. Поэтому в схемах с ИЧР, как правило, применяется такой входной шунт.

Исходя из полученных данных, вычислим величину индуктивности входного шунта. Частоту настройки f0 примем равной 40 кгц. Повышать эту частоту нецеле­ сообразно из-за расширения необходимой полосы про­ пускания усилителя. Минимальная эквивалентная ем­ кость схемы Сэ= 100 пкф.

Из (2-2) следует:

При увеличении емкости объекта частота колебаний,

тельно включенных источника импульса А»0 и полного сопротивления внешней цепи (волновое сопротивле­ ние линии, сопротивление заземления, индуктивность опоры, ошиновки и т. п.). Щуп, представляющий собой колебательный контур (L, С), индуктивно свя­

21

зывается с проводом заземления объекта, по которо­ му протекает ток переходного процесса /. Импульсы этого тока возбуждают в колебательном контуре зату­ хающие колебания, аналогичные рассмотренным выше при индуктивном шунте. Выбор частоты настройки вход­ ного контура в этом случае следует подчинить условиям получения макси мальной 'помехоустойчивости.

Как уже указывалось выше, при непосредственном включении индикатора частичных разрядов постоянная времени цепи, как правило, превышает длительность ча­ стичных или коронных разрядов. Поэтому частотный спектр измеряемого тока мало зависит от причины, его

ного разряда, т. е. частот­ ный спектр измеряемого импульса тока в значительной степени связан с вызвавшим его разрядом. -Это обстоя­ тельство можно использовать для правильного выбора частоты настройки щупа дефектоскопа. При рассмотре­ нии частотного спектра помех от короны (§ 2-2) было установлено, что в области частот свыше 10 Мгц помехи от короны на линиях электропередачи резко снижают­ ся (см. рис. 2-3). Следовательно, при настройке входно­ го контура дефектоскопа в области частот порядка 8 -нІО Мгц можно добиться повышения помехоустойчиво­ сти при коронных помехах.

Таким образом, одна из частотных точек настройки высокочастотного дефектоскопа должна лежать в обла­ сти 10 Мгц. Некоторые дефекты изоляции сопровожда­ ются не интенсивными частичными разрядами, а лишь повышением уровня поверхностных -разрядов по изоля­ тору, а последние лучше выявляются в области более низких частот (1—2 Мгц). Поэтому при умеренных по­ мехах от короны измерения дефектоскопом следует про­ изводить и в этой области частот.

22

Выбор точки «астройки входного контура дефектоско­ па в области 1—2 Мгц следует 'произвести так, чтобы не мешал прием сигналов радиостанции. Высоковольтные линии электропередачи являются хорошими антеннами и на них всегда имеется значительный уровень сигналов от радиостанций. В области 1,9 Мгц радиостанции не ра­

можную добротность. Только в этом случае он будет до­ статочно эффективным. Действительно, из формулы (2-5) следует, что при частоте настройки / = 2 Мгц и по­ лосе пропускания усилителя Д/=10 кгц необходимая до­ бротность входного контура равна 1 200. Практически достижима добротность порядка 100—150, следователь­ но, надо или увеличивать полосу пропускания усилите­ ля (что нецелесообразно, а иногда даже недопустимо), или компенсировать снижение .напряжения на входе

Основным преимуществом этих индикаторов являет­ ся возможность применения направленных антенных си-, стем. В области высоких частот (выше 100 Мгц) антен­ ны имеют столь значительную направленность, что по­ является возможность четкой пеленгации источника из­ лучения и полного избавления от помех.

Поскольку в области столь высоких частот излуче­ ние от тока частичного разряда имеет малую интенсив­ ность, антенная система должна иметь возможно более широкую полосу пропускания. Чем больше полоса ча­ стот, воспринимаемых антенной, тем больше будет ам­ плитуда напряжения на входе усилителя.

б. Усилители

Усилитель может быть охарактеризован тремя основ­ ными параметрами: частотой настройки, полосой уси­ ливаемых частот и коэффициентом усиления.

Первые два параметра определяются, исходя из тре­ бований, предъявляемых к входным устройствам.

Так, для ИЧР и дефектоскопа необходимы относи­ тельно узкополосные усилители, настроенные на часто­

23

ту собственных колебаний схемы (для ИЧР) или входно­ го контура (для дефектоокопа) и с полосой усиливаемых частот, обспечивающей максимальное использование энергии колебаний. Однако для дефектоскопов послед­ нее требование невыполнимо, так как сколько-нибудь значительное увеличение полосы пропускания усилите­ ля сверх 10 кгц невозможно из-за помех от радиостан­ ций. Обычно полосу пропускания усилителя дефектоско­ па делают равной 5—10 кгц, компенсируя снижение си­ гнала увеличением усиления.

Расширение полосы усиливаемых частот сверх вели­ чины, определяемой входными цепями, вообще нецеле­ сообразно, так как это может привести к повышению уровня помех.

Следует иметь в виду, что собственная частота коле­ баний схемы при измерении ИЧР будет меняться с из­ менением емкости объекта. Это обстоятельство при фи­ ксированной частоте, настройки усилителя может приве­ сти к резкому снижению чувствительности индикатора из-за несовпадения полосы пропускания входного устрой­ ства и усилителя.

В схеме ИЧР целесообразно применение осциллоско­ па (например, типа ЭО-7), так как достаточно широкая полоса усиливаемых им частот перекрывает возможные изменения частоты колебаний схемы, а посторонние по­ мехи на других частотах будут видны на экране прибо­ ра и могут быть исключены.

Для индикатора радиоизлучений необходим широко­ полосный усилитель с полосой частот, соответствующей полосе частот антенны.

Коэффициент усиления усилителя определяет чувст­ вительность прибора. Теоретически, чем больше чувст­ вительность прибора, тем большее количество дефектов изоляции можно им выявить. Однако предел в данном случае устанавливается наличием помех.

На линиях передач уровень помех Un0,м от короны ко­ леблется в зависимости от напряжения и конструкции линии от 5 до 400 мкв (на выходе щупа дефектоскопа; 1,5 Мгц, полоса 10 кгц).

Для нормальной работы выходного вольтметра не­ обходимо напряжение порядка 0,5 в (на всю шкалу при­ бора). Если принять, что при полной чувствительности минимальный уровень помех не должен превышать

24

10% всей шкалы, то необходимый коэффициент усиле­ ния усилителя дефектоскопа

Для ИЧР ввиду непосредственной связи с объектом до­ статочно усиление на порядок меньше. Ввиду очень ма­ лой интенсивности излучения частичных разрядов уси­ ление ИРИ должно быть максимально возможным. Пределом здесь является уровень собственных шумов усилителя и технические возможности построения схе­ мы усилителя для нолевого переносного прибора.

чувствительности 100 мкв при полосе частот от несколь­ ких килогерц до 10 Мгц. Этот усилитель дает возмож­ ность усиливать импульсы с длительностью порядка 0,1 мксек.

в. Измерительные устройства

Вкачестве измерительных устройств могут приме­ няться: измерители среднего значения, амплитудного значения и частоты следования импульсов.

Измеритель среднего значения отмечает интенсив­ ность частичных разрядов, реагируя как на амплитуду, так и на количество импульсов. Однако, когда ведется не количественное измерение интенсивности, а необхо­ димо лишь определение наличия частичных разрядов, как в нашем случае, то удобнее применять измеритель амплитудного значения или осциллоскоп. Измеритель амплитудного значения более помехоустойчив, чем изме­ ритель среднего значения, ибо среднее значение помех от короны достаточно велико (из-за большого количе­ ства импульсов), хотя амплитуды импульсов малы.

Вкачестве примера на рис. 2-10 приведены резуль­ таты измерения разрядов высокочастотным дефектоско­ пом у опор линии электропередачи ПО кв при наличии значительных помех от короны. Измерялось среднее и амплитудное значение разрядов (UB4). У опор с дефект­ ными изоляторами, в которых происходят частичные разряды (№ 40 и 50), показания амплитудного измери­ теля возрастают значительно сильнее, чем показания

25

измерителя среднего значения, обеспечивая достаточно четкую отбраковку. Повышенные показания прибора у опоры № 46 вызваны конструктивными особенностями последней (анкерно-угловая).

Измерение амплитудного значения может дать указа­ ния и о количестве крупных включений, в которых про­ исходят частичные разряды. На рис. 2-11 приведены ре­ зультаты измерений ИЧР при испытании повышенным напряжением макета мастпконаполненного ввода с де­ фектами. Резкий скачок показаний прибора свидетель­ ствует о возникновении разрядов в каверне.

линии электропередачи ПО кв.

а —измеритель амплитудного значения; б —измеритель среднего значения.

Рассмотрим более подробно требования к измери­ телю. При приеме частичных разрядов на вход измери­ теля с усилителя последовательно поступают короткие импульсы. Магнитоэлектрический прибор может изме­ рить среднее значение их. Так как продолжительность импульсов много меньше, чем промежуток времени меж­ ду ними (период следования), то для измерения магни­ тоэлектрическим прибором амплитуды импульсов необ­ ходимо какое-либо запоминающее устройство. Принци­ пиальная схема вольтметра, измеряющего амплитудное значение (так называемого пикового вольтметра), при­ ведена на рис. 2-12. При подаче на его вход положи­ тельного импульса конденсатор С зарядится через диод Д. Постоянная времени заряда x3—CR3 опреде­

26

ляется сопротивлением Ra диода в проводящем направ­ лении. Если длительность импульса превышает посто­ янную времени заряда ('2ч-'3)т3, то конденсатор будет заряжен практически до амплитудного значения импульса. В период между импульсами конденсатор разряжается через сопротивление Rp с постоянной вре-

ствляется «запоминание» амплитуды кратковременного импульса. Напряжение на сопротивлении Rp, пропорцио­ нальное амплитуде импульса, может быть измерено ламповым вольтметром постоянного тока.

27

На рис. 2-13 схематически показан процесс заряда и разряда емкости С вольтметра последовательными-им­ пульсами. Первый импульс заряжает конденсатор до

измеряет среднее значение Ucp\. Если частота следова­ ния импульсов понизится, то, очевидно, понизится и среднее значение Ucp2.

*)

Рис. 2-13. Измерение пиковым вольтметром при раз­ ной частоте следования импульсов.

а — чаще; б—реже.

Таким образом показания пикового вольтметра при неизменной амплитуде импульсов зависят от частоты их следования. Поэтому такой измеритель показывает не амплитудное, а так называемое квазипиковое значение принимаемых импульсов. Частичные разряды в изоля­ ции создают последовательность импульсов с большим

28

периодом следования (50.-г-100 имп/сек)-, кроме того не­ редко имеют место короткие серии импульсов с боль­ шими (продолжительностью до минут) перерывами между ними.

Поэтому пиковый вольтметр, предназначенный для измерения частичных разрядов, должен быть чувстви­ тельным к коротким сериям импульсов, а показания его при снижении частоты следования импульсов неизмен­ ной амплитуды от 300 до 50 имп/сек не должны падать более, чем на 30%.

Рис. 2-14. Кривые распределения импульсов по относительным амплитудам (линия 110 кв).

У—импульсы короны; 2—импульсы разрядов в дефектном изоляторе при наличии помех от короны.

Наибольшее количество данных о процессе ионизации в изоляции могут дать распределение импульсов по амплитудам и измерение частоты их следования. Дей­ ствительно, амплитуды импульсов связаны с размером включений (искрового промежутка); частота следова­ ния импульсов характеризует интенсивность ионизации. Этот метод измерения и наиболее помехоустойчив. Для обнаружения наличия частичных разрядов используется факт отклонения кривой распределения импульсов по амплитудам от статистической кривой коронных разря­ дов (см. рис. 2-4).

Измерения в простейшем случае на линиях и под­ станциях можно производить при значительной короне. На рис. 2-14 приведены интегральные кривые распреде­ ления но амплитудам импульсов, измеренных у опор линии электропередачи напряжением ПО кв. Кривая 1

29