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

показывает распределение импульсов короны (усреднен­ ная кривая). Наличие разрядов в дефектном изоляторе вызывает значительное изменение формы кривой (кри­ вая 2). Из кривой следует, что в дефектном изоляторе есть два очага, где происходят разряды; в одном — раз­ ряды с максимальной зарегистрированной амплитудой и в другом — разряды с амплитудой 0,75 ИмаКсЧастота следования разрядов в обоих случаях— 100 ими/сек.

Возможен еще один способ повышения помехоустой­ чивости измерительных устройств. Это — временная се­ лекция, т. е. производство измерений не непрерывно, а в определенные промежутки времени, когда помехи минимальны [Л. 17].

2-5. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Измерение частичных разрядов при помощи ИЧР производится на установках, применяемых для испыта­ ния изоляции повышенным напряжением промышленной частоты. Принципиально возможно измерение частичных разрядов и при приложении постоянного (выпрямленно­ го) напряжения. Однако в этом случае частичные раз­ ряды будут менее интенсивными, что затрудняет их из­ мерение. В ряде случаев (например, при контроле изо­ ляции электрических машин) измерение частичных раз­ рядов на постоянном напряжении может быть полезным. Кроме соблюдения общих требований, предъявляемых к установке для испытания повышенным напряжением (величина испытательного напряжения, мощность и т. п.), при измерении частичных разрядов необходимо доби­ ваться отсутствия помех от короны и частичных разря­ дов в испытательной схеме.

Для исключения помех из сети питания может быть применен фильтр (рис. 2-15), устанавливаемый около сборни питания. В большинстве случаев достаточно иметь одни лишь блокировочные конденсаторы емкостью

1 —2 мкф.

Нередко испытательный трансформатор является сам источником интенсивных помех. Опыт показал, что если напряжение, при котором производится измерение частичных разрядов объекта, не превышает 30—50% от номинального напряжения испытательного трансформа­ тора, то помехи, создаваемые последним, лежат в допу­ стимых пределах,

30

При последовательном включении ИЧР (см. рис. 2-5) наличие высоковольтного конденсатора может снизить помехи от испытательного трансформатора. Емкость конденсатора должна превышать емкость объекта. Включение между трансформатором и высоковольтным конденсатором омического сопротивления или дросселя еще более улучшает фильтрацию помех. Конденсатор и сопротивления не должны давать помех.

Источником коронных помех может быть ошиновка. Ошиновка установки, выполненная из труб диаметром 40—50 мм, обеспечивает отсутствие сколько-нибудь зна­

ном полупериоде испытательного напряжения можно не считаться.

Это происходит потому, что коронирующая ошиновка из провода диаметром 0,5ч-1 мм в отрицательный полупериод создает значительный отрицательный объемный заряд, который, окружая провод, препятствует возникно­ вению коронных стримеров в положительном полуперио­ де. Для того чтобы предотвратить появление стримеров с арматуры и металлических частей испытуемого объек­ та, на последний следует одеть коронирующий «венец» из тонких проволочек, который также создаст отрицатель­ ный объемный заряд.

Подобным способом можно избежать помех от стример.ной короны при напряжениях до 250 кв [Л. 25].

При коронирующей проводке следует применять из­ меритель амплитудного значения или осциллоскоп.

В качестве примера в табл. 2-1 приведены результа­ ты измерения частичных разрядов в условиях корони­ рующей проводки диаметром 1 мм.

31

иміпульсов отношение сигнала к уровню помех почти в 13 раз ^ 5- = 12,7^ выше, чем при измерении среднего

значения.

Если же в испытательной схеме не удается изба­ виться от положительных коронных стримеров, то повы-

Рис. 2-16. Мостовая схема измерения частичных разрядов [Л. 22, 23].

шение помехоустойчивости может дать измеритель ам­ плитудного значения, производящий измерение лишь в отрицательный полупериод испытательного напряже­ ния.

Высокой помехоустойчивостью обладает мостовая схема измерений (рис. 2-16).

32

Для предварительной балансировки схемы . на нее подается небольшое напряжение, не превышающее на­ пряжения начала ионизации в объекте, и при разомкну­ том выключателе В добиваются минимальных показаний индикатора от разрядов в искровом промежутке Р. Сбалансированная таким образом схема малочувстви­ тельна к помехам от цепи питания и ошиновки. Однако для частичных разрядов, имеющих место в элементах моста (Сх или Cjv и соединительные провода к ним до точки а), такая схема имеет высокую чувствительность.

Такую схему удобно собирать из двух одинаковых объектов, например из двух вводов одной фазы выклю­ чателя и т. п. Если будут обнаружены разряды, то ввод, в котором они имеют место, выявляется дополнительным испытанием каждого ввода с другим объектом.

; Приведенная на рис. 2-16 так называемая нормаль­ ная схема включения моста обычно в условиях эксплуа­ тации не может быть реализована, ибо требует, чтобы оба электрода объекта не были заземлены. Попользо­ вать для подключения индикатора выводы ПИН или специальные выводы для измерения tgö нежелательно, так как большая емкость этих выводов относительно земли будет шунтировать вход индикатора, снижая чув­ ствительность схемы. В условиях эксплуатации наибо­ лее целесообразна перевернутая схема включения (за­ землена точка а). Для ее реализации необходимо при­ менить ИЧР с батарейным питанием ввиду того, что он будет находиться под высоким потенциалом.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ •

КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

3-1. ОСОБЕННОСТИ РАЗРЯДОВ В ИЗОЛЯТОРАХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Изоляторы, применяемые в настоящее время на ли­ ниях электропередачи (подвесные, штыревые и стержне­ вые), являются фарфоровыми, причем наибольшее рас­ пространение имеют подвесные изоляторы.

Процесс возникновения и развития дефекта линейно­ го подвесного изолятора в общих чертах представляется следующим. Под влиянием механической нагрузки, рез-

кой смены температуры или электрического импульса в фарфоре изолятора образуется трещина. Трещины мо­ гут быть как сквозные, так и несквозиые, но в конечном итоге последние тоже становятся сквозными.

Со временем из-за проникновения в трещину влаги, частиц армировки и загрязнения поверхности фарфора,

атакже вследствие усиленной ионизации, возникающей

вместе дефекта, разрядное напряжение изолятора и его сопротивление начинают снижаться.

Поскольку изолятор находится в гирлянде, снижение его сопротивления приводит к.снижению падения напря­ жения на изоляторе. В конечном итоге изолятор пере­ стает держать напряжение, т. е. становится «нулевым».

ствием чего может явиться разрыв шапки изолятора и расцепление гирлянды.

Кроме трещин, одним из дефектов изоляторов яв­ ляется пористость фарфора вследствие плохого обжига.

Частичные разряды в дефектных изоляторах имеют разнообразный характер, зависящий как от вида дефек­ та, так и от внешних условий.

а. Искровой разряд в подвесном изоляторе

Искровой разряд может возникнуть между электро­ дами (шапка-пестик) при наличии сквозной трещины фарфора или канала пробоя импульсом грозового раз­

а в ряде случаев изолированной от окружающего воз­ духа армировочной массой.

мальном режиме к большинству из изоляторов гир­ лянд 35, 110 и 220 кв приложено напряжение ниже про­ бивного. Поэтому нет оснований ожидать возникновения в таком изоляторе интенсивных искровых разрядов (пробоя между электродами). Однако возможно появле­ ние редких серий разрядов с большой амплитудой. Ме-

34

хаяизм возникновения таких разрядов можно предста­ вить, исходя из теоретических предпосылок, изложенных в §, 1-5.

Поверхностные разряды по стенкам трещины и уси­ ленная корона у ее краев, попадание в трещину частиц армировки, подтеков битума, покрывающего головку изолятора, снижают величину разрядного промежутка и разрядное напряжение.

Предположим, что разрядный промежуток сократил­ ся до такой величины, что разрядное напряжение при положительной полярности стало равным 8,5 кв. Извест­ но, что напряженность поля, необходимая для возникно­ вения разряда при отрицательном острие, превышает в 1,64 раза начальную напряженность при положитель­ ном острие. Следовательно, разрядное напряжение изо­ лятора в отрицательный полупериод будет равно

8,5X 1,64= 14 кв.

xâ

Ю

5

о

-5

-10

-15

Рис. 3-1. Возникновение короткой серии разрядов в дефектном подвесном изоляторе.

--------- —приложенное напряжение; --------------

напряжение на разрядном промежутке.

Если к изолятору приложено напряжение 7 кв, раз­ рядов в нем не будет. Допустим, что вследствие случай­ ных причин на максимуме 'положительного полупериода произойдет первый разряд (точка 1, рис. 3-1). Через полпериода приложенное напряжение на изоляторе сно­ ва станет равным по величине 7 кв. Поскольку теперь поле возникшего поверхностного заряда будет суммиро­ ваться с полем приложенного напряжения, то результи­ рующая 'напряженность поля будет соответствовать

приложению напряжения, равного 14 кв, и произойдет второй разряд (точка 2, рис. 3-1). Третий разряд будет в положительном полуперноде при приложенном напря­ жении 1,5 кв (точка 3). Следующего разряда уже не произойдет, ибо поле зарядов, оставшихся после преды­ дущего разряда, и поле приложенного напряжения бу­ дут в сумме соответствовать приложению напряжения 8,5 кв, а для разряда в отрицательный полупериод не­ обходимо напряжение 14 кв.

В практике измерений на линиях довольно часто встречаются изоляторы (на ранней стадии развития дефекта), разряды в которых происходят такими корот­ кими сериями импульсов. Перерывы между этими серия­ ми иногда длятся минутами.

При дальнейшем развитии дефекта разрядный про­ межуток уменьшается и в изоляторе возникают периоди­ ческие разряды.

Ввиду эффекта полярности (разные разрядные на­ пряжения для положительного и отрицательного острия) амплитуды импульсов разрядов в разные полупериоды будут отличаться (примерно в 1,5 раза). Амплитуды разрядов, происходящих в одном полуперноде прило­ женного напряжения, примерно одинаковы и опреде­ ляются величиной искрового промежутка.

б. Поверхностные разряды в изоляторе

Вслучае, если величина напряжения, приложенного

кизолятору, имеющему трещину, недостаточна для раз­ вития разряда между электродами, в таком изоляторе будут иметь место поверхностные разряды по стенкам трещины. Такие разряды будут происходить как у под­

щины. Разряды, начинаясь у одного из электродов, где напряженность поля велика, распространяются в виде отдельных нитей-кистей по направлению к другому элек­ троду, но не достигают его.

Импульсы тока, вызываемого такими скользящими разрядами, не имеют определенной амплитуды, ибо дли­ на канала скользящего разряда и величина заряда, воз­ никшего при ионизации, зависят от местных искажений электрического поля, состояния поверхности и ряда дру­

36

гих случайных факторов. Также случайно распределение этих разрядов во времени.

Результаты измерений дефектоскопом уровня раз­ рядов у 50 изоляторов типа К-3 (аналогичных отече­ ственным изоляторам ПЦ-4,5), имеющих трещины, при­ ведены на рис. 3-2. На исследуемый изолятор, находя­ щийся в гирлянде, 'подавалось напряжение 4 кв. Из диа­ граммы рис. 3-2 следует, что амплитуды разрядов, про-

10раз.

Сростом напряжения, приложенного к изолятору, амплитуда разрядов в нем резко возрастает (рис. 3-3).

По данным Шварца (Л. 26] заметный уровень разря­

с положительного острия начинаются при более низких напряжениях на изоляторе. Напряжение возникновения скользящих разрядов и их длина сильно зависят от влажности окружающего воздуха. С увеличением влажности снижается величина разрядного напряже­ ния.

Возможно также возникновение поверхностных раз­ рядов и по наружной поверхности изолятора. Так, на­ пример, при плохом обжиге фарфора появляется пори­ стость; пористые участки изолятора, впитывая влагу, снижают свое сопротивление. Вследствие этого иска­ жается распределение электрического поля по поверхно­

37

сти изолятора, что, в свою очередь, вызывает появление скользящих разрядов.

В пористых изоляторах, кроме поверхностных разря­ дов, могут иметь место и частичные разряды. Уровень этих разрядов (рис. 3-4) ниже, чем при сквозной трещине в изоляторе, однако в ряде слу­ чаев он достаточен для обна­ ружения дефектного изоля­

тора.

в. Напряжение на дефектном изоляторе

Выше указывалось, что с развитием дефекта сопротив­ ление изолятора снижается; поскольку изолятор находится в гирлянде, падает « прило­ женное к нему •напряжение.

Если сопротивление изоля­ тора снизилось настолько, что величина напряжения на нем будет недостаточна для воз­ никновения разрядов, такой изолятор принципиально не

может быть обнаружен рассматриваемым методом. Для связи величины напряжения на изоляторе с его сопротивлением представим схему замещения дефектно­ го изолятора в виде емкости, шунтируемой омическим

сопротивлением.

Падение напряжения на изоляторе равно:

где U — падение напряжения на изоляторе; I — ток через изолятор;

С — емкость изолятора;

R — сопротивление изолятора.

У изолятора, не имеющего дефекта, омическое сопро­ тивление много больше емкостного и поэтому для него

1

Zo ыС, ’

38

С достаточной для наших целей точностью можно считать, что ток через гирлянду не зависит от сопротив­ ления. дефектного изолятора (это справедливо для гир­ лянд НО кв и выше), тогда изменение напряжения на изо­ ляторе при наличии дефекта будет выражено зависи­ мостью

Емкость изолятора от наличия трещины в фарфоре изменяется мало, поэтому полученное выражение и есть искомая зависимость между снижением напряжения на дефектном изоляторе и его сопротивлением. Эта зави­ симость представлена в виде графика на рис. 3-5 (кри­ вая 1).

Рис. 3-5, Распределение дефектных изоляторов по сопротивлению и величине относительного снижения напряжения.

На рисунке приведена также интегральная кривая 2 распределения дефектных изоляторов по величине их сопротивления [Л. 28]. Эти данные получены при изме­ рении изоляторов, отбракованных при контроле измери­ тельной штангой. Пользуясь кривыми рис. 3-5, можно получить (см. пунктирные линии) данные о распределе­ нии дефектных изоляторов по величине снижения на них напряжения (рис. 3-6). Как следует из этой кривой,

39