ОБНАРУЖЕНИЕ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ

Введение

В условиях современной российской энергетики, когда 40 – 50 % основного силового электрооборудования достигло проектного срока эксплуатации, основной задачей диагностики становится продление срока службы оборудования до полной выработки его реального ресурса. В число неразрушающих испытаний изоляции высоковольтного оборудования, наряду с широко распространенными измерениями тангенса угла диэлектрических потерь и абсорбционных характеристик, входит определение характеристик частичных разрядов (ЧР) [1].

Практически в любом высоковольтном оборудовании в рабочих режимах существуют ЧР, однако их разрушающая способность может различаться. При длительной эксплуатации высоковольтного оборудования, в связи воздействием на его изоляцию внешних факторов, в диэлектрике возникают дефекты, приводящие к появлению частичных разрядов [3].

Органическая изоляция всех видов интенсивно разрушается как самими ЧР, так и побочными продуктами их действия. В конечном итоге воздействие ЧР приводит к развитию дефекта и пробою всей изоляции [2, 4].

Диагностика частичных разрядов в настоящее время испытывает трудности в связи с отсутствием объективных методов их обнаружения. Поэтому в настоящее время вопрос по диагностированию частичных разрядов является достаточно актуальным. В связи, с этим нами была предпринята попытка разработки нового метода при помощи подачи импульса-напряжения с крутым фронтом.

Схема для проведения эксперимента

За основу была принята схема, предложенная в [5]. Схема состоит из источника постоянного тока типа УИП-2, искрового воздушного коммутатора, накопительного импульсного конденсатора ИК-100-0,1, испытуемого конденсатора (объект), шунта сопротивлением 11,104 мОм, осциллографа Tektronix типа TDS 1012B с полосой 100 МГц.

Принцип работы схемы. Через первое положение, с помощью источника регулируемого напряжения, происходит зарядка импульсного конденсатора, при этом подаваемое напряжение, намного ниже предполагаемого напряжения возникновения разряда, и постепенно поднимается. Для контроля над подаваемым напряжением используется вольтметр, который устанавливается параллельно источнику напряжения. Путем переключения ключа во второе положение происходит разрядка импульсного конденсатора на испытуемый объект. Фиксация формы тока производится с шунта при помощи осциллографа TDS 1012B, полученные данные сохраняются на персональном компьютере (рис. 1).

Рисунок 1. Схема эксперимента: U – источник регулируемого высокого напряжения; К – ключ; C_имп – высоковольтный импульсный конденсатор; C_исп – испытуемый объект; R_ш – измерительный шунт; ИП – измерительный прибор (осциллограф).

Эксперименты проводились на сухом конденсаторе емкостью 90 пФ и 0,12 мкФ, а также на конденсаторе с масленой пропиткой емкостью.

Перед проведением опытов бумага, из которой состоит конденсатор, была просмотрена под электронным микроскопом (рис. 2).

Рисунок 2. Фрагмент бумаги до и после испытания.

На рис. 3 и 4 приведены осциллограммы при различном импульсном напряжении. При сравнении осциллограмм видно, что с увеличением подаваемого напряжения низкочастотная амплитуда возрастала, с появлением частичных разрядов высокочастотная составляющая исчезала.

Рисунок 3. Осциллограмма переходного процесса при 220 В.

Рисунок 4. Осциллограмма переходного процесса при 300 В.

Противоположный эффект наблюдается при испытании конденсатора емкостью 0,12 мкФ. На рис. 5 изображена характеристика сухого конденсатора с проявляющимися на ней частичными разрядами в виде высокочастотных колебаний на второй полуволне, тогда как в пропитанном конденсаторе, при аналогичном уровне напряжения, высокочастотных колебаний нет (рис. 6).

Рисунок 5. Переходный процесс при 300 В на непропитанном конденсаторе

Рисунок 6. Переходный процесс при 300 В на пропитанном конденсаторе

Различная емкость испытуемых объектов влияет на форму кривых и механизм появления частичных разрядов. При емкости испытуемого объекта меньше емкости включения, в момент разряда емкость включения забирает энергию на себя, снижая высокочастотную составляющую. При значениях емкости объекта значительно больше емкости включения, появляющиеся частичные разряды приводят к появлению высокочастотных колебаний.

Заключение

Исследован метод обнаружения частичных разрядов путем подачи импульса с крутым фронтом на испытуемый объект, в котором возможно появление частичных разрядов (секция импульсного конденсатора). Установлено, что появление частичных разрядов изменяет форму тока через испытуемый объект при подачи на объект напряжения с крутым фронтом. Параметры объекта, такие как емкость, значительно влияют на форму импульса тока, которая при наличии или отсутствии  частичных разрядов различна. Чувствительность предлагаемого метода настолько высока, что позволяет обнаруживать единичные сквозные дефекты, диаметром не более 0,2 мм, в конденсаторной бумаги КОН-2. Доработка этого метода может привести к созданию новой методики обнаружения частичных разрядов импульсным методом.

Список литературы:

1. Аксенов Ю.П. Мониторинг технического состояния высоковольтной изоляции электрооборудования энергетического назначения в эксплуатации и при ремонтах. – М.: Научтехлитиздат, 2002. – 338 с.
2. Вдовико В.П. Частичные разряды в диагностировании высоковольтного оборудования. – Новосибирск: Наука, 2007. – 41 с.
3. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. – Л.: Энергия. Ленингр. отделение, 1979. – 224 с.
4. Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 240 с.
5. Устройство для обнаружения частичных разрядов: пат. Рос. Федерация № 2014106561/07; заявл. 20.02.2014; опубл.17.03.2015, Бюл. № 16. – 6 с.