Что такое частичный разряд
Перейти к содержимому

Что такое частичный разряд

  • автор:

Частичные разряды в изоляции высоковольтного оборудования

Частичные разряды

Частичный разряд (ЧР) – это искровой разряд очень маленькой мощности, который образуется внутри изоляции, или на ее поверхности, в оборудовании среднего и высокого классов напряжения. С течением времени, периодически повторяющиеся частичные разряды, разрушает изоляцию, приводя в конечном итоге к ее пробою. Обычно разрушение изоляции под действием частичных разрядов происходит в течение многих месяцев, и даже лет. Таким образом, регистрация частичных разрядов, оценка их мощности и повторяемости, а также локализация места их возникновения, позволяет своевременно выявить развивающиеся повреждения изоляции и принять необходимые меры для их устранения.

Основные термины

Определим основные термины и интегральные параметры, описывающие частичные разряды в высоковольтном оборудовании.

Все имеющиеся в мире стандарты по ЧР определяют некоторый набор «интегральных» величин, которые могут рассчитываться или непосредственно измеряться при тесте состояния изоляции. Стандарты разных стран могут различаться в деталях, но, в основных понятиях они совпадают. В Европе используется стандарт IEC-270. Расчетные параметры, получаемые в приборе R2200, ориентированы на американский стандарт, потому, что прибор создавался для совместной продажи на рынках России и Америки. В России тоже ведутся разработки своего стандарта по ЧР, однако в настоящее время он еще не завершен.

Все стандарты по ЧР базируются на понятии «кажущийся заряд«. Под «кажущимся» зарядом понимают такой заряд, который необходимо дополнительно и мгновенно «впрыснуть» в контролируемое оборудование, чтобы восстановить равновесие, нарушенное возникновением импульса ЧР. В этом определении очень важно то, что мы не знаем параметры реального заряда, например, внутри газового включения, а измеряем (замеряем) реакцию контролируемого высоковольтного объекта схемы на возникший ЧР. Заряд потому и назван «кажущимся», так как мы не знаем истинного значения реального ЧР. Измеряется кажущийся заряд ЧР в пКл (пикоКулонах). Если сложить все заряды, зарегистрированные в оборудовании за одну секунду, то получится ток ЧР – это ток, который протекает в цепи, контролируемой датчиком, дополнительно за счет возникновения ЧР. В среднем этот ток является чисто активным и характеризует потери в изоляции из-за возникновения ЧР.

Исторически важной характеристикой является «максимальный измеренный заряд«. Почти все изготовители высоковольтного оборудования до сих пор пользуются этой величиной (если вообще чем-то пользуются) на приемных испытаниях. Конечно, понятно, что нужно измерять, что-то статистически достоверное. В старых приборах статистика задается временем усреднения, а в современных приборах это решается удалением из рассмотрения случайных одиночных выбросов. Например, в определении американского стандарта это звучит так: «амплитуда наибольшего повторяющегося разряда при наблюдении постоянных разрядов». Следовательно, этот термин не предусматривает анализ отдельных выбросов. Чтобы сделать это определение более конкретным, ограничимся учетом только тех ЧР, которые повторяются не менее 10 раз за секунду. В нашем случае, при частоте питающей сети в 50 герц, мы получаем, что один импульс должен быть не реже, чем за 5 периодов сети. Для удобства пользования этот термин будем брать в следующей формулировке: импульс ЧР будем считать периодически повторяющимся, если частота его следования составит 0,2 импульса на один период питающей сети. Далее в тексте параметр будет отражаться как Qmax. Будем делать это одинаково для любой частоты сети, 50 и 60 герц.

Ценность этого параметра достаточно высока. Многие методы диагностики базируются на нем, хотя как отдельно взятый параметр – он скорее плохой, чем хороший, по крайней мере, при постоянном мониторинге под рабочим напряжением. Мы имеем много оборудования, где большие (по амплитуде) ЧР живут успешно годами, а малые, но с большой частотой повторения – означают реальную проблему.

Как посчитать потери вызванные ЧР. Это можно сделать достаточно просто, физически. При каждом импульсе ЧР мы дополнительно впрыскиваем из источника испытательного напряжения в контролируемый объект «кажущийся» заряд. Заряд инжектируется мгновенно и связан с конкретным напряжением питающей сети. Значит энергия, которая дополнительно вводится в оборудование из-за единичного ЧР, равна заряду, умноженному на мгновенное напряжение на объекте. Далее нужно просуммировать все импульсы и получить полную энергию ЧР. Если полную энергию поделить на время суммирования, то получим мощность ЧР. Этот параметр называется «потери энергии на частичные разряды».

Формула частичного разряда:

Формула частичного разряда

P – мощность разрядов, W,

T – время наблюдения, сек,

m –число зарегистрированных импульсов за время T, и

Qi*Vi – энергия i-го импульса

Основные параметры единичного частичного разряда

Базируясь на фазовом распределении импульсов ЧР, можно рассчитать мгновенное значение приложенного напряжения, конечно, если фазовая привязка импульсов выполнена правильно и достоверно рассчитана мощность. Однако не все приборы регистрируют фазовое распределение импульсов. А если эта функция в них реализована, то используемый датчик ЧР регистрирует импульсы с двух или даже трех фаз объекта. Какое напряжение следует брать в таком случае, с какой фазы? Для решения этого вопроса американский стандарт по ЧР предлагает использовать еще один диагностический параметр, который чаще всего называют PDI — «Partial Discharge Intensity». В этой величине вместо мгновенного напряжения в момент прохождения импульса ЧР берется его действующее значение, то есть одинаковое напряжение для всех импульсов, а не персональное для каждого. Проводя сравнительные расчеты можно убедиться, что различие параметров, рассчитанных в первом и во втором случаях, лежит в пределах 20 %. Этого вполне достаточно, чтобы корректно оценить уровень и строить тренд. Параметр PDI является одним из основных, используемых для оценки интенсивности ЧР в контролируемом объекте.

Очень важными являются еще два параметра единичного частичного разряда, которыми оперируют практически все разработчики диагностического оборудования и практические пользователи этого оборудования. Это частота и длительность импульса частичного разряда. Определим смысл этих параметров при помощи рисунка.

Параметры ЧР

Частота импульса частичного разряда. Несмотря на кажущуюся физическую простоту этого параметра, применительно к теории частичных разрядов он может иметь вариации. На рисунке видно, что первый фронт зарегистрированного импульса достаточно крутой, но уже после первого максимума сигнал «спадает» по более пологой кривой, которая постоянно меняет свою форму. В самом же конце импульса мы имеем затухающие колебания с более высокой частотой.

Что принять в данном случае за частоту импульса частичного разряда, начало, середину, или окончание импульса? Очевидно, что эти параметры могут различаться многократно, в несколько раз, что хорошо иллюстрирует приведенный рисунок.

Необходимо кратко пояснить физическую картину данного процесса. Первоначально импульс частичного разряда возникает непосредственно в зоне дефекта. Далее импульс распространяется, электромагнитным или электрическим способом, в окружающий объем, который также имеет свои электромагнитные свойства, отличные от свойств зоны дефекта. Различие свойств этой окружающей зоны приводит к появлению в регистрируемом сигнале колебаний с другой резонансной частотой. В конечном итоге импульс может затухнуть на еще большем удалении от места возникновения, например, это может произойти уже в элементах конструкции оборудования. Частотные свойства этих сред также имеют свои резонансные свойства, причем, что самое важное, с частотными свойствами зоны дефекта они никак не связаны.

Мы приходим к выводу, что непосредственно к частоте импульса частичного разряда в зоне дефекта имеет отношение только его передний фронт, который в наибольшей мере соответствует частотным свойствам разряда. Все остальное в сигнале относится к электромагнитным свойствам среды вокруг зоны дефекта. Чем больше времени прошло с момента возникновения импульса, тем больший объем вокруг дефекта вовлечен в процесс колебаний, тем больше частот может быть «замешено» в сигнале.

Истинная частота импульса частичного разряда максимально достоверно может быть определена только параметрами переднего фронта импульса, что полностью соответствует использованию математического выражения:

F = 1 / 4*T

Согласно этому выражению, величину «длительности одного периода импульса частичного разряда» можно определить как длительность переднего фронта импульса, умноженная на четыре. Данное определение не нужно путать с другим параметром, называемым «длительностью импульса частичного разряда». Этот параметр мы определим иначе.

Общая «длительность импульса частичного разряда». С расчетом этого параметра импульса частичного разряда дело обстоит существенно проще. Для этого необходимо только принять решение о моменте времени, который следует считать окончанием импульса частичного разряда. Дело в том, при медленном затухании импульса в определении этого параметра может быть большой произвол.

Самое простое решение – импульс частичного разряда можно считать завершившимся в тот момент времени, когда его амплитуда станет меньше значения в 10% от максимальной амплитуды данного сигнала. Ограничение в 10% является условным, это может быть и 5%, но именно 10% наиболее просто использовать на практике. При меньших значениях этого параметра окончание процесса труднее определить, так как он теряется в шуме.

Таким образом, каждый импульс частичного разряда характеризуется тремя параметрами:

  • «Q» – величина кажущегося заряда, количественно пропорциональная максимальной амплитуде импульса.
  • «F» – частота импульса частичного разряда, количественно обратно пропорциональная длительности первого фронта импульса, умноженной на четыре.
  • «T» – длительность импульса частичного разряда, определенная по уровню 10% от максимального значения импульса.

Причины возникновения частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования

Появление частичных разрядов – начальная стадия развития большинства дефектов в высоковольтной изоляции. Возникшие частичные разряды со временем перерастают в искровые и дуговые разряды, приводящие к авариям.

Обычно частичные разряды возникают в полостях и зонах изоляции, имеющих дефекты – посторонние вкрапления, газовые пузырьки, зоны увлажнения.

При росте напряжения на участке дефекта возникает один или несколько частичных разрядов, приводящих к перераспределению потенциалов внутри объема изоляции.

Если дефект располагается ближе к внешней поверхности изоляции, к более высокому потенциалу, то частичных разрядов будет больше на положительной полуволне питающего напряжения, и меньше на отрицательной.

Если дефект располагается ближе к «земляному» потенциалу, то наооборот, разрядов будет больше на отрицательной полуволне питающего напряжения.

Книга Русова В.А. Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования

Это статья взята из книги Русова В.А. «Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования»

Частичные разряды в изоляции

Локальный электрический, или частичный разряд — это искровой разряд невысокой мощности, который не является пробоем и появляется внутри изоляции или на её поверхности. Такое явление характерно для оборудования среднего и высокого класса напряжения.

Частичные разряды появляются за счет наличия неоднородностей, пустот, пузырьков газа в диэлектрическом слое. Причиной возникновения таких дефектов могут быть заводские дефекты оборудования, ошибки в установке и эксплуатации, естественное старение и другие внешние воздействия.

астичные разряды в изоляции частичные разряды особенности частичных разрядов в изоляции

Немаловажно, что частичные разряды признаны явным свидетельством ухудшения свойств изоляции. Периодически повторяющиеся локальное возникновение искровых пробоев разрушает диэлектрический слой за несколько месяцев или лет, в зависимости от рабочего напряжения электрической вращающейся машины.

Физические процессы, сопровождающие частичные разряды в изоляции

Данный дефект сопровождается следующими признаками:

  • появлением импульсного тока в цепях с дефектным оборудованием;
  • электромагнитным излучением в окружающее пространство;
  • разложением изолирующего слоя на молекулярные группы под воздействием тока;
  • локальным нагревом изоляции в зонах с множественными частичными разрядами;
  • возникновением светового излучения;
  • появлением ударных волн.

Наличие этих и других признаков появления частичных разрядов в изоляции позволяет фиксировать их с помощью различных приборов. Своевременный мониторинг снижает риск поломок дорогостоящего оборудования.

Методы измерения частичных разрядов

Наиболее распространёнными являются три способа контроля состояния изоляции:

  1. Акустический метод. Основан на применении сверхчувствительных микрофонов, которые улавливают высокочастотные звуковые волны. Преимуществом этого способа является возможность дистанционного исследования. Однако локализация места возникновения ЧР часто затруднена, как и регистрация маломощных ЧР. Однако при таком методе нет возможности качественного отделения ЧР от электромагнитных шумов. Также акустический метод не дает возможности выявить перенаводящиеся импульсы с одной фазы на другую и расположение импульсов ЧР относительно цикла фазного напряжения генератора.
  2. Электромагнитный (или СВЧ) метод. Его преимущество — возможность использования с установками любого класса напряжения, а также дистанционность анализа. К недостаткам можно отнести чувствительность к помехам и малую точность в тех случаях, когда необходимо уточнение количественных характеристик ЧР.
  3. Электрический метод измерения частичных разрядов. В настоящее время является самым востребованным и точным. Его ключевой недостаток — необходимость установки датчиков на исследуемое оборудование. Среди преимуществ — возможность отстройки от наводимых помех, проведение анализа в штатном рабочем режиме (без подачи повышенного напряжения), полнота получаемых данных для всестороннего изучения явления ЧР и прогнозирования.

Электрический метод измерения частичных разрядов изоляции широко применяется с 80-х годов прошлого века. Сегодня оборудование ведущих производителей позволяет получать данные о состоянии диэлектрика с заданной периодичностью и передавать их для анализа по сети Интернет или другими способами.

мониторинг частичных разрядов в изоляции

мониторинг частичных разрядов в изоляции

Необходимость непрерывного измерения частичных разрядов

Современные способы электрического тестирования не требуют привлечения сторонних специалистов и лабораторного оборудования. Анализ проводится с помощью датчиков, подсоединенных к электронному блоку. Процесс непрерывного измерения частичных разрядов эффективен по нескольким причинам:

  • полученные данные предоставляются в удобной для анализа форме;
  • процесс проведения измерений автоматизирован и не требует участия специалиста;
  • оборудование способно своевременно предупредить о возникновении проблем, увеличении мощности и числа ЧР.

особенности частичных разрядов
Емкостные датчики

измерение частичных разрядов
Установленные емкостные датчики

Непрерывное измерение частичных разрядов показало экономическую эффективность на тысячах машин. Такой мониторинг позволяет своевременно принять корректирующие меры и избежать дорогостоящей перемотки статора после пробоя.

Частичные разряды в изоляции: методы, приборы, диагностика

Частичные разряды в изоляции: методы, приборы, диагностика

Ежегодно мировая экономика теряет миллиарды долларов из-за повреждений линий электропередач. По статистики агентства MPDI, каждая вторая авария на энергосетях происходит по вине повреждений изоляции. В большинстве случаев виной тому физическое старение оболочек или производственный брак. Но существует и более коварная причина – частичный разряд. Этому явлению посвящена данная статья.

  • Что такое частичные разряды?
  • Параметры частичного разряда
  • Методы обнаружения частичных разрядов
  • Системы диагностики частичных разрядов
  • Датчики частичных разрядов на основе высокочастотных трансформаторов (HFCT)
  • Датчики частичных разрядов на основе конденсаторов связи (HVCC)
  • Датчики ЧР переходного напряжения заземления (TEV)
  • Акустические датчики (АА)
  • Применение приборов для регистрации частичных разрядов
    • Метод двустороннего тестирования для анализа кабельных линий
    • Постоянный мониторинг трансформаторов с помощью HVCC-датчиков
    • Применение HFCT-датчиков для проверки электродвигателей
    • Применение оборудования для длительного мониторинга системы
    • Комплексное исследование распределительного щита высокого напряжения

    Что такое частичные разряды?

    Частичным разрядом (ЧР) называют кратковременный разряд сверхмалой мощности, возникающий внутри или на поверхности изоляции высоковольтных кабелей. Также частичный разряд может возникать и на корпусах энергоустановок высокого или среднего классов напряжений.

    Что такое частичные разряды

    Снимок электрического разряда в твердом теле

    Одиночный ЧР не влечёт за собой особой опасности – это краткое событие, неспособное навредить кабелю. Но, возникая на регулярной основе, такие разряды приводят к разрушению изоляции, и как следствие, к короткому замыканию.

    В результате ЧР наблюдаются следующие явления:

    • Появление импульсного тока;
    • Электромагнитное излучение в окружающую среду;
    • Световое излучение;
    • Распад изоляции и появление трещин в ней.

    Чаще всего частичные разряды наблюдаются в местах неоднородности изоляции. Вкрапления шлаков и примесей, воздушные пустоты или капельки жидкости – всё это места повышенной опасности возникновения ЧР. А с учётом того, что подобные разряды провоцируют повреждения в кабельной линии, то чем хуже состояние линии, то тем чаще на участке возникают частичные разряды.

    Повреждения обмотки генератора после воздействия частичных разрядов

    Повреждения обмотки генератора после воздействия частичных разрядов

    Наибольший вред ЧР приносят магистральным кабельным линиям большой мощности. Помимо большей частоты возникновения частичных разрядов, и, как следствие, большей нагрузки на подключенные энергосистемы, повреждения на подобных объектах приводят к большим экономическим потерям.

    Параметры частичного разряда

    Основным термином в определении ЧР с точки зрения международных стандартов является «кажущийся заряд». Таковым считают заряд, который необходимо внести в систему, для восстановления равновесия после импульса ЧР. При этом «кажущийся» он потому, что параметры реального заряда неизвестны и определяются на основе измерений точной аппаратурой.

    Кроме того, стоит учитывать, что измерительная аппаратура не измеряет каждый ЧР по отдельности, а оперирует суммарным зарядом, протекающим в единицу времени. Такой заряд является суммой всех разрядов, произошедших в течении измеряемого периода.

    Еще одним важным термином является «максимальный измеренный заряд», он же Qmax. Под ним понимается максимальный повторяющийся заряд, зарегистрированный в ходе измерений. Другими словами, система фиксирует не все заряды, а только наиболее мощные и происходящие не реже 10 раз в секунду. Этот параметр применяется при оценке потерь от ЧР.

    Кстати о потерях. Суммарная мощность от потерь при ЧР определяется по следующей формуле:

    Параметры частичного разряда - формула

    • P – суммарная мощность разрядов;
    • T – период наблюдения;
    • Qi*Vi – энергия разряда.

    Кроме того, существуют еще две важных характеристики ЧР – частота и длительность импульса разряда. Первая определяется как средняя частота максимального разряда в системе. Ключевое слово здесь «максимального». Именно первый разряд наносит наибольший ущерб изоляции

    Что касается длительности,то здесь началом отсчёта берется начало максимального разряда, а концом – момент времени, при котором величина заряда составит 10% от максимального значения.

    Методы обнаружения частичных разрядов

    Выделяют следующие методы обнаружения и измерения частичных разрядов:

    • Оптические методы. Данные методы основаны на фиксации оптических проявлений ЧР. Различают 2 основных варианта данной методики. Первая основана на фиксации вспышек, характерных для частичных разрядов. Вторая отслеживает изменения оптического потока.
    • Акустические методы. В основе этой группы методов лежит поиск и измерение характерных ультразвуковых колебаний, вызванных ЧР. Подобный звук имеет слишком высокую частоту, чтобы быть услышанным человеком. Но специальная аппаратура может не только уловить его, но также определить место его возникновения и силу разряда.
    • Радиоволновые методы. Данная методика основана на выявлении радиопомех, вызванных ЧР. Таким образом, место наибольшей концентрации помех окажется местом возникновения ЧР.
    • Электрические методы обнаружения частичных разрядов основываются на измерении импульсов тока в системе. В простейшем случае детектор подключается к цепи заземления. И как только к цепи появляются токи, отличные от фоновых, их регистрирует детектор.

    В каждом методе обнаружения ЧР используются разнообразные датчики, использующие принцип преобразования электромагнитных и акустических колебаний в определенном диапазоне частот: низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные.

    Низкочастотные датчики работают в диапазоне 20-700kHz. Наибольшее распространение получили модели, работающие на частотах до 500kHz. Такие датчики чаще используют акустические методы обнаружения разрядов и монтируются на стартерах энергомашин.

    Методы обнаружения частичных разрядов

    Различные виды датчиков для обнаружения ЧР. Крайний слева – радиоволновой датчик, в центре – разные виды электрических датчиков. Крайний справа – акустический датчик

    Диапазон от 500kHz до 75-80MHz считается «высокочастотным». Здесь применяют датчики на основе трансформаторов высокой частоты (HFCT). Чаще всего они устанавливаются непосредственно на цепи заземления. Кроме того, в высокочастотном диапазоне работают и конденсаторные датчики. Такие устройства могут встраиваться непосредственно в токоведущую цепь.

    Последний диапазон, частоты которого лежат в пределах от 100-3000 MHz представлен различными радиоволновыми и оптическими детекторами. Такие устройства достаточно точны, но обладают относительно небольшим радиусом действия.

    Выбор типа и метода измерения чаще всего обусловлен параметрами электроустановки и решаемой задачей. Например, датчики ультравысоких частот хороши для обнаружения ЧР на небольших расстояниях. К тому же они очень компактны и могут размещаться внутри энергоустановок, таких как статор электродвигателя. УВЧ-датчики почти не подвержены влиянию помех. НЧ- и ВЧ-датчики отличаются большим радиусом действия, что делает их идеальными для наблюдения и проверки линий электропередач. А простота конструкции снижает цену, что делает их применение экономически обоснованным.

    Приборы для регистрации частичных разрядов

    Рассмотрим типы датчиков частичных разрядов на примере оборудования компании HVPD. Эта британская компания специализируется на производстве инструментов для обнаружения ЧР. Портфель её решений в основном состоит из устройств на базе электрических и акустических методов регистрации ЧР.

    Большинство решений компании представляют собой системы онлайн-мониторинга. Они просты в обращении и позволяют проводить замеры на различных видах энергоустановок, включая кабельные линии, трансформаторы, генераторы и другие элементы энергосетей.

    Оборудование компании HVPD

    Оборудование компании HVPD

    Ключевой особенностью онлайн-мониторинга является возможность проводить измерения без остановки работы электрооборудования или кабельных линий. Таким образом снижаются расходы и возможные потери от простоя объектов. Кроме того, онлайн-тестирование может происходить в постоянном режиме, что позволит предупредить возникновение внештатных ситуаций из-за повреждений от частичных разрядов.

    В оборудовании компании HVPD используются датчики различного типа, в том числе на основе высокочастотных трансформаторов и высоковольтных конденсаторов связи. Все эти устройства совместимы с приборами для локализации и измерения ЧР.

    Системы диагностики частичных разрядов

    Линейка продуктов компании HVPD хорошо сбалансирована. Каждое предложенное устройство имеет свою нишу для применения, а все вместе они могут удовлетворить потребности как ремонтных подразделений, так и эксплуатирующих компаний регионального и федерального уровня.

    Наиболее известным продуктом компании HVPD является переносная система диагностики частичных разрядов Longshot. Это универсальный прибор, одинаково хорошо справляющийся с контролем частичных разрядов как в обесточенных, так и в активных установках. Система самодостаточна и включает встроенный компьютер для обработки и хранения результатов. Впечатляет и список проверяемых устройств. Longshot может работать с трансформаторами, электродвигателями, кабельными линиями и генераторами переменного тока. При этом система отличается солидным частотным диапазоном (до 200МГц), что даёт возможность взаимодействовать с различными типами датчиков.

    Системы диагностики частичных разрядов

    HVPD LongShot — наиболее известный прибор компании

    Система позволяет за 5-10 минут получить представление о состоянии изоляции исследуемого объекта, но вместе с тем, способна провести и краткосрочный онлайн мониторинг в течение 48 часов. Во многих случаях этого вполне достаточно для оперативного анализа система, а также для определения мест потенциальных пробоев изоляции. Если же требуется постоянный мониторниг ЧР, то для этого существует другое решение HVPD, а именно, система мониторинга Kronos.

    HVPD Kronos – это универсальная система мониторинга частичных разрядов работающая в режиме онлайн. В отличие от Longshot, Kronos применяется для постоянного наблюдения за установками. Система оснащена 24 входами и при этом синхронная запись сигналов осуществляется сразу по 6-ти каналам. Например, можно подключить до 4-х установок к одному блоку мониторинга (при условии оснащении каждой установки 6-ю датчиками). Или, например, оснастив каждую ячейку 3 датчиками HFCT (по 1 на каждую фазу), можно мониторить до 8 ячеек одновременно. Выбор количества, типа и способа установки датчиков выбирается исходя из особенностей электроустановки.

    Установка для мониторинга ЧР HVPD Kronos

    Установка для мониторинга ЧР HVPD Kronos

    Немаловажной особенностью системы Kronos является связь с сервером мониторинга частичного разряда. Сервер хранит защищенную базу данных предыдущих измерений, позволяя обращаться к ним для сравнения и дальнейшего анализа. А применение продвинутых алгоритмов аналитики позволит предугадать место будущей неполадки задолго до её появления.

    Существует и переносная версия HVPD Kronos — модель Spot Tester. Этот прибор пришел на замену прибору предыдущего поколения Longshot. К её достоинствам можно отнести большую точность определения характеристик частичных разрядов за счёт встроенных фильтров и большее количество каналов для мониторинга. У Kronos Spot Tester имеется 6 синхронных каналов, когда у Longshot их только 4. Кроме того, сама система поставляется ударопрочном корпусе, позволяющем работать в тяжелых условиях. Так же огромным плюсом Kronos Spot Tester является наличие емкой встроенной аккумуляторной батареи, которая обеспечивает автономную работу прибора в течение всего рабочего дня без подзараядки. Эта функция помогает в полевых условиях и ускоряет выполнение замера, а так же сокращает количество проводов.

    Портативная модификация HVPD Kronos

    Портативная модификация HVPD Kronos

    Если у вас на счету каждый грамм и требуется диагностика большого количества ячеек распред устройства, то подойдет прибор для быстрой предварительной диагностики — PDS Insight 2.

    Портативный прибор для PDS Insight 2 – это максимально компактный инструмент для проведения инспекционных проверок, охраняющий большую часть функционала уровня Longshot. Габариты прибора позволяют управляться с ним одной рукой. При этом устройство совместимо со всеми типами датчиков HVPD, в том числе акустическими.

    Портативный инструмент HVPD PDS Insight 2

    PDS Insight 2 позволяет измерять частичные разряды в кабельных линиях, а также энергоустановок среднего и высокого напряжения. Еще одним преимуществом устройства является возможность синхронизации через Bluetooth с Android-приложением OLPD Manager.

    Все перечисленные устройства поддерживают широкий спектр доступных датчиков. Рассмотрим их поподробнее.

    Датчики частичных разрядов на основе высокочастотных трансформаторов (HFCT)

    Работа датчиков такого рода основана на явлении электромагнитной индукции. Частичный разряд вызывает в линии импульс тока. Похожий импульсвозникает и в изолирующем экране. Высокочастотный трансформатор (HFCT-датчика) улавливает эти импульсы и передаёт их параметры на измеритель частичного разряда.

    Что такое частичный разряд, какие используются методы для обнаружения частичных разрядов

    Выход из строя высоковольтного распределительного устройства и кабелей может стоить миллионы на ремонт, замену и штрафы.

    Но большинство сбоев не происходят мгновенно — их можно предсказать по предупреждающим признакам, в первую очередь по частичному разряду (ЧР ), который является широко используемым и очень эффективным показателем для оценки состояния высоковольтных установок.

    Частичный разряд (partial discharge, ЧР) — это электрическая неисправность, возникающая внутри изоляционного материала высоковольтного оборудования, такого как трансформаторы, распределительные устройства и линии электропередач.

    Э то локальный электрический про бой небольшой части электроизоляции, твердой или жидкой, под воздействием высокого напряжения, не приводящий к полному короткому замыканию токопроводящих элементов.

    Тестер частичного разряда

    Тестер частичного разряда

    Проявления частичных разрядов

    Частичные разряды проявляются следующим образом:

    Импульсные электрические токи циркулируют по конструкции электрооборудования, в котором происходит явление (импульсы тока в конечном итоге разряжаются на землю).

    Ультрафиолетовое излучение, обычно коронный эффект, связано с испусканием электромагнитного излучения в диапазоне частот ультрафиолетового излучения.

    Волны давления в воздухе, частота которых намного выше, чем может обнаружить слышащий здоровый человек, этот тип звука называется ультразвуком.

    Звуковые волны, генерируемые частичными разрядами, имеют очень высокие частоты, достигающие порядка 100 МГц.

    Повышенное давление газа при производстве в изоляторе, таком как масло внутри трансформатора.

    Химические реакции при наличии жидких изоляторов, таких как масло в трансформаторах и другом энергетическом оборудовании.

    Классификация частичных разрядов

    Различают три типа частичных разрядов: коронный разряд, поверхностный частичный разряд и внутренний частичный разряд.

    Коронный разряд

    Коронный разряд является наиболее распространенным типом из частичных разрядов и наименее вредными. Их присутствие можно ощутить под высоковольтной воздушной линией во влажный день. Они проявляются через слышимый характерный звук. Подробное описание этого явления смотрите здесь — Коронный разряд.

    Поверхностный частичный разряд

    Поверхностные частичные разряды возникают на поверхности изолирующих элементов. Наиболее распространенными причинами их образования и факторами, повышающими их активность, являются поверхностное загрязнение и влажность.

    Нежелательным эффектом воздействия поверхностного частичного разряда является обугливание наружной части изоляции, эрозия изоляции и образование характерного древесного нароста.

    На ранней стадии ультразвуковые волны, генерируемые активностью поверхностных частичных разрядов, легко обнаруживаются ультразвуком в диапазоне 40 кГц с использованием соответствующих инструментов. В некоторых случаях и на разных стадиях эти разряды издают звуковой сигнал с характерным звуком, подобным коронным разрядам.

    Поверхностные разряды вызывают соединение паров воды с оксидами азота с образованием азотной кислоты, которая разъедает металлические конструкции оборудования и приводит к их усиленной коррозии. Азотная кислота также губительно действует на поверхность утеплителя, так как может способствовать образованию деревьев.

    Поверхностные частичные разряды менее распространены, чем коронные разряды, но они гораздо более вредны из-за того, что способствуют непосредственному разрушению изоляции. Поскольку они часто вызваны грязью в изоляции и влажностью воздуха, при ранней диагностике их можно полностью удалить путем тщательной очистки изолятора.

    Снижение влажности воздуха, например, за счет повышения температуры, также может деактивировать поверхностный частичный разряд.

    Внутренние частичные разряды

    Внутренние частичные разряды возникают внутри изоляционного материала. Они обусловлены качеством процесса производства изоляции, качеством материала, конструкцией и возрастом. Эти разряды обычно возникают в воздушных промежутках внутри изоляционного материала. Этот материал может быть твердой или жидкой изоляцией (например, трансформаторное масло).

    Поскольку электрическая прочность зазора значительно ниже, чем у окружающей изоляции, величина электрического поля вдоль зазора больше по сравнению со значением поля изоляции, окружающей зазор. Если величина поля вдоль промежутка превышает величину пробивного напряжения, возникает явление частичного разряда.

    Образовавшиеся проколы являются источником тепла, света, дыма, звука и электромагнитных волн. Однако возможно обнаружение только электромагнитных волн, так как другие явления надежно защищены окружающей изоляцией.

    Эта микроскопическая разрядная активность вызывает внутреннюю эрозию изоляции вокруг существующих зазоров, увеличивая их, и, следовательно, увеличивается энергия, выделяемая при каждом разряде.

    Происходит карбонизация внутренней поверхности зазора, что делает его все более проводящим и увеличивает напряженность электрического поля на соседнем зазоре, который может еще не быть проводящим.

    Когда внутри изоляционного материала имеется достаточное количество токопроводящих промежутков, его изолирующая способность снижается даже при нормальных условиях эксплуатации. На практике эти разряды самые редкие.

    Они же являются и наиболее опасными из трех видов разряда, так как их наличие никак не может быть обнаружено оператором высоковольтного оборудования без применения специализированных средств диагностики.

    Развивающиеся и неконтролируемые внутренние частичные разряды могут привести к неожиданным и опасным отказам в работе высоковольтного оборудования.

    Причины возникновения частичных разрядов

    Частичный разряд вызывается несколькими причинами, такими как дефекты изготовления, дефекты монтажа, старение и износ, перенапряжение в процессе эксплуатации, коронный разряд, поверхностный разряд и каверны.

    Одной из частых причин частичного разряда является уменьшение диэлектрической проницаемости и, следовательно, увеличение напряженности электрического поля из-за наличия пустоты или дефект внутри диэлектрика, приводящий к разряду через пустоту, который не нарушает проводники, но может ухудшаться со временем из-за длительных электрических напряжений, увеличивающих физический размер пустоты.

    Частичный разряд определяется стандартом IEC60270 как: «локальный электрический разряд, который лишь частично шунтирует изоляцию между проводниками и который может или не может возникнуть рядом с проводником. Частичные разряды, как правило, являются следствием локальных концентраций электрических напряжений в изоляции или на поверхности изоляции. Обычно такие разряды проявляются в виде импульсов длительностью намного меньше 1 микросекунды».

    Эти разряды могут увеличиваться с течением времени, если дефект становится физически больше из-за таких повреждений, как образование трех слоев (растрескивание изоляции, окружающей пустоту), вызванное длительным дуговым разрядом через пустоту, что в конечном итоге приводит к катастрофическому отказу, когда пустота настолько велика, что потенциал способен пробить внутренний и внешний проводники (так называемое перекрытие).

    Неисправности частичного разряда чаще возникают на старых высоковольтных установках, где длительное воздействие постоянных изменений условий окружающей среды может ускорить износ изоляционного материала, например, тепловое расширение и сжатие.

    Обнаружение и мониторинг частичных разрядов может дать представление о текущем состоянии неисправности и позволяет критически оценивать любые изменения состояния с течением времени. Индикация того, что неисправность усугубляется, позволяет принять меры до того, как произойдет полная неисправность.

    Непрерывный мониторинг частичных разрядов

    Непрерывный мониторинг частичных разрядов

    Традиционные методы обнаружения частичных разрядов

    Было предложено множество методов обнаружения частичных разрядов, так как было замечено их разрушительное воздействие на изоляцию высоковольтного оборудования. Существующие методы можно разделить на инвазивные (традиционные) методы и неинвазивные (альтернативные) методы.

    Традиционные методы обнаружения частичных разрядов, которые включают устройства с гальваническим контактом, высокочастотные трансформаторы тока и датчики переходного напряжения на землю (TEV-датчики), предоставляют очень точную и подробную информацию о любой активности частичных разрядов в наблюдаемом оборудовании благодаря тесной связи датчика с частью установки, такой как трансформатор или распределительное устройство.

    Эта информация включает в себя кажущийся заряд и спектры, указывающие на тип отказа частичного разряда, а также на прогрессирование любого отказа с течением времени.

    Однако из-за требования тесной связи с каждой наблюдаемой частью установки каждый датчик способен контролировать только оборудование, к которому он подключен, что требует отдельных датчиков для каждого контролируемого элемента установки.

    Следовательно, обширный мониторинг высоковольтного оборудования на крупной подстанции с использованием этих методов будет затруднен из-за необходимости большого количества проводов, а также сложности необходимой системы сбора данных.

    Кроме того, реконфигурация системы, если потребуется, будет сложной и, вероятно, дорогостоящей из-за объема ручного труда, необходимого для физического повторного подключения датчиков, а также конструкции и стоимости сменного жгута проводов.

    Однако, проводные методы используются в нескольких отраслях промышленности, поскольку прямое подключение к устройствам предпочтительнее в некоторых случаях, где требуется мониторинг отдельного отдельного компонента.

    Кроме того, во многих случаях предпочтение отдается прямому соединению только потому, что оно более чувствительно и невосприимчиво к шуму и помехам.

    Даже в этом случае может быть сложно обеспечить достаточную чувствительность для обнаружения и локализации неисправности в компоненте.

    Например, в случае трансформаторов с металлическими корпусами для распознавания и локализации источников частичного разряда внутри трансформатора необходимо разместить датчики внутри корпуса, так как практически никакой сигнал не может распространяться через вводы.

    Альтернативные методы обнаружения частичных разрядов

    Были предложены и разработаны различные альтернативные методы обнаружения, мониторинга и измерения частичных разрядов.

    К ним относятся оптические измерения, акустические методы и радиометрические методы, которые используют электромагнитную волну дальнего поля, распространяющуюся от источника частичного разряда из-за тока, разряжаемого над пустотой.

    Оптическое измерение частичных разрядов включает использование волоконно-оптических датчиков и зондов для обнаружения ионизации в нефтяных и газовых диэлектриках путем обнаружения света, излучаемого в процессе ионизации.

    К преимуществам оптических методов измерения частичных разрядов относятся невосприимчивость к электромагнитным помехам, а также изоляция от высоковольтного оборудования благодаря использованию световой связи. Однако недостатком является требование, чтобы каждый датчик был физически подключен к тестируемому объекту.

    Акустические методы включают улавливание локализованных акустических излучений от источника частичного разряда с помощью аудиодатчиков. Захваченные акустические эмиссии можно сопоставить с известными переходными акустическими паттернами частичного разряда, чтобы оценить, является ли полученный сигнал источником частичного разряда.

    Как и в случае оптического обнаружения, акустические методы имеют то преимущество, что они невосприимчивы к электромагнитному излучению. Трудностью с этим типом измерения является восприимчивость к местному окружающему шуму.

    Кроме того, акустические измерения страдают из-за непредсказуемости путей распространения и затухания, что ограничивает максимальную измеряемую толщину диэлектрика.

    Радиометрическое измерение частичного разряда использует электромагнитный сигнал, который распространяется от источника частичного разряда из-за тока через пустоту. Этот радиометрический сигнал измеряется с помощью радиоприемника, расположенного на определенном расстоянии от источника частичных разрядов.

    Радиометрическое обнаружение частичных разрядов имеет различные преимущества, такие как простота установки, сравнительно низкая стоимость и возможность масштабирования.

    Различные недостатки включают восприимчивость к электромагнитным помехам, включая локально передаваемые радиосигналы, и ограниченную дальность действия из-за чувствительности датчика и среды распространения.

    Сверхвысокочастотное устройство PDS100, используемое для измерения частичных разрядов

    Сверхвысокочастотное устройство PDS100, используемое для измерения частичных разрядов

    Методы радиометрического измерения частичных разрядов

    За последние 20 лет радиометрическое измерение частичных разрядов претерпело множество изменений благодаря простоте установки и изменения конфигурации по сравнению с другими методами измерения частичных разрядов.

    Радиометрическое обнаружение частичных разрядов использует широкополосные радиоприемники для обнаружения и измерения электромагнитно излучаемого УВЧ-сигнала, распространяющегося от источника частичных разрядов.

    Как правило, для обнаружения и локализации источника частичного разряда можно использовать несколько радиометрических датчиков, расположенных на расстоянии не менее нескольких метров друг от друга.

    Радиометрическое обнаружение частичных разрядов обеспечивает простую, неинтрузивную установку и простую перенастройку при необходимости.

    Этот метод представляет собой альтернативу, которая имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами измерения частичных разрядов, поскольку не требует гальванического или физического контакта с объектом наблюдения. Таким образом, один радиометрический датчик способен одновременно контролировать несколько элементов высоковольтного оборудования.

    Использование тестера для мониторинга частичных разрядов, предназначенного для использования на работающей подстанции

    Использование тестера для мониторинга частичных разрядов, предназначенного для использования на работающей подстанции. Без необходимости отключения оборудовнаия, такой тестер может обнаружить частичный разряд всего за несколько секунд, что делает его идеальным инструментом для программы технического обслуживания.

    Некоторые беспроводные подходы к обнаружению и мониторингу частичных разрядов используют силу принятого сигнала электромагнитной энергии, распространяемой от источника частичного разряда, в то время как более продвинутые методы обнаруживают частичных разрядов, используя разность времени приема для набора измерительных датчиков, например время прихода и разница во времени прибытия.

    Каждый метод имеет преимущества и ограничения в отношении стоимости, сложности, точности и эффективности.

    Спектры настоящего частичного разряда (синий), накладывающийся на базовую линию (черный)

    Спектры настоящего частичного разряда (синий), накладывающийся на базовую линию (черный)

    Демонстрация того, как частичные разряды можно наблюдать во временной области в виде всплесков время от времени восходящих и падающих фронтов кривой напряжен

    Демонстрация того, как частичные разряды можно наблюдать во временной области в виде всплесков время от времени восходящих и падающих фронтов кривой напряжения

    Как указывалось ранее, заряд, смещенный при повреждении изоляции, приводит к распространению электромагнитного сигнала от источника разряда. В то время как фактический ток, разряжающийся в месте повреждения, представляет собой импульс с временем спада порядка 1–1000 нс, результирующий радиометрический сигнал имеет сходство с классическим затухающим колебанием с частотным диапазоном порядка 50–3000 МГц.

    Частота радиометрического сигнала зависит от резонансной структуры дефекта изоляции, что приводит к узкополосному отклику. Среда распространения эффективно фильтрует низкие частоты в этом диапазоне частот до 50–800 МГц, при этом большая часть частотного содержимого находится ниже 300 МГц.

    Различные радиоприемники способны обнаруживать и измерять передаваемый сигнал частичного разряда; однако сложностью радиометрического контроля является восприимчивость к любым электромагнитным помехам.

    Для обеспечения того, чтобы эти локально передаваемые сигналы не мешали радиометрическому измерению частичных разрядов, требуется некоторое знание типичного частотного состава различных типов радиометрических сигналов частичных разрядов, таких как те, которые распространяются из-за повреждений изоляции в трансформаторах, распределительных устройствах и линиях электропередачи.

    Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

    Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *