Файл: Сви П.М. Контроль высоковольтной изоляции методом частичных разрядов.pdf

(Величина и характер возникшего при этом тока обу­ словливаются параметрами цепи и поэтому в каждом конкретном случае будут различными. Ток может иметь форму как апериодического, так и колебательного им­ пульсов.

1-5. ПЕРИОДИЧНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РАЗРЯДОВ

Выше был рассмотрен процесс, происходящий в ди­ электрике, имеющем газовое включение, при единичном разряде.

Однако даже при приложении постоянного напряже­ ния во включении будут происходить периодические раз­ ряды. При разряде во включении напряжение на нем снизится на величину Af/B. ’Вслед за этим произойдет пе­ рераспределение зарядов пропорционально сопротивле­ ниям участков диэлектрика, напряжение на включении опять достигнет разрядного (£/в.и) и произойдет следую­ щий разряд.

При переменном напряжении в каждом полупериоде может произойти несколько разрядов. Поле заряда, возникшего в газовом включении в результате иониза­ ции (при первом разряде), снижает напряжение на нем на величину AUB. Если напряжение на объекте будет продолжать возрастать, то может возникнуть следую­ щий разряд. Для этого необходимо, чтобы приложен­ ное к включению напряжение на включении достигло величины Дв.н+АДе.

При перемене знака напряжения в следующий полупериод поле заряда, возникшего на границах включения при предыдущих разрядах, будет складываться с полем приложенного напряжения, что вызовет очередной раз­ ряд при более низком напряжении. В следующий полупериод приложенного напряжения описанный процесс повторится. Рассмотренная картина разрядов в газовом включении практически редко встречается в чистом ви­ де. Явление усложняется наличием эффекта полярности (различными разрядными напряжениями разных зна­ ков), различной величиной снижения напряжения при разряде (АДВ) и т. п.

Кроме того, даже в одном включении из-за неравно­ мерного распределения заряда по его границам разряд может произойти не в том месте, где был предыдущий. Часто в дефектной высоковольтной изоляции встречается

8

значительное количество включений, в которых одновре­ менно происходят разряды.

Несмотря на это, представленный выше процесс воз­ никновения разрядов в диэлектрике может быть полез­ ным при рассмотрении ряда практически встречающихся случаев.

В качестве примера рассмотрим случай, когда на­ пряжение на включении ІІВ ниже разрядного UB,n, но НВ.„<2НВ (рис. 1-7). Если в момент времени t\, по ка­ кой-либо причине во включении произойдет случайный разряд, а в следующий полупериод напряжение на вклю­ чении и в+ и в.ш (с учетом поверхностного заряда) пре-

Рис. 1-7. Процесс нестабильных частичных разрядов.

-------------приложенное напряжение;--------------напряжение на газовом включения.

высит разрядное, то будут продолжаться регулярные разряды — по два в каждый период приложенного на­ пряжения.

Если затем очередной разряд возникнет несколько раньше (момент t2), то в следующий полупериод напря­ жение на включении (UB + UB.B$ окажется ниже разряд­ ного и разряды погаснут.

Таким образом, возможно возникновение серии раз­ рядов во включении даже в том случае, если приложен­ ное к нему напряжение ниже разрядного, но превышает половину последнего. Разряды эти нестабильны: возник­ нув от случайной причины, они имеют склонность к самопогасанию. Практически с нестабильными разрядами приходится встречаться довольно часто при контроле фарфоровых подвесных изоляторов на линиях электро­ передачи.

9

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