Исследование характеристик частичных разрядов при высоких температурах тема работы
 Скачать 5.22 Mb.
|
|
| Направление подготовки13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» |
ДОПУСКАЕТСЯ К ЗАЩИТЕ:
Заведующий кафедрой__________
Никитин Константин Иванович
«___»_________2022 г.
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
| Исследование характеристик частичных разрядов |
| при высоких температурах |
тема работы
Шифр МР 02068999-ЭЭм-2039-00.00.000 ПЗ
| Студент ЭЭм-203 Миронов Денис Евгеньевич ___________ __________ |
| группа ФИО подпись дата |
| |
| Руководитель Поляков Дмитрий Андреевич ___________ __________ |
| ФИО подпись дата |
| Нормоконтролер Поляков Дмитрий Андреевич ___________ __________ |
| ФИО подпись дата |
Омск 2022 г.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Омский государственный технический университет»
Утверждаю:
Заведующий кафедрой
__________К.И. Никитин
«____»__________2022 г.
Задание
на выполнение выпускной квалификационной работы
Студенту Миронову Денису Евгеньевичу Группы ЭЭм-203
Факультет Элитного образования и магистратуры
Направление подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Направленность Электрические и электронные аппараты
Квалификация магистр
Наименование темы: Исследование характеристик частичных разрядов при высоких температурах
Срок сдачи студентом законченной ВКР «___»__________20___ г.
Содержание ВКР (перечень подлежащих разработке разделов)
Обзор известных методов и средств измерений частичных разрядов
Исследование характеристик частичных разрядов при высокой температуре
Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей и (или) иллюстративного материала)
Слайд 1
Слайд 2
Слайд 3
Слайд 4
Слайд 5
Слайд 6
Слайд 7
Слайд 8
Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11
Слайд 12
| Руководитель доцент, к.т.н. Поляков Дмитрий Андреевич должность, ученая степень, ученое звание подпись ФИО |
| |
| Задание принято к исполнению Миронов Денис Евгеньевич |
| подпись ФИО |
Реферат
Пояснительная записка 44 с., 46 рис., 2 формулы, 17 источников.
ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ, ДЕФФЕКТЫ ИЗОЛЯЦИИ, СПОСОБЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ.
Объектом исследования являются характеристики частичных разрядов при высоких температурах.
Цель работы – исследовать и выявить зависимость характеристик частичных разрядов от высоких температур.
В процессе работы было исследовано: Характеристики частичных разрядов при высоких температурах.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Проанализировать известные методы и средства измерений частичных разрядов
Определить известные результаты исследований зависимости характеристик частичных разрядов от температуры
Провести эксперимент в сконструированной тепловой установке и зафиксировать результаты исследования
Содержание
Введение 7
1 Обзор известных методов и средств измерений частичных разрядов 8
1.1 Определение частичных разрядов 8
1.2 Методы обнаружения частичных разрядов 10
1.3 Акустический метод обнаружения чр 11
1.4 Обнаружение чр оптическими методами 13
1.5 Электрический метод обнаружения чр 15
1.6 Способ измерения характеристик частичных разрядов, описанный в патенте ru2374657c1 16
1.7 Обзор средств регистрации частичных разрядов 17
1.8 Характеристики частичных разрядов 24
1.9 Исследование зависимости мощности частичных разрядов от температуры 25
1.10 Исследование характеристик частичных разрядов в искусственных дефектах линий электропередачи 26
2 Исследование характеристик частичных разрядов при высокой температуре 32
2.1 Экспериментальная часть исследования 32
Заключение 42
Список использованных источников 43
ВВЕДЕНИЕ
Целью данной выпускной квалификационной работы является исследование температурных зависимостей характеристик частичных разрядов. Исследование характеристик частичных разрядов является важной сферой исследований, которая поможет повысить надежность и безопасность работы высоковольтного оборудования, а также позволит найти новые решения проблемы дефектов изоляции. В современном мире использование высоковольтного оборудования является неотъемлемой частью нормальной работы производств и передачи электроэнергии. Для поддержания нормальной работы и во избежание аварий необходимо следить за состоянием этого оборудования, в частности за состоянием изоляции этого оборудования. Своевременное обнаружение частичных разрядов и понимание их характеристик является важным условием для недопущения выхода из строя изоляции и непосредственно высоковольтного оборудования.
1 ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ
1.1 Определение частичных разрядов
Частичные разряды (ЧР) являются причинами возникновения подавляющего большинства видов повреждений изоляции, появляющихся в изоляции высоковольтном оборудовании, таких как двигатели, генераторы, ЛЭП (воздушные и подземные), трансформаторы и реакторы. Частичные разряды возникают при наличии неоднородностей или пустот, так же могут возникать при наличии пузырьков газа. Данные дефекты в свою очередь могут возникать при естественном старении оборудования, заводских дефектов, либо при ошибках в эксплуатации.
Анализ и регистрация частичных разрядов – это эффективный вид диагностики электротехнического оборудования. Этот вид диагностики является наиболее перспективным, так как позволяет выявлять дефекты изоляции в оборудовании под рабочим напряжением.
В настоящий момент понятия «частичный разряд» в физике отсутствует. В высоковольтной технике под частичным разрядом предполагают разряды различного происхождения, которые возникают в высоковольтном оборудовании, являются электрическими разрядами и обладают конкретными, определенными свойствами.
Частичный разряд – это электрический разряд малой мощности, не вызывающий заметного изменения напряжения между электродами. Это обуславливается шунтированием части изоляции между электродами. Длительность частичного разряда – от единиц до десятков наносекунд.
Рисунок 1 – частичный разряд в твердой среде
Частичный разряд представляет собой локальный лавинный разряд в газовой поре диэлектрика или пробой малых объёмов твердого или жидкого диэлектрика.
Каждый разряд будет пагубно воздействовать на диэлектрик за счет образования активных радикалов, излучения и повышенной температуры. Исходя из того, что ЧР обычно возникают на каждом полупериоде синусоидального напряжения, с течением времени их разрушающее действие может нарастать. Это неуклонно приводит к поэтапному разрушению материала диэлектрика, появлению проводящих частиц (обуглероживанию), и, в конце концов, к разрушению изолятора.
Возникновение частичных разрядов всегда говорит нам о местной неоднородности диэлектрика. В связи с этим регистрация характеристик ЧР позволяет оценивать качество изготовления той или иной изоляционной конструкции и выявить местные дефекты, которые практически невозможно определить обычными испытаниями высоким напряжением или измерениями каких-либо интегральных характеристик изоляции (тангенс угла диэлектрических потерь, сопротивление изоляции и т.д.).
Частичные разряды образуются под действием высокой напряженности электрического поля в местах пониженной электрической прочности. Условия возникновения ЧР определяются конфигурацией электрического поля изоляционной конструкции и электрофизическими характеристиками рассматриваемой области изоляции. Механизм возникновения ЧР можно сравнить с механизмом возникновения искрового разряда в воздухе, который можно пояснить простейшей схемой, показанной на рис. 2
Рисунок 2 – схема
Длительное воздействие ЧР на изолятор может привести к электрическому пробою и разрушению диэлектрика. Одиночные частичные разряды не несут особой опасности, но возникновение частичных разрядов на постоянной основе способно истощать изоляцию, что приводит к разрушению изоляции и к однофазному замыканию на землю.
Разрушающее действие ЧР, приводящее к пробою диэлектрика, зависит от множества факторов. При этом вид ЧР или отдельные его характеристики не являются определяющими при оценке его разрушающей способности. Деструктивное действие ЧР зависит от вида разряда (критичным является возникновение скользящих разрядов в трансформаторах), его характеристик, места возникновения, длительности воздействия, стадии развития, внешних факторов.
1.2 Методы обнаружения частичных разрядов
На сегодняшний день можно выделить следующие методы обнаружения и измерения частичных разрядов:
Акустические методы
Частичные разряды имеют свойство вызывать определенные ультразвуковые колебания. Акустический метод позволяет нам осуществлять поиск и измерение ультразвуковых колебаний. Человеческий слух не способен улавливать звук такого происхождения ввиду слишком высокой частоты, но при помощи специализированной акустической аппаратуры появляется возможность определять место возникновения ультразвуковых колебаний, а также определять силу разряда.
2) Оптические методы.
Основой определения места возникновения частичных разрядов данным методом является фиксация оптических проявлений частичных разрядов. Этот метод предполагает два основных варианта обнаружения. Первый вариант основывается на отслеживании изменений оптического потока. Второй предполагает фиксацию вспышек, которые характеры частичным разрядам.
3) Радиоволновые методы
Появление частичных разрядов неизбежно вызывает радиопомехи, которые, могут быть выявлены радиоволновыми методами. Место, имеющее наибольшую концентрацию помех и будет местом возникновения частичных разрядов.
4) Электрические методы.
Измерение импульса тока в системе дает нам возможность обнаруживать частичные разряды. При использовании детектора, подключенного к цепи заземления, возможно отследить токи, которые отличаются от фоновых токов, таким образом отслеживать проявления частичных разрядов.
1.3 Акустический метод обнаружения ЧР
Акустические сигналы, которые возникают при возникновении ЧР, могут быть уловлены с использованием акустических датчиков, таких как пьезоэлектрические преобразователи, а также волоконно-оптические акустические датчики, акселерометры, специальные конденсаторные микрофоны и звуко-резонансные датчики.
Рисунок 3 – пьезоэлектрический преобразователь
Акустический сигнал создается взрывом механической энергии, вызванной испарением материала вокруг горячего стримера в пустоте. Эта энергия распространяется через бак трансформатора в виде поля давления. Преимущество акустических методов заключается в возможности локализовать источники ЧР с использованием нескольких датчиков в разных положениях на баке трансформатора. Одним из распространенных методов, используемых для локализации ЧР, является так называемый анализ времени прибытия. На акустические волны на самом деле сильно влияет геометрия трансформатора, а также изоляционная среда. Это приводит к изменению распространения звука, что приводит к эффектам демпфирования, поглощения и рассеяния на измеряемое акустическое сжатие. Локализация ЧР может помочь техническим специалистам вовремя обнаружить дефекты изоляции. Существует множество различных алгоритмов, позволяющих точно локализовать местоположения ЧР в трансформаторах. Наиболее перспективными выглядит методы, использующие пьезоэлектрические датчики нового поколения (высокотемпературные ультразвуковые преобразователи).
Рисунок 4 – Преобразователь ультразвуковой П112-5,0-12/2-Т высокотемпературный
Преимуществом данных датчиков является их невосприимчивость к электромагнитным помехам, что делает их пригодными для применения в режиме реального времени (в режиме онлайн). Однако акустические датчики также имеют некоторые ограничения, поскольку они менее чувствительны по сравнению с методами, основанными на захвате электрических сигналов из-за механизмов затухания внутри трансформатора.
1.4 Обнаружения частичных разрядов оптическими методами
Частичный разряд вызывает генерацию оптического излучения, которое может быть обнаружено оптическими датчиками. Спектр сгенерированного ЧР света варьируется от УФ до видимого диапазона в зависимости от энергии ЧР. Так как цель системы мониторинга ЧР состоит в предотвращении негативных последствий, основное внимание уделяется обнаружению низкоэнергетических событий ЧР до того, как они станут высокоэнергетическими опасными событиями. Основные оптические методы таковы:
1. Размещение УФ фотодетектора рядом с источником потенциального УФ излучения. Является самым простым оптическим методом.
2. Использование флуоресцирующих веществ. Флуоресцирующее вещество, прикрепленное к наконечнику оптоволокна, работает как точечный датчик. Поглощённый ультрафиолетовый свет вызывает флюоресценцию материала в оптоволоконном наконечнике, при этом часть излученной энергии видимого диапазона передается по оптоволокну для удаленного. Одной из вариаций такого метода является использование U-образного оптоволоконного датчика (как и в точечном, оголенное оптоволокно покрывается флуоресцирующим веществом).
3. Использование оптоволокна с жилой, легированной флуоресцирующим веществом. В отличие от предыдущих двух, этот метод не является точечным. Такие датчики могут быть интегрированы в силиконовую резиновую изоляцию, которая окружает высоковольтные кабели, так, чтобы флуоресцентное волокно было вблизи источника, генерирующего ЧР, который может произойти в изолированных точках подключения, в интерфейсах проводниковой изоляции или в самой изоляции.
Рисунок 5 – УФ фотодетектор
Каждый из методов имеет свои недостатки. Точечные датчики имеют ограничение в угле приема. Кроме того, оба этих датчика могут принимать свет только на небольшой площади, что приводит к низкой чувствительности и ограниченному полю зрения. В свою очередь, ограниченное поле зрения в датчиках этих типов означает, что требуется множество датчиков для достаточного охвата большого отсека, такого как шкаф коммутационной аппаратуры. Легированный флуоресцентный оптоволоконный датчик имеет преимущество в том, что он может принимать свет и флуоресцировать вдоль всей длины флуоресцентного оптоволокна, что значит, что он имеет способность к обнаружению низких уровней ЧР, а также обнаруживать ЧР из намного более широкой области. Однако, его слабость состоит в высоком затухании в легированной жиле оптоволокна, около 300 дБ/км (до 11 000 дБ/км в некоторых случаях). Поэтому существует предел максимальной длины эффективной передачи (2 м для 85% эффективности передачи). Общее решение этого ограничения состоит в соединении легированного волокна со стандартным волокном с малым затуханием, которое передаст излучение к удаленному фотодетектору.
1.5 Электрический метод обнаружения ЧР
Электрический метод обнаружения частичных сигналов или его варианты с использованием современных технологий обработки сигналов и оценки результатов, остается часто используемым средством обнаружения и измерения частичных разрядов на высоковольтном оборудовании. В большинстве случаев для измерения используется детектор частичных разрядов с полосой частот 40 - 200 кГц. Измеренные сигналы частичных разрядов будут выведены на экран осциллографа, после чего, для дальнейшей оценки данные передадутся на ноутбук. Ниже представлена схема простейшего устройства электрического метода измерения частичного разряда.
Рисунок 6 – Схема обнаружения ЧР электрическим методом
1.6 Способ измерения характеристик частичных разрядов, описанный в патенте RU2374657C1
Автором описанного способа измерения характеристик ЧР является Вдовико Василий Павлович.
Часто используемый электрический метод измерения сигналов частичных разрядов, при котором происходит поочередное измерение ЧР в каждой фазе в силовых трансформаторах имеет два значительных недостатка. Первый недостаток заключается в подключении датчиков к выводам только измерительных обкладок вводов обмоток ВН, без подключения к выводу нейтрали соединения обмоток ВН. Без этого подключения невозможно выявить и учесть сигналы помех в контуре заземления. Второй недостаток – это невозможность учета сигналов «соседних» фаз, которые так же могут оказывать влияние на итоги измерения. Эти недостатки свидетельствуют о возможности недостоверных измерений.
Данный способ измерения ЧР позволяет повысить помехоустойчивость и достоверность измерений характеристик частичных разрядрв. Это становится возможным благодаря учёту влияния сигналов из «соседних» фаз и выявлению сигналлов помех в контуре заземления. Одновременно измеряются все элементы трехфазной цепи (с помощью датчиков частичных разрядов, подключенных ко всем элементам трёхфазной цепи, включая нейтраль и три фазы).
Рисунок 7 – Функциональная схема устройства
1.7 Обзор средств регистрации частичных разрядов
Рисунок 8 – OVM-1
На практике всегда существует потребность в универсальных системах мониторинга и диагностики, позволяющих контролировать состояние оборудования различных типов. В основе таких систем лежит другой идеологический принцип конструирования – «несколько типов оборудования – один общий метод диагностики». Универсальный прибор регистрации частичных разрядов, импульсных перенапряжений и токов OVM-1 предназначен для создания таких универсальных систем мониторинга, реализующих именно такой принцип диагностики.
Измерительный прибор OVM-1 предназначен для регистрации высокочастотных импульсов в различном высоковольтном оборудовании. Он может быть применен как для регистрации импульсов от частичных разрядов, так и импульсов другой природы возникновения, например, грозовых, коммутационных перенапряжений и т. д.
Прибор OVM-1 может быть использован:
1) Для регистрации частичных разрядов в изоляции различного высоковольтного оборудования – генераторов, электродвигателей, трансформаторов, кабельных и воздушных линий.
2) Регистрации импульсных и коммутационных перенапряжений в энергосистемах.
3) Локации мест дефектов и перенапряжений в кабельных и воздушных линиях.
Рисунок 8 – R2200
Многоканальный переносной прибор регистрации и анализа сигналов частичных разрядов в изоляции R2200 предназначен для регистрации и анализа распределения частичных разрядов в изоляции различного высоковольтного оборудования – трансформаторов, кабельных линиях, электрических машинах и т. д. Принцип действия прибора R2200 существенно отличается от работы стандартных осциллографов, которые также используются в практике исследования частичных разрядов. Основное различие состоит в том, что в приборе R2200, сразу же, на аппаратном уровне, в режиме реального времени, решается вопрос о том, является ли данный импульс следствием возникновения частичных разрядов в контролируемом оборудовании, или он имеет другую природу возникновения. Благодаря этому пользователь принимает участие только в процедуре анализа распределения импульсов, что оптимизирует процесс диагностики. При помощи встроенного в прибор R2200 рефлектометра, использующего импульсы от частичных разрядов в качестве зондирующих, можно локализовать места ухудшения изоляции в работающих кабельных линиях. Достоинством такого метода рефлектографии является возможность проведения диагностирования на работающей линии, без снятия напряжения.
Рисунок 8 – PD Simulator
Имитатор частичных разрядов в дефектах твердой изоляции высоковольтного оборудования «PD Simulator» предназначен для проведения проверки работоспособности диагностической аппаратуры, используемой для регистрации и анализа частичных разрядов в твердой изоляции, возникающих при различных дефектах.
Имитатор может быть использован при проведении практического обучения персонала энергетических предприятий основам диагностики дефектов изоляции высоковольтного электротехнического оборудования, а также для организации обучения студентов высших учебных заведений по специальности «Техника высоких напряжений» в курсах, связанных с изучением физических процессов в твердой изоляции.
В составе имитатора «PD Simulator» реализованы физические модели 6 различных дефектов твердой изоляции:
1) Частичные разряды внутри изоляции.
2) Частичный разряд типа «плавающий потенциал».
3) Поверхностный разряд с земляного потенциала.
4) Поверхностный разряд с высоковольтного электрода.
5) Коронный разряд с высоковольтного электрода.
6) Поверхностный разряд с «земляного электрода».
Дополнительно можно использовать сигнал синхронизации частичных разрядов с фазой питающего напряжения, имеющий амплитуду 4 В.
Благодаря наличию прозрачной лицевой защитной панели все модели дефектов хорошо видны. Подключение прибора регистрации частичных разрядов или цифрового осциллографа к моделям дефектов производится при помощи стандартных BNC-разъемов.
Каждая физическая модель дефекта в изоляции может быть подключена к встроенному внутрь имитатора источнику высокого напряжения при помощи разъединителя, управление которым осуществляется переключателями на лицевой панели имитатора. Это позволяет исследовать каждый дефект в изоляции отдельно или совместно, когда необходимо различать отдельные дефекты в общем высокочастотном фоне.
Внутренний регулируемый источник высокого напряжения позволяет плавно изменять напряжение на моделях дефектов, анализировать процессы зажигания и погасания частичных разрядов.
Имитатор дефектов в изоляции высоковольтного оборудования марки «PD Simulator» выполнен в прочном транспортном кейсе, что позволяет использовать его даже в полевых условиях.
Рисунок 9 – Технические характеристики имитатора PD Simulator
Рисунок 10 – Система TE PDS
Система для проверки вновь смонтированных изолированных муфт и конечных заделок кабеля на отсутствие частичных разрядов TE PDS представляет собой индуктивный и емкостной датчик и приспособлен для контроля качества различных изолированных электрических устройств. Измерительный прибор используется, главным образом, для проверки вновь смонтированных изолированных муфт и конечных заделок кабеля на отсутствие частичных разрядов (ЧР). TE PDS используется исключительно на изолированных установках высокого напряжения.
Определение возможных слабых мест производится при помощи емкостного датчика, за счет обнаружения изменений электрического поля, вызванных ЧР. Интенсивность измерительного сигнала в пикоКулонах существенно снижается по мере удаления от неисправности и после пересчета индицируется в dB-шкале. Это изменение уровня сигнала используется для точной локализации.
Рисунок 11 – Стенд KRON-35R до 100 кВ
Автоматизированный стенд для испытания изоляции оборудования марки KRON-35R до 100 кВ предназначен для контроля состояния изоляции высоковольтного оборудования в стационарных условиях, на производственных и ремонтных предприятиях. Стенд может быть использован для контроля состояния изоляции генераторов, электродвигателей, кабелей, силовых и измерительных трансформаторов.
Стенд KRON-35R до 100 кВ позволяет выполнять следующие испытания изоляции высоковольтного оборудования:
1) Испытание бумаго-масляной, полиэтиленовой и компаундной изоляции высоковольтного оборудования номинальным и повышенным напряжениями, с регулируемой частотой.
2) Контролировать уровень, интенсивность и фазовое распределение частичных разрядов в изоляции контролируемого оборудования при номинальном и повышенном напряжении.
3) При контроле кабельных линий возможно проведение локации места возникновения дефекта по времени прихода прямого и отраженного импульсов частичных разрядов.
4) Определять значение тангенса угла потерь изоляции tgd при номинальном напряжении.
5) Определять коэффициенты абсорбции и поляризации изоляции, проводить оценку остаточного ресурса изоляции.
1.8 Характеристики частичных разрядов
Характеристики частичных можно разделить на электрические, временные и характеристики распределения.
К электрическим характеристикам относятся:
1) Кажущийся заряд (q) – абсолютное значение такого заряда, при мгновенном введении которого на электроды объекта испытания напряжение между электродами кратковременно изменится точно так же, как и при возникновении частичного разряда.
2) Средний ток – сумма абсолютных значений кажущихся зарядов в интервал времени их регистрации.
Ῑ=
; (1).3) Мощность – сумма произведений кажущихся разрядов на мгновенные значения воздействующего на изоляцию напряжения, деленная на интервал времени измерения.
Ρ=
; (2).4) Напряжение возникновения и погасания частичных разрядов – такое напряжение, приложенное к изоляции, при котором впервые появляются или прекращаются повторяющие частичные разряды.
К временным характеристикам относятся:
1) Регулярность возникновения частичных разрядов (R) – доля периодов воздействующего напряжения, в которых регистрировались частичные разряды с кажущимся зарядом, равным или превышающим q
2) Время появления импульса частичного разряда (t) – отношение числа импульсов, которые были зарегистрированы в определенном временном интервале к интервалу времени измерения.
К характеристикам распределения относятся:
1) Распределение количества импульсов по значениям кажущихся зарядов (q(N)) — зависимость количества частичных разрядов, зарегистрированных за время проведения измерений, от величины кажущегося заряда;
2) Распределение значений кажущихся зарядов по фазе воздействующего напряжения (q(φ)) — зависимость величин кажущихся зарядов от фазовых углов их появления в периоде напряжения, воздействующего на изоляцию
1.9 Исследование зависимости мощности частичных разрядов от температуры
Целью рассматриваемого исследования являлось определение зависимости мощности ЧР в изоляции от температуры. Для достижения этой цели была разработана нагревательная установка. В разработанную камеру нагрева для испытания был помещен кабель из материала, устойчивого к высоким температурам. Перед помещением в установку, при помощи съёмника изоляции, была выполнена концевая заделка кабеля. В целях изолирования установки один конец кабеля был помещен в слой эпоксидной смолы. С двух сторон кабеля были установлены трубки для выравнивания напряженности электрического поля. Испытание проводилось в температурном диапазоне от 30 до 100 градусов Цельсия, напряжение кабеля составляло 4 кВ. Для регистрации частичных разрядов в кабеле искусственно был произведен дефект, представленный на рисунке 12.
Рисунок 12 – Искусственный дефект кабеля
После выполнения измерений были составлен график зависимости температуры от мощности частичных разрядов, представленные на рисунке 13.
Рисунок 13 – график зависимости мощности частичных разрядов от температуры
Исходя из результатов измерений можно заметить, что воздействие температуры, а именно её повышение, существенно влияет на частоту возникновения и мощность частичных разрядов.
1.10 Исследование характеристик частичных разрядов в искусственных дефектах линий электропередачи
В данной работе исследуются характеристики частичных разрядов в кабельных и воздушных линиях, которые имеют искусственные дефекты разных видов. В общей сложности рассмотрено 13 типов дефектов изоляции, для каждого из них была составлена диаграмма АФРЧР (амплитудно-фазового распределения частичных разрядов).
Испытание проводилось переменным напряжением, превышающее номинальное напряжение. Испытательная установка с максимальным напряжением в 50кВ являлась источником напряжения. Были предприняты меры по минимизации разрядов в воздухе, путем подключения испытываемых образцов с большим воздушным промежутком.
В статье говорится, что наиболее важными элементами ВЛ будут являться изоляторы. К дефектам изоляции относятся механическое повреждение корпуса, общая загрязненность, с присутствием или отсутствием влаги. Поверхностные разряды могут появляться вследствие наличия загрязнений. Эти разряды могут быть причиной полного перекрытия. Механические повреждения корпуса могут быть самыми разными, эти разрушения могут вызываться высоким механическим напряжением.
В кабельных линиях самыми часто встречающимися дефектами могут быть ошибки в монтаже концевых и соединительных муфт. Также дефектами будут являться неоднородности изоляционного слоя.
В статье были рассмотрены и исследованы следующие дефекты: искусственная поперечная трещина фарфорового изолятора, искусственная диагональная трещина фарфорового изолятора, искусственная поперечная трещина полимерного изолятора, искусственная диагональная трещина полимерного изолятора, имитация заостренного высоковольтного электрода в полимерном изоляторе, загрязнение фарфоровых изоляторов алюминиевой пудрой/сажей/пылью (без увлажнения и с увлажнением), дефект заделки одножильного экранированного кабеля 10кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена, заостренный заземляющий электрод, внедренный в слой изоляции одножильного экранированного кабеля 10кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Результаты исследований:
Рисунок 14 – Фарфоровый изолятор с поперечным надрезом
Рисунок 15 – Фарфоровый изолятор с диагональным надрезом
Рисунок 16 – Полимерный изолятор с поперечным надрезомРисунок 17 – Полимерный изолятор с диагональным разрезом
Рисунок 18 – Полимерный изолятор с электродом в виде иглы
Рисунок 19 – Изолятор, загрязненный алюминиевым порошкомРисунок 20 – Изолятор, загрязненный алюминиевым порошком и влагой
Рисунок 21 – Изолятор, загрязненный сажей
Рисунок 22 - Изолятор, загрязненный сажей и влагой
Рисунок 23 – Изолятор, загрязненный пылью
Рисунок 24 – Изолятор, загрязненный пылью с влагой
Рисунок 25 – Дефект заделки кабеляРисунок 26 – Дефект кабеля в области заземляющего электрода в виде иглы
Результаты исследования показали значительно отличающиеся друг от друга картины АФРЧР, а также характеристик частичных разрядов.
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
2.1 Экспериментальная часть исследования
Для проведения эксперимента было принято решение использовать уже имеющуюся камеру нагрева, представляющую из себя горизонтально расположенную асбестоцементную трубу, внутри которой установлены нагревательные элементы (ТЭНы), датчики температур, позволяющее отслеживать нужный диапазон температуры, направляющие, для удобства установки кабеля, которые выполнены из материала, способным выдерживать высокие температуры. Снаружи асбестоцементной трубы нанесен утеплитель, в два слоя, установлено покрытие, выполненное из слоев стеклоткани. Для полной изоляции кабеля от внешней среды установлена заглушка из теплостойкой ткани, не пропускающей воздух. Изображение нагревательной установки представлено на рисунке 27.
Рисунок 27 – Нагревательная установка
Также для проведения эксперимента были выполнены необходимые этапы для подготовки кабеля. В частности, была выполнена концевая заделка кабеля, при помощи специального съемщика изоляции.
Кабель был помещен в тепловую установку и к нему были подключены необходимые для измерения приборы. Подключение показано на рисунке 28.
Рисунок 28 – Подключение измерительных приборов к кабелю
Для проведения измерений использовались приборы АИД-70М и Dim Loc. Изображение приборов представлено на рисунках 29, 30 и 31.
Рисунок 29 – Пульт управления АИД-70М
Рисунок 30 – Генератор высоковольтный, АИД-70М
АИМ-70М – это усовершенствованная модель аппарата АИД-70, предназначенная для измерения электрической прочности электроизоляцонных материалов, изоляции кабелей и остальных устройств, которые входят в состав электроустановок высоких напряжений. С помощью этого аппарата на объект испытания подается постоянное или переменное напряжение, синусоидальной формы, с частотой 50 Гц. Использование АИД-70М не несет вреда, так как интенсивность электромагнитного поля не превышает допустимых норм, согласно СанПиН 2.2.4.1191-03.
Основные характеристики АИД-70М представлены на рисунке 31.
Рисунок 31 – характеристики АИД-70М
Прибор Dim Loc является эффективным и универсальным средством регистрации и анализа ЧР. С его помощью осуществляется локализация мест возникновения частичных разрядов и диагностика дефектов. Прибор может использоваться в силовых трансформаторах, измерительных трансформаторах, в кабельных линиях и в опорной/подвесной изоляции. Характеристики Dim Loc представлены на рисунке 32.
Рисунок 32 – Характеристики прибора Dim Loc
Рисунок 33 – прибор Dim Loc
Прибор Dim Loc позволяет осуществлять регистрацию частичных разрядов. Напряжение, которое подавалось на кабель в начале эксперимента составляло 4кВ, позже было увеличено до 7кВ. Температурный диапазон в нагревательной камере составлял от 102 градусов до 115.
Во время проведения эксперимента производилось измерение температуры в камере нагрева и мощность частичных разрядов. Интервал снятия результатов с прибора составлял 10 минут. Эксперимент, включающий в себя подготовку и измерения проводился на протяжении восьми часов.
После снятия результатов обработка данных и их анализ осуществлялся с помощью программы Inva Portable. Полученные графики представлены ниже.
Рисунок 34 – Результаты измерения
Рисунок 35 – Результаты измерения
Рисунок 36 – Результаты измерения
Рисунок 37 – Результаты измерения
Рисунок 38 – Результаты измерения
Рисунок 39 – Результаты измерения
Рисунок 40 – Результаты измерения
Рисунок 41 – Результаты измерения
Рисунок 42 – Результаты измерения
Рисунок 43 – Результаты измерения
Рисунок 44 – Результаты измерения
Рисунок 45 – Результаты измерения
Была построена зависимость мощности от температуры, представленная на рисунке 46
Рисунок 46 – Зависимость мощности частичных разрядов от температуры
Вывод
В результате эксперимента был составлен график зависимости мощности частичных разрядов от температуры. По полученным результатам можно сделать вывод, что при повышении температуры мощность ЧР возрастает, но для более явного закрепления этого вывода необходимо провести аналогичный эксперимент в более широком диапазоне температур.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученный график в результате проведенного исследования показывает, что в диапазоне температур с 102 градусов Цельсия, до 115 градусов, мощность частичных разрядов росла с 6,7 мВт до 10,2 мВт. Данный график даёт понять нам, что повышение температуры оказывает влияние на характеристики частичных разрядов, а именно на их мощность. Для более наглядной и явной картины этой зависимости необходимо провести эксперимент с более высокой температурой. Но исходя из данных графика можно сделать вывод, что повышенная температура несет опасность для изоляции, оказывая не только внешнее воздействие, но и внутреннее, посредством увеличения мощности частичных разрядов.