Что такое частичные разряды
Основные типы частичных разрядов и причины их возникновения
Согласно определению, частичные разряды — это электрические разряды, которые не полностью шунтируют пространство между двумя токопроводящими электродами. Частичные разряды возникают в различных местах и средах в высоковольтном электрооборудовании. Несмотря на различия в терминологии обычно выделяют четыре типа частичных разрядов, каждый из которых возникает по разным причинам и причиняет разный ущерб. Обычно причиной появления частичного разряда служит незначительный дефект, в результате которого появляются тысячи миниатюрных повторяющихся разрядов, а с течением времени частичный разряд распространяется и нарастает. В конечном итоге это может привести к катастрофическим проблемам, которые повлекут за собой отказ оборудования и образование опасных вспышек дуги. Безопасность всегда должна быть основным приоритетом.
Обнаружение частичных разрядов в системе распределения электроэнергии с помощью прецизионного акустического устройства визуализации Fluke ii910.
Типы частичных разрядов
Обнаружение частичных разрядов
Как правило, трекинг диэлектриков и разряды в пустотах вызывают наибольшее беспокойство, поэтому их выявление и устранение должно быть в приоритете для электриков, работающих с промышленным высоковольтным оборудованием, для технических специалистов распределительных компаний, инженеров компаний, специализирующихся на передаче электроэнергии, а также для инженеров по высоковольтным системам на производстве оригинального оборудования (OEM). Во многих случаях выявление и устранение частичных разрядов является приоритетной задачей для обеспечения безопасности. Помимо угрозы для персонала, опасные частичные разряды могут стать причиной:
Этих проблем можно избежать, если частичный разряд будет обнаружен до того, как нанесет существенные повреждения. В настоящее время существует несколько способов выявления частичных разрядов. Частичные разряды можно обнаружить с помощью ультразвука, радиочастоты (RF) и ультрафиолетового излучения, однако методы, используемые до сих пор, выявляли ЧР не в полном объеме и имели определенные недостатки. Эти методы не позволяли обнаруживать частичные разряды под корпусом, их применение требовало длительного обучения, кроме того, им не хватало точности, которая необходима для принятия оперативных мер по ремонту, не говоря уже о том, что при использовании этих методов пользователю приходилось находиться рядом с потенциально опасным оборудованием.
Более эффективным средством выявления частичных разрядов стало прецизионное акустическое устройство визуализации Fluke ii910. Инновационная технология SoundSight™ от Fluke преобразует ультразвук в четко видимое изображение. Fluke ii910 позволяет безопасно обнаруживать частичные разряды на расстоянии без необходимости использовать громоздкие кабели и дополнительные принадлежности. Всего через несколько минут после распаковки прибора вы сможете находить частичные разряды на профессиональном уровне, так как устройство очень простое в освоении. Fluke ii910 умеет делать снимки сканируемых областей и позволяет собирать большое количество данных для последующего анализа и составления отчетов.
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.
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:
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:
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.
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:
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 высоковольтного оборудования
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:
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
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.
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:
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.
Это статья взята из книги Русова В.А. «Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования»
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?
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.
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:
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
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:
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:
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.
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
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 мониторинга 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.
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 может одновременно задействовать 6 из них. Таким образом, в каждый момент времени оператор может наблюдать до 4 энергоустановок.
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.
Портативная модификация HVPD Kronos
Портативный прибор для PDS Insight – 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 с подключенным HTFC-датчиком
PDS Insight 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 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.
Размещение HFCT-датчиков на шине заземления
HFCT-датчики размещаются двумя основными способами.
Датчики частичных разрядов на основе конденсаторов связи (HVCC)
Как следует из названия, в основе HVCC-датчиков лежит высоковольтный конденсатор связи. Такие датчики встраиваются непосредственно в линию питания и позволяют вести постоянный мониторинг ЧР. Чаще всего они применяются для наблюдения за электродвигателями и трансформаторами большой мощности.
Основное отличие HVCC-датчиков по сравнению с индуктивными является небольшой радиус действия и высокая стоимость. С другой стороны, эти устройства более чувствительны, а также устойчивы к помехам и могут использоваться на сетях высокого (до 30 кВ) напряжения.
Внешний вид HVCC-датчиков разной мощности
Для эффективного измерения частичных разрядов HVPD рекомендует ставить HVCC-датчики на каждую фазу статора электродвигателя. Кроме того, если речь идёт о двигателях с переменной скоростью вращения, рекомендуется спаривать датчики, устанавливая по 2 устройства на одну фазу.
Хотя решения на конденсаторах связи ориентированы скорее на постоянный мониторинг частичного разряда высокого напряжения, существуют решения для применения в режиме оффлайн, т.е. при обесточенной установке. Благодаря этому можно получить высокую точность даже при разовых измерениях.
Датчики ЧР переходного напряжения заземления (TEV)
Датчики емкостного напряжения, также известные как датчики переходного напряжения заземления (TEV-датчики) предназначены для применения в ситуациях, когда применение HFCT- или HVCC-датчиков невозможно по конструктивным или иным причинам. Такие датчики могут устанавливаться прямо на корпус энергоустановки и вести замеры, не вмешиваясь в работу оборудования.
С точки зрения физики, TEV-датчик представляет собой один конденсатор емкостного делителя. Вторым конденсатором является металлический корпус установки, к которому крепится датчик. Как и в случае с HFCT-датчиками, эта система улавливает токовые импульсы, наводимые ЧР.
Размещение TEV-датчиков на корпусе энергоустановки
Помимо явных достоинств, таких как простота монтажа и использования, TEV-датчики имеют ряд ощутимых недостатков, главным из которых является высокий уровень помех. Дело в том, что через заземлённые поверхности оборудования протекают не только импульсы ЧР, но и токи других высокочастотных процессов. Свою лепту в снижение точности вносит и геометрия металлоконструкций, затрудняющая определение точного места частичного разряда. Доходит до того, что простое перемещение датчика приводит к разнице показаний в 100 и более процентов.
Чаще всего TEV-датчики применяются в тандеме с датчиками других типов: HFCT и HVCC, а так же с акустическими или радиоволновыми решениями.
Акустические датчики (АА)
Появление частичных разрядов в изоляции вызывает ультразвуковые шумы. датчики регистрируют такие сигналы, на основе чего можно рассчитать уровень ЧР.
Акустические датчики HVPD. Направленная антенна (слева) и корпусной (справа)
АА-датчики совместно с портативными приборами чаще всего применяются в инспекторских проверках. Построенные на направленных микрофонах они позволяют проверять установки и кабельные линии с безопасного расстояния.
Кроме того, АА-датчики могут использоваться в системах постоянного мониторинга. Несмотря на недостатки в виде ограниченного радиуса действия и зависимости от уровня фонового шума данные устройства могут держать под наблюдением, например, высоковольтные ЛЭП в течении длительного времени.
Применение приборов для регистрации частичных разрядов
Рассмотрим несколько примеров применения приборов HVPD для регистрации частичных разрядов. Первый – поиск ЧР в кабельных линиях с помощью устройств типа Longshot. Важным требованием является локализация частичного разряда с высокой точностью. Если мы говорим о Longshot, то точность его измерений составляет около 0,5% общей длины линии.
Для выявления частичных разрядов в приборах HVPD используется два основных метода – односторонний (Single-Ended Location Method) и двухсторонний (Double-Ended PD Mapping Test). В обоих случаях используются одни и те же датчики – HFCT, HVCC и TEV, но методика тестирования различается.
Односторонний тест определяет место ЧР основываясь на разнице во времени между моментами появлением прямого импульса частичного разряда и импульса, отраженного от другого конца линии. (см. рисунок). Зная разницу во времени между ними, можно рассчитать расстояние от дальнего конца до места возникновения частичного разряда.
Схема работы одностороннего теста
Односторонний тест эффективен только на линиях небольшой длины, т.к. с ростом расстояний растёт и погрешность измерений. Поэтому существует двухсторонняя версия теста. Здесь измерения проводятся одновременно с двух сторон. При этом, датчики на дальнем конце подключаются к портативному транспондеру, который передаёт данные на модуль Longshot. В результате система получает данные сразу с двух концов линии, что позволяет точно рассчитать расстояние до точки возникновения ЧР.
Метод двустороннего тестирования для анализа кабельных линий
Именно такой метод был использован в 2002 году при тестировании сетей UK Electricity Distribution Company в Западной Англии. В ходе тестирования применялась система Longshot совместно с HFCT-датчиками и портативными транспондерами. Анализ информации был возложен на программу PD Map.
Схема работы двустороннего метода
В ходе проведенных испытаний было выявлено 2 места возникновения ЧР. Они располагались на расстоянии 1564 метра и 1681 метр от подстанции «Улица Стюартов» соответственно. На рисунках ниже, представлены скриншоты измерений данных разрядов. Проведенное обследование кабельной линии выявило наличие двух тройниковых муфт в данном районе (на расстоянии 1575 метра и 1695 метра). Замена данных муфт привела к исчезновению ЧР в линии.
Снимок графика для кабеля со стороны подстанции “Улица Стюартов”. Резкие отклонения по уровню ЧР (All Phases PD) отмечены на расстояниях 58,4% (1575 метра) и 62,8% (1695 метра) от подстанции
Этот пример хорошо иллюстрирует, что в полевых условиях система Longshot позволяет определять место возникновения ЧР с погрешностью в пределах 1%.
Постоянный мониторинг трансформаторов с помощью HVCC-датчиков
Рассмотрим применение HVCC-датчиков для постоянного мониторинга частичных разрядов в трансформаторах высокого напряжения на примере технологической площадки одной из энергетических компаний Великобритании. На одном из объектов проводилось тестирование двух гидрогенераторов 10 кВ и двух электродвигателей по 11кВ.
Внешний вид объекта мониторинга и вид смонтированных HVCC-датчиков
Для проведения тестирования на установках были смонтированы HVCC-датчики, емкостью 80пФ. На первом этапе для проведения экспресс-анализа сети использовалось оборудование Longshot.
Результаты показали наличие ЧР в каждом объекте. В первом случае были выявлено существенное превышение напряжения и частоты возникновения частинчых разрядов.
После выполнения текущего ремонта, был организован постоянный мониторинг энергоустановок с помощью оборудования Kronos. При этом замена датчиков не производилась. Благодаря своевременному оповещению владельца о потенциальных неисправностях, последний сэкономил средства на капитальном ремонте и внеплановых простоях своего оборудования.
Применение HFCT-датчиков для проверки электродвигателей
HFCT-датчики применяются для диагностики изоляции кабельных линий. Эти же датчики можно использовать и для обследования электродвигателей. Одним из примеров подобного решения стали электродвигатели на нефтеперерабатывающем заводе в Алжире.
Повреждения на обмотке электродвигателя из-за ЧР
Здесь оборудование HVPD использовалось для наблюдения за двигателем насоса высокого давления, обслуживающим трубу магистрального нефтепровода. Незадолго до описываемых событий был проведен ремонт электродвигателя насоса – пробой в результате частичного разряда серьёзно повредил обмотку статора двигателя.
Важной особенностью объекта стали жесткие требования по искро- и взрывобезопасности. Подобное исключало возможность применения HVCC-датчиков, поэтому было решено использовать HFCT-датчики, установленные на кабеле заземления. Обследование на предмет частичных разрядов производилось с помощью оборудования Longshot.