7.3. Диагностика подвесной изоляции и цепей заземления

7.3.1. Виды и причины повреждений изоляторов и цепей заземления

Изоляторы ЛЭП отказывают по следующим причинам: климатические воздействия - 11,7%, посторонние воздействия - 31, 0 %, другие причины - 11,6%, дефекты конструкции, изготовления и монтажа - 9,9%, старение материалов - 3,8 %, недостатки эксплуатации - 1,5%, недостатки проектирования - 0,5%.

Наибольшая относительная повреждаемость у анкерных и натяжных изоляторов, так как они испытывают большие механические нагрузки. Тяжелые условия работы и у фиксаторных изоляторов из-за воздействия нагрузок в процессе токосъема.

На ЛЭП и контактной сети применяют тарельчатые изоляторы из фарфора, стекла и полимерных материалов, а также стержневые из фарфора и полимеров. Повреждения изоляторов различны - внутренний и поверхностный пробой, повреждение при перекрытии дугой, растрескивание и коррозия.

Причины отказов изоляторов разделяют на две группы - электрические и механические. Электрические происходят из-за старения (растрескивания) материала, загрязнения поверхности, перенапряжения и отключения разъединителей под нагрузкой. Механические (им подвержены в основном стержневые изоляторы) возникают из-за образования микротрещин при ударах и вибрации. Микротрещины возникают и при резких колебаниях температуры, из-за различия коэффициентов расширения фарфора, цемента и металла. Вероятность механических повреждений возрастает с понижением температуры.

7.3.2. Методы и средства диагностики подвесной изоляции и цепей

заземления

Цепи заземлений. Чтобы определить пробивное напряжение искровых промежутков, а также проверить диодные заземлители, используют прибор «Импульс». На искровой промежуток подается напряжение 300...500 В (для диода напряжение устанавливается в соответствии с классом диодного заземлителя). Положительный вывод прибора подсоединяют к катоду, отрицательный - к аноду диода. Среднее время диагностирования составляет 15 с, диапазон регулирования - от 0 до 2000В, масса прибора 4 кг.

Проверка производится без разрыва цепи заземления, что исключает трудоемкую операцию по отсоединению заземления. Прибор обладает следующими данными:

• величина регулируемого выходного напряжения постоянного тока 200 – 2000 Вольт;

• потребляемый ток от аккумулятора при измерении 150 мА;

• габаритные размеры 175*165*95 мм;

• вес 3 кг.

Перед измерением прибор устанавливается с полевой стороны или сбоку от опоры. Присоединение зажимов к заземлению опоры и измерение проводится только при отсутствии проходящего поезда.

На искровой промежуток подается напряжение 300 – 500В. После этого нажимается кнопка на приборе. Если появляется сигнализация, то это означает, что промежуток закорочен и требует восстановления изоляции. Если сигнализации нет, то напряжение необходимо поднять до 1300В. Если теперь при нажатии кнопки сигнализация появилась, то нужно выключить прибор, снова включить его, установить 300 – 500В и повторно нажать кнопку. Сигнализация не должна работать. Искровой промежуток исправен.

Если при напряжении 1300В сигнализация не появляется, то это говорит о том, что отсутствуют вставки или контакт в искровом промежутке.

При проверке диодного заземлителя прибор положительным выводом подключается к катоду, а отрицательным к аноду. Устанавливается напряжение, соответствующее классу диодного заземлителя, и нажимается кнопка прибора. Сигнализация должна отсутствовать при исправном заземлителе.

Перед установкой на опору искровые промежутки проверяют мегаомметром МС-06 на 2000В по схеме на рис. 58.

Рис. 58. Проверка искровых промежутков перед их установкой

Увеличивая постепенно число оборотов ручки мегаомметра, наблюдают за стрелкой вольтметра. При исправном искровом промежутке стрелка отклоняется до момента пробоя, после чего возвращается в исходное положение. Показания прибора не должны быть ниже 800 и выше 1200В.

Рис. 59. Схема проверки искрового промежутка в эксплуатации

При отсутствии указанных приборов первичная оценка исправности искрового промежутка может быть произведена с помощью вольтметра на шкале 20В. При этом вольтметр подключают к выводам искрового промежутка, включенного в цепь заземления. Если при проходе по участку поезда стрелка вольтметра отклоняется, то промежуток исправен (рис. 59).

Диодные заземлители перед установкой проверяют мегаомметром М1101 на 500 В (в прямом и обратном включении), для чего + мегаомметра (вывод «линия») подключается первоначально к аноду, а затем к катоду, - (вывод «земля») – первоначально к катоду, а затем к аноду (рис.60). Заземлитель исправен, если сопротивление его в прямом направлении равно нулю, а в обратном - не менее 100 кОм.

Рис. 60. Схема проверки диодного заземлителя перед его установкой

а - в сборе; б – каждого вентиля в отдельности

В случае, когда сопротивление диодного заземлителя в собранном виде при обратной полярности менее 100 кОм, следует снять крышку и проверить каждый вентиль отдельно (рис. 60, б). Перед измерением гибкие выводы вентилей отключаются от схемы.

Вентили с обратным сопротивлением менее 100 кОм (при очищенной от пыли и влаги поверхности вентиля) следует заменить, так как при эксплуатации из-за возможно их быстрого выхода из строя (пробоя) создадутся условия электрокоррозионной опасности для защищаемых опор.

В процессе эксплуатации диодный заземлитель проверяют аналогично, предварительно отсоединив от рельсов (рис. 61).

Перед измерением диодный заземлитель шунтируют проводом МГ-50 (рис. 61), а провод, идущий к рельсам, отсоединяют от диодного заземлителя. Если сопротивление диодного заземлителя при обратной полярности меньше 100 кОм, следует снять крышку и проверить каждый вентиль отдельно по описанной выше методике. В случае исправности всех диодов проверяют сопротивление изоляции между корпусом заземлителя и стержнем (при отсоединенных гибких выводах вентилей). Изолирующая втулка подлежит замене при 100 кОм (если очистка от пыли, грязи не повысит сопротивление выше 100, кОм). При обнаружении дефектного вентиля допускается временная эксплуатация диодного заземлителя с двумя вентилями.

Оттяжка металлических и железобетонных опор на участках постоянного тока должна быть изолирована от анкеров изолирующими прокладками в соответствии с рабочими чертежами.

Рис. 61. Схема проверки диодного заземлителя в процессе эксплуатации

Состояние изоляции анкеров от оттяжек проверяют одновременно с проверкой искровых промежутков вольтметром по шкале 20 - 100В (рис. 62). Если стрелка вольтметра отклоняется при наличии поезда на перегоне, то изоляция исправна. На период измерений искровой промежуток в цепи заземления опоры должен быть закорочен.

Допускается проверка изоляции мегаомметром.

Рис. 62. Проверка изоляции оттяжки

1 - временная перемычка; 2 – изолирующий элемент

Изоляторы. Изоляторы в гирлянде диагностируют по распределению между ними рабочего напряжения. В соответствии с ПУТЭКС, фарфоровые тарельчатые изоляторы на участках постоянного тока диагностируют при помощи измерительной штанги с искровым промежутком ШИУ, ШИ-35, ШИ-110, ШИ-220 и штанги с электростатическим вольтметром. Штанги с искровым промежутком имеют поворотный механизм с эксцентриком и неподвижный электрод. На оси эксцентрика находится также стрелка указателя. При измерениях щупы штанги накладывают на изолятор и поворачивают эксцентрик. Расстояние между неподвижным электродом и эксцентриком уменьшают вплоть до пробоя.

При повышении напряжения на одном изоляторе до 10 кВ возникает поверхностный частичный разряд (ПЧР). Это возможно при пробое одного из трех изоляторов в гирлянде переменного тока. Появления ПЧР сопровождается акустическими и электромагнитными колебаниями, оптическими излучениями. Наибольшая чувствительность обеспечивается в оптическом диапазоне. На многих дорогах для контроля ПЧР применяют переносной электронно-оптический дефектоскоп «Филин-3» (рис. 63).

Изображение контролируемого объекта формируется входным объективом на фотокатоде усилителя яркости. На его экране оператор через окуляр наблюдает изображение. Расстояние до контролируемого объекта - 5...50 м, диапазон измеряемого излучения - 1...10 мкм, масса прибора - 2,5 кг. Дефектоскоп работоспособен только в темное время суток. Для того чтобы отличить ПЧР от коронных разрядов, необходимо осмотреть изоляторы не менее чем с двух сторон.

Рис. 63. Дефектоскоп «Филин 3»

Прибор «Magna-Mike 8500» (рис.64) для измерения толщины немагнитных материалов

Измерения основаны на использовании эффекта Холла, когда магнитный щуп находится с одной стороны измеряемою изделия, а стальной шарик - с другой Данный метод наиболее эффективен при измерении на криволинейных поверхностях с минимальным радиусом кривизны и на труднодоступных участках изделий. Magna-Mike 8500 - идеальный прибор для измерения толщины стекла с любой степенью кривизны поверхности (min R<0, 79 мм) и практически любого размера. Точность прибора не зависит от свойств тестируемого материала.

Чтобы предотвратить массовые отказы при увлажнении загрязненных изоляторов, используется встроенная система диагностирования, состоящая из датчика загрязнения, источника питания и реле РТЗ-50, ток срабатывания - 40...50 мА. Сообщение о срабатывании реле поступает к диспетчеру, который принимает меры к снижению напряжения в контактной сети.

Для дистанционного выявления гирлянд, имеющих дефектные изоляторы, применяется ультразвуковой дефектоскоп УД-8В. Принцип его действия основан на улавливании ультразвука от контролируемых изоляторов. Известно, что интенсивность поверхностных частичных разрядов на поверхности изоляторов пропорциональна 8-й степени величины приложенного к нему напряжения. При наличии «нулевых» изоляторов изменяется распределение напряжения по гирлянде: на исправных изоляторах напряжение, в сравнении с распределением в исправной гирлянде, повышается. Соответственно повышается интенсивность ультразвукового фона, что и регистрируется прибором. Установлено, что если дефект изолятора проявляется в форме незавершенного пробоя, то это приводит к резкому увеличению интенсивности сигнала в ультразвуковом диапазоне. При этом в микронаушнике прослушивается характерный треск.

Рис. 64. Прибор «Magna-Mike 8500»

В основу контроля изоляции положен метод сравнения: сравнивается фоновый уровень интенсивности звучания гирлянд с уровнем звучания конкретной гирлянды. При этом за фоновый уровень принимается уровень сигнала с исправных гирлянд (т.е. сигнал с большинства гирлянд). Определяется этот уровень в процессе производства работ на каждой конкретной линии и в конкретных погодных условиях. Процесс измерения сигнала выполняется следующим образом: прицел прибора визируется на середину контролируемой гирлянды и регулятором усиления стрелка измерительного прибора выводится на среднее положение индикаторной шкалы (стрелка колеблется в области середины шкалы). По окончании указанной настройки чувствительности прибора с лимба регулятора считывается значение уровня сигнала в децибелах (dB). При этом необходимо чтобы расстояние от вертикали с контролируемой гирлянды до прибора при всех измерениях было бы одно и то же и не превышало 10 м. Когда решается вопрос о браковке гирлянды, целесообразно измерения провести с нескольких ракурсов. При сухой и безветренной погоде фоновый уровень может иметь значение 0dB. Это наиболее предпочтительные условия контроля линейной изоляции. В этом случае браковка производится по факту появления устойчивого сигнала, измеряемого прибором, и по характерному шуму в микронаушнике.

На воздушных ЛЭП для контроля степени загрязнения изоляторов применяют несколько методов:

• определение проводимости контрольных изоляторов, расположенных по соседству;

• контроль проводимости влаги и взвеси в чашке, установленной по соседству;

• определение уровня радиопомех, напряженность 1500... 5000 мкВ/м характеризует опасное состояние;

• визуальные наблюдения.

При визуальных наблюдениях голубое свечение на поверхности изолятора и синие тонкие искры говорят о том, что нет опасности перекрытия. Короткие темно-желтые разряды свидетельствуют о сильном загрязнении, но немедленное перекрытие еще невозможно. Образование на поверхности плотных желтых или белых частичных дуг, сильных кистевых разрядов, охватывающих значительную часть изолятора, указывают на возможное перекрытие их в ближайшее мгновение.

Рекомендованная литература: [4,6,7]