5. Диагностирование изоляции по характеристикам высокочастотных электромагнитных излучений.

Во внешней изоляции в процессе эксплуатации могут возникнуть газовые включения, воздушные по­лости, трещины. Так как диэлектрическая проницаемость воздуха в несколько раз ниже, чем у твердых диэлектриков, напряженность поля в газовой среде может значительно превышать напряженность поля в основной твердой изоля­ции при приложении к изоляции рабочего напряжения. Более низкая электри­ческая прочность газового включения по сравнению с твердой изоляцией облег­чает процесс возникновения ионизации и разрядных процессов. Последние получили название частичных, поскольку образованию сплошного сквозного разряда препятствует наличие исправных участков полноценного твердого диэлектрика.

Методами обнаружения разрядов в газовых включениях изоляции могут быть:

1) измерение возможных пульсаций напряжения на проверяемом объекте;

2) измерение тока (всплеска) во внешней цепи;

3) измерение интенсивности электромагнитных волн, излучаемых непосред­ственно разрядами.

Для обнаружения разрядов электромагнитных излучений методом измерения напряжения и тока во внешней цепи измерительные приборы включаются непосредственно в испытательную схему соответственно параллельно или последовательно с объектом диагностирования или в мостовую схему при наличии гальванической связи (рис. 14, а, б, в, г). Для регистрации ВЧ-излучения от разрядов ис­пользуется схема на рис. 14, д (при отсутствии гальванической связи).

Рис. 14. Схемы устройств для измерения характеристик ЧР:

а – схема с включением измерительного элемента в ветвь заземления испытуемого объекта; б – схема с включением измерительного элемента в ветвь заземления соединительного конденсатора; в – мостовая схема; г – схема измерительного устройства; д – схема измерения с помощью регистрации электромагнитного излучения. ИТ – испытательный трансформатор; С_Х – испытуемый объект; С₀ – соединительный конденсатор для создания пути замыкания тока ЧР; Z – измерительный элемент ; ИУ – измерительное устройство; Ф – фильтр верхних частот; У – усилитель; ЭО – электронный осциллограф; СИ – счетчик импульсов; Д – делитель напряжения; ИК – измерительный комплекс на базе IBM PC; ИР – измеритель радиопомех; А – приемная антенна

Источник регулируемого высокого напряжения и соединительный конденса­тор не должны иметь разрядов, мешающих измерению характеристик ЭМИ в испытуе­мом объекте. Измерительный элемент Z может представлять собой резистор или дроссель.

Схема рис. 14, а применяется обычно в тех случаях, когда один из вводов испытуемого объекта может быть не заземлен. В остальных случаях используется как схема рис. 14, б, так и схема рис. 14, в. Мостовую схему применяют обычно для уменьшения влияния помех. Проблема помехозащиты наиболее ак­туальна при регистрации слабых разрядов, особенно в изделиях с большой емкостью.

Измеренное значение напряжения и тока во внешней цепи испытуемого объ­екта при наличии воздушных включений в диэлектрике даже при интенсивных частичных разрядах невелико (на уровне 1% приложенного напряжения), поэтому использование первых двух названных методов сопряжено с определен­ными трудностями, а возможности применения третьего метода значительно больше. Импульс тока разряда имеет составляющие в широком диапазоне частот, что позволяет создать приборы, реагирующие на электромагнитные колебания в выбранной полосе частот.

Основным источником сигналов является коронный разряд (рис. 10). Как из­вестно, короной называют неполный разряд в воздухе, возникающий в местах, в которых из-за резко неравномерного распределения электрического поля соз­даются условия для ионизации. При этом разряд охватывает лишь небольшую зону вблизи электродов с большой кривизной (выступы провода, острия). Ко­ронные разряды развиваются в виде коротких импульсов ионизации, которые происходят за 10^–8–10^–7 с. При отрицательном напряжении на коронирующем электроде единичный импульс ионизации, вызванный лавиной, распростра­няющейся с катода, прерывается возникшим пространственным зарядом, вслед за ним возникает другой импульс. Получается последовательность импульсов одинаковой амплитуды. Частота их следования определяется напряжением и геометрией коронирующих электродов.

Рис.15

Стриммерная лавинная корона на токоведущих частях

По данным экспериментальных исследований установлено ориентировочное значение импульсного тока, генерируемого дефектными изоляторами. Параметры тока: амплитуда около 2,5 мА, среднее время нарастания и спада импульса составляет соответственно 10 и 80 наносекунд.

Импульс тока имеет вид, показанный на рис. 16, и достаточно хорошо описы­вается полученным экспериментально выражением:

, (2.25)

где и – среднее время нарастания (фронта) и хвоста импульса; I_м – амплитуда тока импульса.

Рис. 16. Форма импульса тока

При положительном напряжении корона носит стримерный характер, еди­ничные импульсы следуют друг за другом, образуя сливающиеся лавины элек­тронов, движущихся по направлению к объемному заряду.

Хотя амплитуда импульсов короны при положительном полупериоде напря­жения значительно превышает амплитуду импульсов при отрицательном, среднее значение сигналов от короны на электродах в отрицательном полупе­риоде промышленной частоты больше, чем в положительном.

При измерениях электромагнитного излучения в лабораторных условиях основным способом борьбы с помехами является устранение источников появления помех. Для этого приме­няются некоронирующая ошиновка, соответствующие экраны, устраняющие возможность стримерной короны, надежное заземление всех элементов испытательной установки. Для исключения по­мех от радиостанций используют экранирование помещения испытательной станции.

При измерении электромагнитных излучений (ЭМИ) в условиях эксплуатации источники помех не могут быть устранены. Из результатов измерений могут быть в той или иной мере исключе­ны непериодические помехи (от коммутаций), а также помехи от внешних час­тичных разрядов, источник которых достаточно удален от контролируемого объ­екта (путем локализации места разрядов, отключения оборудования с разрядом). Помехи от ВЧ-источников, которые, как правило, имеют узкий спектр, можно исключить выбором соответствующей полосы частот настройки измерительного устройства.