Основные причины на снижение параметров. Как измерять. Частичные разряды

Частичные разряды, ЧР (от англ. Partial Discharge) — электрические разряды, которые происходят в изоляции электрооборудования, обычно возникающие в электрических системах, работающих при напряжении от 3000 В и выше (хотя ЧР могут происходить при более низких напряжениях). Согласно международному стандарту IEC 60270 и ГОСТ 20074-83 частичным разрядом называется локальный электрический разряд, который шунтирует только часть изоляции в электроизоляционной системе.

Частичные разряды возникают в пустотах в твердой изоляции (бумажной или полиэтиленовой), в многослойных системах электродов/проводников, имеющих несколько слоев твердой изоляции, а также в пузырьках газа (в случае жидкой изоляции) или вокруг электродов в газе (коронный разряд) и в большинстве случаев представляют собой воздушные или масляные промежутки в изоляции.

Все виды развивающихся повреждений изоляции начинаются с частичных разрядов (ЧР). Цели измерения ЧР в эксплуатации: • выявление разрядов и искрения в масле, определенных по результатам хроматографического анализа растворенных в масле газов; • уточнение состояния оборудования, имеющего симптомы снижения электрической прочности изоляции (увлажнение, загрязнение и пр.); • оценка качества изоляции после ремонта, реконструкции, модернизации; • определение необходимости проведения ремонта после длительной эксплуатации; • оценка состояния особо ответственного оборудования. Характеристиками ЧР являются: значение кажущегося заряда, частота следования ЧР, средний ток ЧР, средняя мощность ЧР, квадратичный параметр. Диагностические подходы в эксплуатации могут быть существенно отличными от подходов при оценке состояния изоляции на заводе-изготовителе, где максимальное значение кажущегося заряда является основной контрольной характеристикой. В эксплуатации необходимо также определить место и оценить опасность ЧР. ЧР могут возникать в изоляции активной части, вводов и переключающих устройств. В изоляции активной части следует различать разряды, возникающие или развивающиеся под рабочим напряжением непосредственно в главной и продольной изоляции, и разряды под действием напряжения, индуктированного основным магнитным потоком или потоком рассеяния в замкнутых контурах, а также искрение, вызванное плавающим потенциалом. Опыт эксплуатации показывает, что большая часть отказов трансформаторов из-за ЧР связана с нарушениями в изоляции обмоток, и во многих случаях эксплуатация трансформатора может быть продолжена, если идентифицирован источник ЧР. Критерием нормальной изоляции при испытании на заводе является отсутствие ЧР интенсивностью 300—500 пКл. Очевидно, что для разрушения материала требуется достаточная энергия. Если энергия разрядов составляет микроджоули, можно ожидать образование Х-воска и газов (водород, метан, ацетилен). Энергия разрядов порядка миллиджоулей может разрушать бумагу с выделением ненасыщенных углеводородов. Опыт обследования трансформаторов показывает возможность распознавания степени загрязнения изоляционных промежутков по параметрам ЧР (табл. 8). При нормальном уровне интенсивности ЧР загрязнение изоляционных промежутков характеризуется увеличением частоты повторения импульсов и мощности ЧР. Для обнаружения ЧР и измерения их характеристик используется электрический метод. При эффективном устранении внешних помех метод позволяет измерять непосредственно параметры внутренних ЧР с высокой чувствительностью, определять зону возникновения ЧР, а также природу ЧР. Измерения могут проводиться одновременно по нескольким схемам (в разных точках трансформатора), что облегчает определение места ЧР. Универсальный Анализатор частичных разрядов UPDA (Cutler Hammer, США) измеряет и одновременно анализирует спектры сигналов от восьми датчиков. Измеряется амплитуда разрядов, частота повторения и мощность. Анализатор обеспечивает возможность выявления полезных сигналов на уровне до 50 пКл на новых подстанциях и до 100—150 пКл на старых подстанциях (с высоких уровнем помех). Измерительная система ВА РТРТ ABB Power Transformers, Швейцария выполняет амплитудно-фазовый анализ, спектральный анализ (в полосе от 1 кГц до 20 МГц) и регистрацию на многоканальном цифровом осциллографе. Опыт применения показал, что во всех случаях достигнута чувствительность лучше, чем 50 пКл. Акустический метод дает возможность геометрической локации источника сигналов. Акустическая детекция проводится обычно после обнаружения симптомов ЧР по результатам анализа растворенных газов. Метод менее чувствителен к источникам, расположенным внутри изоляционной структуры. На распространение сигналов оказывает существенное влияние расположение барьеров главной изоляции. Эффективность метода значительно повышается при его комбинации с электрическим методом и синхронизацией сигналов ЧР. Для регистрации ЧР применяются широкополосные акустические датчики от 30 до 150 или даже 500 кГц, а также резонансные датчики 125—150 кГц. До 8—24 датчиков устанавливаются вокруг бака на разной высоте. В некоторых случаях датчики устанавливаются внутри бака трансформатора, что может обеспечить чувствительность 100 пКл на уровне помех до 10,0 пКл. В странах СНГ нашли широкое применение индикаторные акустические приборы типа АИР, которые обеспечивают чувствительность не менее 10 дел/мВ в полосе частот 40—500 кГц. Электромагнитный метод основан на дистанционной регистрации электромагнитного излучения ЧР в СВЧ-диапазоне с помощью антенны. Метод позволяет выявить только разряды очень высокого уровня и подвержен сильному влиянию со стороны соседнего оборудования. Эффективность метода может быть значительно повышена при установке антенны СВЧ внутри бака.

Переходные и частотные характеристики обмоток

Для непрерывного или периодического контроля механического состояния обмоток трансформаторов в процессе эксплуатации с целью определения начального смещения элементов обмоток, пока деформации обмоток не привели к диэлектрическим или термическим проблемам, требуются специальные методы. Наиболее чувствительными методами диагностики механического состояния обмоток являются рекомендуемые СИГРЭ методы низковольтных импульсов (НВИ) и частотного анализа (МЧА).

Метод низковольтных импульсов (НВИ)

Даже при очень небольших механических перемещениях в обмотках могут существенно меняться емкости отдельных элементов (межвитковые и межкатушечные емкости, емкости на соседний концентр или магнитопровод), а при существенных деформациях — и индуктивности деформированных элементов. Это приводит к изменению собственных частот колебаний, что проявляется в осциллограммах импульсных токов и напряжений. Метод контроля с помощью НВИ обладает более высокой чувствительностью, чем измерение сопротивления КЗ. К недостаткам метода НВИ можно отнести то, что высокая воспроизводимость результатов измерений возможна только при обеспечении полной идентичности измерений, интервал времени между которыми может составлять годы: схема и процедура измерений, используемые кабели и соединители, их взаимное расположение при испытаниях. Интерпретация результатов измерений требует высокой квалификации обслуживающего персонала.