Частичный разряд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки российской федерации

(минобрнауки россии)

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (ФГАОУ ВО СПбПУ)

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Конструкция и технология электрических и электронных аппаратов»

Тема: «Частичный разряд»

Санкт-Петербург, 2016

Введение

Одна из важных задач в современной электроэнергетике - это быстрый поиск и устранение возникающих на оборудование дефектов. В ряде случаев удается выявить появившиеся повреждения еще до того, как произойдет авария, т.е. предотвратить аварийные процессы в энергосистеме. В других случаях необходимо быстро обнаружить появившееся повреждение и устранить его, чтобы уменьшить длительность аварийного простоя оборудования. изоляция частичный разряд трансформаторный

В настоящее время метод диагностики изоляции по частичным разрядам (ЧР) широко применяется лабораторных условиях и на заводях изготовителях трансформаторного оборудования при контроле качества изоляции выпускаемой продукции как в России, так и многих зарубежных странах.

Однако при контроле состояния действующего электрооборудования диагностика по частичным разрядам пока используется сравнительно редко, что связано с наличием разного рода помех, уровень которых на действующих объектах значительно выше, чем при стендовых испытаниях, а общепризнанной методики отделения сигналов ЧР от сигналов помех пока еще не существует.

Кроме того, на настоящий момент, недостаточно результатов исследований зависимости характеристик ЧР от времени эксплуатации электротехнического оборудования, что позволило бы прогнозировать пробой изоляции по характеристикам ЧР и предотвращать отказ этого оборудования.

Таким образом, исследование частичных разрядов, с целью развития систем диагностики изоляции электротехнического оборудования, является актуальной задачей.

1. Частичный разряд

Частичным разрядом называют разрядные процессы в изоляции, которые развиваются под действием приложенного напряжения и распространяются лишь на часть изоляционного промежутка.

Понятие частичных разрядов (ч.р.) в изоляции охватывает местные разряды на поверхности или внутри изоля¬ции в виде короны, скользящих разрядов или частичных пробоев отдельных элементов изоляции, шунтирующих часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами.

Частичные разряды в изоляции возникают в местах с повышенной напряженностью электрического поля или с пониженной электрической прочностью (например, в газовых включениях в толще изоляции или в прослойках пропитывающей жидкости). В дальнейшем элемент диэлектрика, участвующий в ч.р., будет называться “включением”.

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.

Частичные разряды могут возникать в газовых включениях, В ходе эксплуатации появляются трещины, из-за местных перегревов выделяются газы при разложении материалов.

Появление ЧР сопровождается следующими физическими явлениями:[2]

- протекание импульсного тока в искусственно создаваемых цепях, где имеются объекты с ЧР;

- электромагнитное излучение в окружающее пространство;

- ударные волны;

- разложение диэлектрика на молекулярные группы в зоне действия ЧР;

- световое излучение в окружающее пространство;

- нагрев локальных объемов изоляции с ЧР.

При рассмотрении ч.р. эквивалентная схема диэлектрика емкостью Сх может быть представлена согласно рис. 1, где Св - емкость элемента ди-электрика, участвующего в ч.р. (емкость включения); Сд - емкость эле¬мента диэлектрика, включенного последовательно с первым; Са- емкость остальной части диэлектрика, лишенной включений.

Возникновение ч.р. произойдет тогда, когда напряжение на включении (рис. 1, емкость Св) достигнет пробивного значения (Uв.з. - напряжения зажигания разряда во включении). (Рис.2)

При ч.р., после разряда емкости Св в большинстве случаев не возника¬ет большой плотности тока, необходимой для поддержания устойчивого разряда, и он гаснет.

На этом графике каждому скачку напряжения Uв соответствует один частичный разряд. Частичные разряды в бумажно-масляной изоляции В бумажно-масляной изоляции оборудования высокого напряжения при строгом соблюдении технологии изготовления газовые включения отсутствуют. Однако со временем при высоких напряженностях газовые включения появляются. В них начинают происходить частичные разряды, называемые начальными частичными разрядами.

Энергия начального частичного разряда мала, поэтому разряды не оказывают разрушающего воздействия на бумагу. Но при этом они вызывают медленное разложение масла с выделением газов и других продуктов. За счет этого увеличивается tgd и мощность диэлектрических потерь.

Со временем этот процесс приводит к тепловому пробою изоляции. При быстром подъеме напряжения, когда скорость выделения газов в масле становится выше скорости их растворения, в изоляции образуются устойчивые газовые включения. В этих включениях начинают происходить частичные разряды, называемые критическими. Критические частичные разряды имеют мощность, достаточную для относительно быстрого (минуты, часы) разрушения слоев бумаги. Они особенно опасны тем, что их появление даже на очень короткие сроки приводит к образованию в изоляции газовых включений, в которых эти мощные частичные разряды могут развиваться при напряжениях ниже начального. Т.е., возникнув при перенапряжении, критические частичные разряды могут сохраняться при рабочем напряжении и за короткое время разрушить изоляции до пробоя.

Поэтому обязательным условием надежной длительной работы бумажно-масляной изоляции является отсутствие критических частичных разрядов при всех возможных перенапряжениях. Условие отсутствия критических разрядов: Uраб<Uкр.разр.[2]

Длительность процесса пробоя включения(длительность ч.р,) в большинстве случаев весьма мала - порядка (3-10)*10^-9 с. Лишь при мощных ч.р., представляющих собой разветвленные скользящие разряды или про бой больших (порядка 10 мм и более) прослоек жидких диэлектриков, длительность ч.р. может быть больше (до 10^-7 -10^-6 с).

При пробое напряжение на включении падает не до нуля, а до опреде ленного значения при котором разряд гаснет. Напряжение погасания при размерах газового включения или прослойки жидкого диэлектрика порядка 10-100 мкм может быть в пределах

(2)

Напряжение на электродах объекта, соответствующее возникновению ч.р., называется напряжением ч.р. Uчр причем

(3)

Основные характеристики частичных разрядов. Каждый из еди ничных ч.р. сопровождается прохождением через включение определен ного заряда qи приводит к изменению напряжения на внешних электро дах всего образца на ДU_X.

Если С_а>>С_в и С_а>>Сd то заряд q, проходящий через включение в момент возникновения ч.р., равен

(4)

Практически заряд q не может быть измерен непосредственно, так как его прохождение связано с процессами внутри диэлектрика испытуемого объекта.

В момент возникновения ч.р. можно считать, что заряд на электродах испытуемого объекта не изменяется, так как емкость объекта отделена от остальной емкости цепи индуктивностью соединительных проводов. По этому изменение напряжения ДU_X происходит за счет увеличения емкости объекта при возникновении ч.р.

Однако для удобства дальнейших рассуждений можно предположить, что изменение напряжения на объекте происходит вследствие фиктивного изменения заряда qчр на электродах объекта неизменной емкости С_в, при чем

ДU_x=qчр /C_x.

Величина qчр называется кажущимся зарядом ч.р. Таким образом, ка жущийся заряд ч.р. - это такой заряд, который будучи мгновенно введенмежду выводами испытуемого объекта, вызовет такое же мгновенное изменение напряжения между его выводами, как реальный ч.р.

Для установления соотношения между qчр и q примем во внимание, что при возникновении ч.р. и уменьшении напряжения на емкости С_в на ДUв=Uв.з.-Uв.п. - из емкости С_а ушел заряд на подзарядку емкости Сd,вы звавший уменьшение напряжения на объекте на ДU_x.

Используя условие равенства этого заряда кажущемуся заряду ч.р., а также формулу (4), имеем

(5)

Следует отметить, что изменение напряжения на образце при ч.р. крайне незначительно. Так, например, при qчр= 10^-12Кл, подлежащем регистрации, и Сх=1000 пФ имеем ДU_x=10^-3В. При больших емкостях величи на ДU_x может быть еще меньше.

Нейтрализация заряда qи связанное с этим изменением напряжение на образце приводит к появлению высокочастотных колебаний в схеме, к ко торой подключен образец. Регистрация этих высокочастотных колебаний специальными усилительными устройствами позволяет измерять частич ные разряды в изоляции.

Возникновение каждого единичного ч.р. приводит к выделению в диэлектрике испытуемого объекта энергии W_чp.Эта энергия частично тратится на разогрев испытуемого объекта, а частично расходуется на разру шение диэлектрика объекта. Если С_а>>Сdчто имеет место в подавляющем большинстве случаев, то энергия единичного ч.р. равна

Кроме количественных характеристик, определяющих интенсивность единичных ч.р., используются интегральные количественные характеристики, определяющие интенсивность ч.р. в течение интервала времени, значительно большего, чем время между двумя единичными ч.р. Такими характеристиками являются: частота следования п_чр ток I_чр мощность P_чр. При этом, если все разряды имеют одинаковые значения qчр или W_чp,то

(7)

(8)

Если разряды существенно различны, то

(9)

(10)

где п_чрi частота следования ч.р. со значениями соответственно qчр или W_чp.

При постепенном повышении напряжения на испытуемом объекте при некотором значении напряжения в изоляции начинаются ч.р. слабой ин тенсивности. При выдержке напряжения в пределах десятков минут эти ч.р. могут прекращаться на некоторый промежуток времени и появляться вновь. При снижении напряжения до величины, близкой к напряжению возникновения ч.р., эти процессы прекращаются. Особенность рассматриваемого вида ч.р. состоит в том, что их появление при кратковременном воздействии не приводит к заметному разрушению изоляции и снижению напряжения возникновения ч.р. Длительное существование таких ч.р. оп ределенной интенсивности (в течение тысячи часов и более) приводит к относительно медленному разрушению пропитывающего состава, а затем и твердой изоляции, сказывается на росте величины tgд изоляции, что мо жет привести к пробою. Такие ч.р. называются начальными.

Если дальше повышать напряжение, то при некотором значении на пряжения интенсивность ч.р. приводит к быстрому разрушению некороностойкой изоляции. Такие ч.р. называются критическими.[1]

2. Методы обнаружения частичных разрядов в энергетике

Частичные разряды опасны тем, что приводят к постепенному разрушению изоляции и возникновению электрического пробоя. С другой стороны, измерение частичных разрядов позволяет сегодня энергетическим компаниям заблаговременно определять места будущих повреждений в энергооборудовании, своевременно проводить ремонт и избегать серьёзных аварий в работе станционного и сетевого оборудования.

Сегодня известны такие методы обнаружения ЧР как:

-электрический;

-электромагнитный, или дистанционный, СВЧ-метод;

-акустический;

-химический;

-оптический, или оптоэлектронный;

- термический.

Основными из них являются первые три.

Электрический метод требует контакта измерительных приборов с объектом измерения, что делает его не самым простым и удобным. Но именно при таком методе снимается наибольшее количество характеристик ЧР, позволяющих всесторонне изучить ЧР, в связи с чем данный метод весьма распространен. Так же ввиду чувствительности метода необходимо применение комплекса мер и специального оборудования для отстройки от наводимых помех. Большинство электрических методов не требуют подачи на объект измерения напряжений, сильно превосходящих номинальные рабочие значения, поэтому они являются щадящими для изоляции электрооборудования.

Электромагнитный, или дистанционный. СВЧ-метод позволяет обнаружить ЧР с помощью направленного приемного СВЧ антенного устройства. Этот метод не требует контакта с объектом измерения. Применение данного оборудование не зависит от класса напряжения, что является плюсом данного метода. Недостатками же является отсутствие количественной оценки множества характеристик ЧР, а также влияние на электромагнитное излучение других приборов.

Акустический метод регистрации ЧР разрабатывался с целью обнаружения источника ЧР в оборудовании, например, в силовых и измерительных трансформаторах, элегазовом оборудовании. Кажущаяся простота метода не исключает больших трудностей в определении места возникновения ЧР. Для их нахождения используются сверхчувствительные микрофоны, которые улавливают звуковые волны, расположенные в диапазоне частот выше порога слышимости. Данный метод является дистанционным и позволяет располагать датчики и сенсоры в устройствах открытой конструкции , например ячейках КРУ и шинопроводах. Недостатком метода является малая чувствительность при регистрации ЧР малой интенсивности.

В настоящее время ведутся работы по совершенствованию электромагнитного и акустического методов, чтобы приблизить их применение к условиям эксплуатации. Уже сейчас данные методы позволяют производить обследования с регистрацией получаемых значений в течение длительного периода и отправкой их оператору по сетям связи, таким как интернет.

Широкое применения методов регистрации ЧР сдерживается из-за сложности методики измерения, дороговизны оборудования и малого количества специалистов, умеющих работать на данном оборудовании.

Литература

1. И.М.Богатенков, Ю.Н.Бочаров, Н.И.Гумерова, Г.М.Иманов и др.; Под ред. Г.С.Кучинского. Техника высоких напряжений: Учебник для вузов - СПБ.: Энергоатомиздат, 2003-608.:ил.

2. Сви, П. М. Измерение частичных разрядов в изоляции оборудования высокого напряжения энергосистем. М. : Энергия, 1977. С. 200.

3. Электрооборудование и электроустановки. Методы измерения характеристик частичных разрядов. ГОСТ 20074.

Размещено на Allbest.ru