Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

Метод оценки остаточного ресурса эксплуатации изоляции электротехнических устройств
 

Метод оценки остаточного ресурса эксплуатации изоляции электротехнических устройств

Исмагилов Ф.Р., Максудов Д.В.

 

 
Приводится разработанная математическая модель развития частичных разрядов в процес¬се старения диэлектрика, на основе которой производится интерпретация эксперименталь¬ных данных изменения интенсивности частич¬ных разрядов во времени, что позволяет оце¬

Приводится разработанная математическая модель развития частичных разрядов в процес­се старения диэлектрика, на основе которой производится интерпретация эксперименталь­ных данных изменения интенсивности частич­ных разрядов во времени, что позволяет оце­нить остаточный ресурс эксплуатации диэлек­трика.

 

Частичные разряды (ЧР), развивающиеся при старении диэлектрика изоляции в газовых включениях, могут служить средством диагно­стики состояния изоляции. Однако принятые и широко распространённые методы диагно­стики состояния изоляции, например, кабель­ных линий в соответствии с нормативной до­кументацией [1] основаны на регистрации ЧР при шестикратном превышении номинального напряжения, что является разрушительным для самой изоляции [2].

Вместе с тем проблема диагностики состоя­ния изоляции приобретает особую актуаль­ность из-за высокой степени износа действую­щих силовых трансформаторов и генераторов энергосистемы. Определение степени развития возникающих в изоляции локальных дефектов посредством измерений ЧР в нормальном ре­жиме работы оборудования и последующий превентивный ремонт обходятся на порядок дешевле, чем действия, необходимые после пробоя изоляции электрооборудования в це­лом [3, 4].

 

Математическая модель

 

Механизм развития ЧР имеет следующую природу: напряжённость электрического поля в газовом включении (полости, образовавшей­ся в результате старения изоляции), как правило, гораздо выше, чем в окружающем про­странстве, заполненном диэлектриком, отно­шение напряжённостей внутри и вне полости обратно пропорционально отношению диэлек­трических проницаемостей газа и диэлектрика изоляции

, (1)

 

где ЕВ — напряжённость электрического поля во включении; ЕДнапряжённость электрическо­го поля в диэлектрике изоляционного материала, окружающего газовое включение; εв — диэлек­трическая проницаемость газа; εд — диэлектри­ческая проницаемость изоляции, вследствие чего электрическая прочность газового включения меньше прочности окружающей изоляции, что делает вероятным явление пробоя включения. При переменном характере внешнего поля (на­пример, соответствующем промышленной часто­те тока 50 Гц для условий внутри силовых транс­форматоров) на некотором этапе его полуперио­да напряжённость внутри включения (с учётом мультипликатора отношений диэлектрических проницаемостей) достигает пробойного значе­ния, когда электроны газа на пути свободного пробега успевают приобрести энергию, достаточ­ную для ионизации нейтральных атомов. Вслед­ствие этого возникает процесс ударной иониза­ции и формируется электронная лавина, дости­гающая противоположной поверхности включе­ния и вызывающая электромеханическую корро­зию. При этом во включении формируется объёмный электрический заряд, вектор поля ко­торого направлен противоположно вектору внешнего поля, вследствие чего дальнейшее пе­ремещение зарядов во включении прекращается до тех пор, пока дальнейший рост напряжённо­сти внешнего поля на полупериоде не воссоздаст пробойные условия во включении.

Таким образом, ЧР повторяются с опре­делённой частотой в течение определённого участка каждого полупериода внешнего поля, когда его напряжение превосходит критиче­ское значение.

Напряжённость электрического поля в ди­электрике

 

Ea=U0/d,

 

где U0 — приложенное напряжение; d толщина диэлектрика.

Разность потенциалов в газовом включении в соответствии с (1)

 

UB=EBδ,

 

где  δ -  размер включения в направлении, парал­лельном вектору силовых линий электрического поля, или

                           (2)

 

При этом следует отметить, что мультипли­катор отношения диэлектрических проницае­мостей присутствует в выражении (1) только при условии δ<<d. Если размеры газового включения становятся соизмеримы с толщи­ной диэлектрической изоляции, напряжённо­сти полей во включении и в диэлектрике вы­равниваются, что означает снижение на­пряжённости во включении.

 

Выводы

 

1.        Разработанная математическая модель развития ЧР в процессе старения изоляции позволяет, в частности, точно определить за­висимость интенсивности разрядов от разме­ров газовых включений в диэлектрике, а также провести анализ и интерпретацию про­ведённых экспериментальных исследований, обнаруживающих спад интенсивности ЧР пе­ред последующим новым ростом вплоть до момента пробоя.

2.      Показано, что наличие спада интенсив­ности ЧР свидетельствует о том, что размеры включений уже соизмеримы с толщиной изо­ляции, что является сигналом перехода про­цесса деградации диэлектрика в предпробойную стадию.

3.     Математическая модель и возможная на её основе интерпретация экспериментальных данных позволяют прогнозировать остаточный срок службы диэлектрика по анализу периоди­ческих замеров интенсивности ЧР в изоляции электрооборудования, работающего в нормаль­ном режиме. Это выгодно отличает данную методику оценки остаточного ресурса эксплуа­тации изоляции электротехнических устройств от принятых в соответствии с нормативной документацией [1] методов испытания изоля­ции регистрацией ЧР при многократном пре­вышении номинального напряжения, что раз­рушительно для самой изоляции [2].

 

Список литературы

 

1.      Объем и нормы испытаний электрооборудования (РД 34.45-51.300-97). Новосибирск: Сибирское университетское из­дательство, 2008.

2.      Бикмурзнн А.С. Диагностика кабельных линий методом регистрации частичных разрядов // Материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «На­учно-исследовательские проблемы в области энергетики и энергосбережения». Уфа: Изд-во УГАТУ, 2010. С. 251—253.

3.      Исмагилов Ф.Р., Максудов Д.В. Диэлектрики в электри­ческом поле. Уфа: Изд-во УГАТУ, 2009.

4.      Исмагилов Ф.Р., Максудов Д.В. Разрядные процессы в диэлектриках в электрических и магнитных полях. М.: Маши­ностроение, 2010.

5.      ГОСТ 1516.2—97. Электрооборудование и электроуста­новки переменного тока на напряжение 3 кВ и выше. Общие методы испытаний электрической прочности изоляции.

6.      Федосов Е.М. Частичные разряды в элементах электро­технических комплексов, дис. ... канд. техн. наук: Уфимский ГАТУ, Уфа, 2009.

 

 

 

 

 
 
Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Исмагилов Ф.Р., Максудов Д.В. Метод оценки остаточного ресурса эксплуатации изоляции электротехнических устройств. Электротехника, №  2,  2012.– С.60-63.
Материал размещен на www.transform.ru: 20.03.2012 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????