Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

transform.ru :: Денисов В.И., Дзюба А.А. Основы рыночных отношений в электроэнергетике / Электрические станции
 

 

Связь кажущегося и истинного зарядов частичных разрядов

 

 
 

 

Для исследования связи между кажущимся и истинным зарядами частичных разрядов (ЧР) проведены математическое моделирование и расчеты электрического поля в газовом пузырьке сферической формы, помещенном в масле между электродами. Варьировались размеры пузырька и его местоположение между электродами. Истинный заряд ЧР определялся интегрированием плотности зарядов, которые осели на внутреннюю поверхность пузырька после ЧР. Кажущийся заряд определялся как разница зарядов на электроде после и до возникновения ЧР. Установлено, что отношение кажущегося и истинного зарядов ЧР определяется преимущественно размером газового включения. Чем меньше диаметр включения (пузырька), тем больше становится отношение ис­тинного заряда к кажущемуся заряду ЧР. Наоборот, кажущийся и истинный заряды ЧР близки друг к другу для пузырьков диаметром, сравнимым с размером межэлектродного промежутка, при этом поперечный размер электродов и пространственное расположение газового включения незначительно влияют на отношение истинного заряда к кажущемуся заряду ЧР.

Ключевые слова: трансформатор, изоляция, частичный разряд, кажущийся и истинный заряды, масляный канал, радиус пузырька

 

Регистрация частичных разрядов (ЧР), возникающих в высоковольтном оборудовании, является одной из весьма эффективных диагностических методик, позволяющих обнаруживать дефекты электрической изоляции в виде газовых включений: пор, пузырьков, отслоений, трещин. Основными характеристиками частичных разрядов, используемыми при диагностике, являются напряжения возникновения и погасания ЧР и так называемый «кажущийся заряд».

Коль скоро ответственность за разрушение изоляции возлагается на действие ЧР, то их энергетические характеристики представляют наибольший интерес. После введения в 1932 г. Гемантом и Филипповым графического представления действия ЧР в виде ёмкостной схемы замещения диэлектрика с воздушным включением, базовой энергетической характеристикой стал заряд ЧР. Чем больше заряд ЧР, тем больше их энергия и тем опаснее воздействие ЧР на изоляцию. Понятно, что непо­средственно измерить заряд ЧР невозможно, так как нельзя попасть внутрь воздушного включения, в котором ЧР возникает. Измерениям подвергается импульс тока, протекающий во внешней цепи. Заряд, перенесённый этим импульсом тока, называется кажущимся зарядом ЧР.

По формулировке ГОСТ [1] «кажущийся заряд, q, частичного разряда — это абсолютное значение такого заряда, при мгновенном введении которого между электродами испытуемого объекта напряжение между его электродами кратковременно изменится на такое же значение, на какое изменилось бы при ЧР».

За этим определением в ГОСТ следуют два примечания.

1.   Кажущийся заряд q не равен по значению заряду ЧР Q, причём соотношения зарядов могут быть различными для различных ЧР в одном и том же объекте.

2.    Кажущийся заряд q имитирует заряд, определяющий снижение напряжения на объекте при ЧР в нём и составляющий часть заряда Q.


      После подобных пояснений и возникает сомнение в диагностической информативности характеристик ЧР: зачем измерять то, что, если и связано с реальным явлением, то непонятно как?

Любопытно отметить, что в требованиях к электрической прочности изоляции высоковольтного оборудования [2] под названием «интенсивность ЧР» фактически нормируются предельно допустимые значения кажущегося заряда ЧР. Понять разработчиков нормативных документов можно. Действительно, как можно употреблять в качестве норм характеристику со столь мистическим названием как «кажущийся» заряд? Благо, что ГОСТ 20074—83 [1] определяет «нормированную интенсивность» как «предельно допустимое численное значение какой-либо характеристики интенсивности частичных разрядов». Базовый международный стандарт [3] даёт менее уклончивое определение нормируемой интенсивности как «максимального значения кажущегося заряда повторяющихся ЧР».

Несмотря на неопределённость значения кажущегося заряда, требования нормативных документов к его предельному значению доказали свою состоятельность, по крайней мере, применительно к заводским испытаниям нового оборудования. Действительно, нормы на кажущийся заряд ЧР, несмотря на разнородность, а в ряде случаев и несовершенство измерений ЧР в заводских условиях, поставили реальный заслон продукции с дефектами изоляционных материалов и конструкций. Более того, в заводских условиях метод ЧР проявил себя как один из самых чувствительных методов технологического контроля производства оборудования. Это означает, что кажущийся заряд ЧР так или иначе связан с дефектами изоляции.

С другой стороны, в электрофизических процессах, происходящих в электрической изоляции при ЧР, участвует истинный заряд, т.е. реальный заряд, который образовался в результате ионизационных процессов. Именно его значением, а точнее выделенной энергией ЧР, оценивается, например, газовыделение изолирующих жидкостей, в частности трансформаторного масла. Таким образом, иногда необходимо знать и значение истинного за­ряда ЧР, хотя в распоряжении исследователей оказывается только одна возможность: измерить значение кажущегося заряда. В статье рассматривается связь кажущегося и истинного зарядов с использованием численного моделирования процесса ЧР.

 

Выводы.

1. При возникновении частичного разряда в газовом включении (пузырьке), находящемся в изоляционном промежутке, отношение кажущегося и истинного зарядов определяется преимущественно размером газового включения. Чем меньше диаметр включения, тем больше становится отношение истинного заряда к кажущемуся заряду ЧР. Для малых размеров пузырьков отношение зарядов ЧР близко к отношению длины межэлектродного промежутка к диаметру пузырька и, соответственно, может достигать нескольких порядков.

2.  Для пузырьков диаметром, сравнимым с размером межэлектродного промежутка, кажущийся и истинный заряды ЧР близки друг к другу.

3.   Поперечный размер электродов и смещение пузырька в межэлектродном промежутке незначительно влияют на отношение истинного заряда к кажущемуся заряду ЧР.

Два первых вывода имеют достаточно значимые следствия. Об одном следствии уже говорилось выше при объяснении «работоспособности» норм на кажущийся заряд ЧР в оборудовании с маслобарьерной изоляцией. В этом случае близость значений кажущегося и истинного зарядов ЧР при дефектах больших размеров косвенно оправдывает введение норм на предельные значения кажущегося заряда ЧР. В качестве другого, уже отрицатель­ного, следствия можно привести ситуацию с вводами с RIP-изоляцией. Нормируемый кажущийся заряд ЧР в них не превышает 10 пКл, т.е. имеет очень малое значение, но отказы вводов случаются и, к сожалению, нередко. Чаще всего отказам вводов предшествуют пробои в слоях изоляции между уравнительными обкладками. Понятно, что сквозному пробою слоя предшествует процесс медленного разрушения изоляции под воздействием ЧР. Почему же они не регистрируются в заводских испытаниях? Вполне вероятно потому, что вследствие малых размеров газовых пор истинный заряд ЧР намного превышает кажущийся. Кроме того, на чувствительность регистрации кажущегося заряда влияет и экранирующий эффект проводящих уравнительных обкладок [7]. Таким образом, декларируемое отсутствие ЧР с зарядом более 10 пКл может соответствовать действительности только для значения кажущегося заряда, в то время как ЧР может представлять угрозу изоляции из-за достаточно большого истинного заряда. Очень похожая ситуация возникала и в трансформаторах тока с изоляцией конденсаторного типа, в которых разрядная активность наблюдалась при падении давления, «вскипании» масла с появлением пузырей большого размера и формировании в них «критических ЧР» [8]. В приведённых примерах отсутствие ЧР полезно было бы подтверждать и другими методами, например электромагнитным или акустическим [9].

 

       СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ_______________________________

1.  ГОСТ 20074—83. Электрооборудование и изоляция на напряжение свыше 1000 В. Методы измерения характеристик частичных разрядов. — М.: Госстандарт, 1983.

2.     ГОСТ 1516.3—96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. — М: ИПК Изд-во стандартов, 1998,

3.    IEC 60270. High-voltage techniques - Partial discharge measurements. Third Edition, 2000.

4.  Mayoux C., Goldman M. Partial discharges in solid dielectrics and corona discharge phenomena. — Journal of Applied Physics, 1973, № 9, c. 3940 - 3944.

5.   Овсянников А. Г. Пространственно-временные и энергетические характеристики частичных разрядов в воздушных полостях твёрдых диэлектриков. — Научный вестник НГТУ, 1999, № 2 (5), с. 123 - 136.

6.   Niasar М. G., Edin Н., Wang X. and Clemence R. Partial discharge characteristics due to air and water vapor bubbles in oil. - Proc. of XVII International Symposium on High Voltage Engineering, Hannover (Germany), 22—26 August 2011, paper D-067.

7.  Овсянников А.Г. Оценка состояния изоляции оборудования по интенсивности частичных разрядов. — Энергетик, 2001, № 5, с. 35 - 37.

8.  Дарьян Л.А., Коробейников С.М. Оценка изменения внутреннего давления в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании с герметичными сильфонами. — Электричество, 2008, № 9, с. 64-65.

9.  Рощупкин М.Д., Ермаков Е.Г., Хренов С.И. Акустические сигналы от частичных разрядов в изоляции силовых трансформаторов. - Электричество, 2011, № 11, с. 12—16.

 

 

 

 

 

  Полное содержание материала Вы можете найти в первоисточнике
Источник: Овсянников А.Г., Коробейников С.М., Вагин Д.В.  Связь кажущегося и истинного зарядов частичных разрядов.
Электричество. - 2014, № 8. - С. 37-43.
11.09.2014
Материал размещен на www.transform.ru15.09.2014 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


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