книги / Техника высоких напряжений

Как указывалось выше, каждый импульс тока частичного разряда имеет весьма малую длительность порядка 10—7—10~8 сек. Так как в изоляции часто возникает несколь­ ко обособленных газовых включе­ ний и разряды в этих включениях происходят несинхронно, то в те­ чение полупериода промышленной частоты имеет место несколько им­ пульсов тока. Серия таких импуль­ сов обладает определенным спект­ ром частот, лежащих в пределах от сотен килогерц до 10 и более мега­ герц.

23-2. МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

Импульс тока частичного разря­ да приводит к кратковременному снижению напряжения на объекте и

излучаемых частичным разрядом во внешнее пространство.

Из (23-1) следует, что при ча­ стичном разряде напряжение на объекте изменяется весьма незначи­

Рис. 23-2. Принципиальная схема измере­ ния колебания напряжения на зажимах объекта при частичных разрядах.

Рис. 23-3. Принципиальная схема регистра­ ции пиков тока частичных разрядов.

более 1% нормального напряжения на объекте. В силу малости величи­ ны ДU невелика и амплитуда тока во внешней цепи, что, естественно, сильно затрудняет измерение этих величин. Однако, как указывалось выше, частотный спектр импульсов тока частичного разряда располо­ жен в области очень больших ча­ стот, которые в кривой напряжения источника или в кривой емкостного тока полностью отсутствуют. Поэто­ му для индикации частичных разря­ дов в диэлектрике целесообразно применять схемы, обладающие из­ бирательной чувствительностью к высоким частотам.

Приборы, предназначенные для измерения колебаний напряжения или тока во внешней цепи, вклю­ чаются непосредственно в испыта­ тельную схему и обычно называют­ ся индикаторами частичных разря­ дов (ИЧР). Принципиальные схемы измерения колебаний напряжения и регистрации пиков тока во внеш­ ней цепи приведены на рис. 23-2 и 23-3. В схеме рис. 23-2 толчок на­ пряжения на испытуемом объекте, вызванный частичным разрядом, возбуждает затухающие колебания в контуре, состоящем из кондансатора высокого напряжения и индук­ тивности измерительного шунта, ко­ торые регистрируются электронным осциллографом или ламповым вольт­ метром. Аналогичные колебания возникают и в схеме рис. 23-3 под действием импульса тока. Таким об­ разом, в обеих схемах фактически регистрируются не сами частичные

разряды, а вторичные процессы, ко­ торые под действием этих разрядов происходят в измерительной схеме. Составной частью каждого индика­ тора частичных разрядов является усилитель, который в схемах рис. 23-2 и 23-3 может быть весьма простым, так как он должен усили­ вать колебания с частотами, лежа­ щими в очень узких пределах, опре­ деляемых собственной частотой ко­ лебательного контура.

Для того чтобы определять на­ личие частичных разрядов во вре­ мя нормальной эксплуатации обо­ рудования, вместо ИЧР применяют­ ся высокочастотные дефектоскопы, которые имеют с объектом индук­ тивную связь, осуществляемую с помощью специального щупа (рис. 23-4). Ток, проходящий в цепи заземления объекта, наводит в рам­ ке щупа э. д. с., которая затем уси­ ливается и измеряется осциллогра­ фом или ламповым вольтметром. Так как э. д. с., измеряемая высо­ кочастотным дефектоскопом, наво­ дится непосредственно вызванным частичным разрядом током во внеш­ ней цепи, усилитель должен иметь значительно более широкую полосу пропускания. Обычно входной кон­ тур прибора настраивается на ча­ стоту 2—10 Мгц. На рис. 23-5 приве­ дена блок-схема высокочастотного дефектоскопа Д-9 системы ОРГРЭС, который состоит из двухчастотного щупа (антенны), радиоприемной части, амплитудного анализатора со счетной схемой и пикового вольт­ метра. Прибор позволяет измерять два основных показателя интенсив­ ности частичных разрядов: макси­ мальную амплитуду импульсов тока в цепи объекта и число импульсов в секунду при разных амплитудах К

Третьей разновидностью прибо­ ров, применяемых для обнаружения

троль вы соковольтн ой изоляц ии м етодом ч а ­ стичны х р а зр я д о в .

принимают с помощью антенны электромагнитные волны, излучае­ мые самим частичным разрядом. Основным преимуществом этих ин­ дикаторов является возможность применения направленных антенн и четкая пеленгация источника излу­ чения. Однако это возможно только при весьма высоких частотах поряд­ ка 100 Мгц, при которых интенсив­ ность излучения частичного разря­ да относительно невелика.

Использование метода частич­ ных разрядов для профилактиче­ ских испытаний является весьма перспективным, так как он допуска­ ет возможность непрерывного кон­ троля изоляции под рабочим напря­ жением. Однако до настоящего времени этот метод не нашел до­ статочно широкого применения благодаря целому ряду трудностей.

Основное затруднение, которое приходится преодолевать при при­ менении метода частичных разря­ дов, связано с наличием большого количества помех, затрудняющих расшифровку получаемых резуль­ татов. Основным источником помех является коронный разряд в возду­ хе на проводах, ошиновке или арма­ туре изоляторов. Имея природу, сходную с частичными разрядами, корона наводит в рамке дефекто­ скопа сигналы, которые весьма трудно отличить от сигналов, созда­ ваемых частичными разрядами. По этому, высокочастотные дефектоско­ пы можно применять только в тех случаях, когда заранее известно, что уровень коронных помех неве-

лик. Значительные помехи создает также искрение на коллекторах ра­ ботающих поблизости вращающих­ ся машин, работа различных вы­ ключающих устройств, связанных с обрывом дуги между контактами.

Вторая трудность метода заклю­ чается в том, что он фиксирует не наличие дефекта, а наличие в нем частичных разрядов. Например, трещина в фарфоре подвесного изо­ лятора является источником интен­ сивных частичных разрядов. Однако при попадании в эту трещину вла­ ги ее стенки становятся проводящи­ ми и частичные разряды исчезают,

несмотря на то, что дефект оста­ ется. В органической изоляции по­ сле длительного существования ча­ стичных разрядов стенки включе­ ния постепенно обугливаются и также становятся проводящими, что опять-таки приводит к прекраще­ нию частичных разрядов, хотя де­ фект изоляции стал еще более серь­ езным. Поэтому существующие ме­ тоды частичных разрядов способны обнаруживать дефекты только на определенной стадии развития и мо­ гут использоваться лишь в комби­ нации с другими методами профи­ лактических испытаний.

24-1. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ (ТОКА) УТЕЧКИ

Этот метод профилактических испытаний наиболее прост и поэто­ му нашел весьма широкое распро­ странение. Ток утечки в изоляции может увеличиваться по сравнению с нормальной величиной при увели­ чении проводимости самого диэлек­ трика или его поверхности. При этом, однако, ток утечки существен­ но возрастает только в том случае, если проводимость увеличилась на всем пути между электродами. По­ этому рассматриваемый метод мо­ жет обнаруживать только распре­ деленные дефекты, простирающиеся от одного электрода до другого. Из­ мерение токов (сопротивления)

утечки может осуществляться с по­ мощью выпрямителя высокого напряжения, в цепь которого вклю­ чается чувствительный гальвано­ метр постоянного тока. Такие изме­ рения всегда производятся попутно с испытаниями изоляции повышен­ ным постоянным напряжением. При применении метода в качестве са­ мостоятельного обычно используют­ ся индукторные или электронные мегомметры.

На рис. 24-1 показана схема со­ единений обычно применяемого при измерении сопротивления изоляции высокого напряжения мегомметра МО-06 на 2,5 кв. Для изменения чувствительности ' прибора преду­ смотрены сопротивления /?2 и /?3.

Рис. 24-1. Принципиальная схема мегоммет­ ра МС-06 2,5 кв.

/ —большая рамка; 2 — малая рамка; 4 — генера­ тор; 5 — переключатель чувствительности.

шунтирующие основное сопротивле­ ние R1. При включении этих сопро­ тивлений показания прибора делят­ ся соответственно на л= 10 и/1= 100. На основной шкале нанесены деле­ ния от 0 до 10000 Мом. Показанный на рис. 24-1 конденсатор С сглажи­ вает пульсации напряжения индук­ тора. При пользовании прибором следует иметь в виду, что шкала мегомметра действительна при по­ стоянной скорости вращения, для облегчения поддержания которой прибор снабжен центробежным ре­ гулятором. Прибор МС-06 снабжен экранами, на схеме не показанными.

24-2. МЕТОД ПРОСВЕЧИВАНИЯ

В последнее время при профи­ лактических испытаниях начал применяться метод просвечивания изоляции рентгеновыми лучами или ультразвуком.

а) Рентгеновы лучи, проникая в толщу диэлектрика, постепенно, те­ ряют свою интенсивность, главным образом за счет затраты энергии на ионизацию атомов диэлектрика. Если интенсивность исходных рент­ геновых лучей равна /о, то после прохождения слоя изоляции толщи­ ной d их интенсивность снизится до величины

Л =

где р — коэффициент ослабления, различный для разных ма­ териалов.

шпцш: n iн

нении в газовой среде весьма мал. Поэтому, если изоляция имеет га­ зовое включение (рис. 24-2), то про­ шедшие через газовое включение лучи будут иметь большую интен­ сивность _

la==/ae~^â- x\

где х — размер газового включения по направлению рентгено­ вых лучей.

Если под испытуемым объектом поместить фотопластинку, то на ней получится изображение испытуемо­ го объекта, причем газовые вклю­ чения можно обнаружить по'более темным местам на эмульсии.

Просвечивание рентгеновыми лу­ чами оказалось единственным эф­ фективным средством для обнару­ жения дефектов заливки мастикой вводов ВМ-35Н. В мастике образу­ ются трещины и пустоты. По трещи­ нам может протекать влага к бума­ ге сердечника, ипри сильном увлаж­ нении снизится пробивное напряже­ ние. В другом случае при армировке фланца цемент проникает в пус­ тоты, которые должны бы были за­ полняться мастикой. Так как темпе­ ратурный коэффициент расширения у цемента больше, чем у фарфора, то в результате происходит растре­ скивание фарфоровой рубашки. Эти два дефекта часто не обнаружива­ лись ОТК завода и вели к эксплуа­ тации к авариям.

На рис. 24-3 в качестве приме­ ра приведена рентгенограмма (по­ зитив) верхней части изолятора

характерный звук, хорошо слышный оператору. Если изолятор пробит, то искрение не возникает. Таким обра­ зом, с помощью жужжащей штан­ ги можно обнаруживать лишь «ну­ левые», т. е. полностью пробитые изоляторы, которые совершенно не держат напряжения. Более совер­ шенной является штанга с измери­ тельным искровым промежутком, принципиальная схема которой по­ казана на рис. 24-6. Конденсатор С в схеме рис. 24-6 должен выдер­ живать напряжение, приложенное к наиболее нагруженному изолято­ ру гирлянды и предназначен для предотвращения перекрытия гир­ лянды, если при измерениях штанга наложена на хороший изолятор, а в гирлянде имеется один или не­ сколько поврежденных. При изме­ рениях, расстояние между электро­ дами измерительного искрового про­ межутка может изменяться с зем­ ли с помощью шнура из изоляцион­ ного материала, причем на конце штанги имеется указатель расстоя­ ния, отградуированный непосред­ ственно в киловольтах. С помощью такой штанги можно обнаруживать изоляторы частично поврежденные,

24-4. М Е ТО Д П О ВЫ Ш ЕН Н О ГО

Н А П РЯ Ж Е Н И Я

Повышенное напряжение должно применяться при контрольных ис­ пытаниях как последняя заключаю­ щая ступень испытаний. Это испы­ тание проверяет стойкость изоля­ ции ,в отношении перенапряжений различного рода. Проверка повы­ шенным напряжением производится после того, как исчерпаны различ­ ные другие возможности обнаруже­ ния дефектной изоляции. Например, по методу явлений абсорбции обна­ ружена чрезмерная увлажненность изоляции и последняя прошла суш­ ку (например, изоляция вводов трансформаторов). Однако в ре­ зультате отсутствует полная уве­ ренность в том, что изоляция обла­ дает необходимым уровнем электри­ ческой прочности, чтобы противо­ стоять возможным перенапряже­ ниям. Вместе с тем в процессе экс­ плуатации электрическая прочность изоляции всегда несколько сни­ жается даже при отсутствии явных дефектов, препятствующих ее даль­ нейшему использованию.

По этим причинам амплитуда испытательного напряжения при контрольных испытаниях на 10% и более ниже того испытательного на­ пряжения, которое применяется при выпуске заводом готовой продукции.

При профилактических испыта­ ниях применяется как напряжение 50 гцу так и постоянное напряже­ ние, а в отдельных случаях и им­ пульсное.