Частичные разряды – введение в проблематику

Видеозапись и стенограмма вебинара "Как предсказать выход электротехнического оборудования из строя" от 9 июня 2016 года.

Лектор: Говрилов Станислав. Cпециалист компании ИМАГ.

0:0:01

– Добрый день, уважаемые коллеги. Приветствуем вас на нашем новом вебинаре, посвящённом диагностике высоковольтного оборудования методом регистрации частичных разрядов. Меня зовут Корытко Алексей и являюсь администратором вебинаров, проводимым проектом тест Energy и буду реагировать на все ваши сообщения в чате. Тему вебинара вы можете видеть на первом слайде. Сегодня у нас будет вводный вебинар, он посвящён теории, основным понятиям, характеристикам, типам и различным проявлениям частичных разрядов. На следующем вебинаре мы уже поговорим о практике, о применении диагностического оборудования. В частности, второй вебинар будет полностью посвящён электрическому методу измерения, схемам и датчикам регистрации, погрешностям измерения и трактовке результатов. Чтобы не пропустить следующие вебинары, пожалуйста, следите за нашими новостями, анонсами на сайте тест Energy. Также у нас есть общая страница регистрации на все вебинары, проводимые проектом тест Energy. Ссылку я сейчас отправлю в чат. Ссылка в чате. Лектором у нас является Олег Викторович Голенко, кандидат технических наук, начальник Ленинградского производственного участка филиала «Электросетьсервис ЕНЭС». Олег Викторович занимается тематикой частичных разрядов уже 20 лет, с 1998 г. и является автором более 20 статей. Уважаемые участники, я вас призываю активно участвовать в вебинаре, в обсуждении, задавать свои вопросы, оставлять свои комментарии в чате. На все вопросы Олег Викторович ответит в конце вебинара. На этом моё вступительное слово окончено, и я с удовольствием передаю слово лектору. Олег Викторович, добрый день.

– Добрый день, уважаемые коллеги. Спасибо проекту тест Energy за предоставленную возможность провести такой вебинар и Петербургскому институту повышения квалификации за предоставленный кабинет для проведения этого вебинара. Больше 40 лет всем испытателям, всем высоковольтникам известен термин «частичный разряд». При этом, зачастую за этим словосочетанием «частичные разряды» у очень многих специалистов, к сожалению, ничего не стоит. Словосочетание не наполнено ни терминологией, ни пониманием самого процесса этого частичного разряда. Довольно сложно работать и даже если хотя бы не самим измерять частичные разряды, то принимать работы по измерению частичных разрядов, если этого самого понимания наполненности этого словосочетания не присутствует. Если в 70-80-е гг. прошлого века оборудование для измерения частичных разрядов разрабатывали узкие специалисты и использовали в основном только узкие специалисты (есть некоторые исключения в части заводских лабораторных испытаний). Но в эксплуатации именно этим занимались узкие специалисты по частичным разрядам. Сейчас ситуация изменилась. Оборудование начало выпускаться массово, продаётся достаточно широко. Когда в организацию приходит на места это оборудование, то в лучшем случае специалисты электролабораторий осваивают только процесс измерения. К сожалению, оценку результатов очень часто провести затруднительно в силу отсутствия опыта и необходимых знаний. К сожалению, до сих пор измерение частичных разрядов – это всё-таки несколько больше искусство нежели рутина. Понятное дело, что в рамках одного-двух-десяти вебинаров сделать специалиста по измерению частичных разрядов невозможно. Этим нужно практически заниматься постоянно, но я постараюсь наполнить это словосочетание «частичные разряды» неким смыслом для того, чтобы вам стало понятней что это такое, как это воздействует на изоляцию, как это можно измерять, где это можно измерять и где это имеет смысл измерять. Покажу достоинства и недостатки этого метода, а также различные сложности как теоретического, так и чисто практического характера. Итак, для начала дадим определение термину «частичный разряд».

0:06:26

Классическое определение звучит примерно так: «частичный разряд – это электрический разряд, который шунтирует лишь часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами». Такое определение у нас присутствует практически везде и в литературе: Учинский, 06:48 неразборчиво Василий Павлович, Русов и многие другие стандарты. Однако, с позиции инженерной диагностики, мы по большей части инженеры, это не очень полное определение. Согласно этому определению, очень многие процессы разрядного характера, которые не имеют отношения к дефектам, и получается, что их нужно как-то регистрировать и определять. Однако, это не так. Коронный разряд, например, в некоторых случаях это помеха и не имеет отношения к полезному сигналу, а в некоторых случаях наоборот именно коронный разряд является проявлением дефекта и нам нужно регистрировать именно его. В то же время классический разряд в небольшой газовой полости где-то является проявлением дефекта, а где-то может совершенно естественным образом существовать, поскольку не расходует ресурс изоляции. Поэтому, на мой взгляд, определение в смысле диагностики следует дополнять: «частичный разряд – электрический разряд, который шунтирует лишь часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами» – совершенно классическое определение – но при этом расходует ресурс изоляции либо является проявлением дефекта. Это небольшое дополнение сразу показывает, что не все разрядные процессы, относящиеся к самому понятию «частичный разряд», в инженерном смысле нам полезны. Одни и те же процессы могут указывать как на дефект, так и не показывать. Всё зависит от оборудования и изоляции.

0:09:07

Для дальнейшего рассмотрения нам нужно создать схему замещения диэлектрика. Классический диэлектрик мы всегда заменяем ёмкостью, но у нас диэлектрик непростой, а с дефектом. Этот дефект мы моделируем ёмкостью С_в.

0:09:33

Это тот участок изоляции, который шунтируется частичным разрядом, то, что у нас пробивается. Любой вариант частичного разряда мы можем смоделировать именно таким образом. Часть изоляции, которая ограничена нашим шунтированием, нашим включением, обозначим ёмкостью С_д.

0:10:01

Всю остальную изоляцию обозначим ёмкостью C₀.

0:10:06

Вся изоляция в целом, все эти ёмкости, которые в дальнейшем будут у нас возникать, будет обозначаться C_x. Что у нас происходит при приложении переменного напряжения? В основном я сейчас буду говорить про переменное напряжение, поскольку на постоянном напряжении там всё гораздо проще для изоляции, поскольку условия для возникновения частичных разрядов намного порядков хуже. Частичные разряды на постоянном напряжении намного более редкие, намного меньше энергии у них. Изоляция себя «чувствует» на постоянном напряжении намного лучше.

0:11:01

Рассмотрим осциллограмму напряжения на включение, приложенной не ко всему нашему диэлектрику, а только напряжение на ёмкости С_в.

0:11:15

Переменное напряжение синусоидальное у нас растёт

0:11:25

в соответствии с синусоидой приложенного напряжения и достигает напряжения, при котором происходит пробой нашего участка, нашего включения. Шунтируется ёмкость С_в. Пробой этот достаточно быстрый. Напряжение падает не до нуля, оно падает до напряжения, при котором прекращаются условия для протекания нашего разрядного процесса. Это напряжение, при котором происходит пробой, называется U_вз– напряжение зажигания частичного разряда. Напряжение, при котором погасает частичный разряд, называется напряжением погасания частичного разряда. Длительность процесса определяется физикой процесса разряда. В газовых полостях – от единиц пикосекунд до единиц десятков наносекунд, коронный разряд – 40-90 нс, типичный. Корона в масле – до единиц микросекунд, корона в элегазе – единицы наносекунд. В зависимости от изоляции, типа разряда длительность этого процесса колеблется в очень широких пределах и это нужно понимать. Следующее, что у нас происходит. Приложенное напряжение ведь по-прежнему растёт.

0:13:17

Оно растёт и дальше на этом самом включении и

0:13:23

опять достигает напряжения зажигания, опять происходит разряд вот такой пилообразной формы.

0:13:32

Но это только в теории. На практике такую картинку мы можем увидеть только в лабораторных условиях на некоторых отдельных моделях. Почему это происходит? Во-первых, у нас, как правило, органическая изоляция и когда у нас произошёл первичный частичный разряд, у нас изменились границы нашего включения. На них осели продукты нашего распада, нашей органической изоляции. Эти продукты могут как усложнить, ухудшить условия для возникновения разряда, так и улучшить его. И здесь хотелось бы немножко остановиться на физике процесса разряда, потому что вторая причина, почему у нас на практике такой картинки мы никогда не будем видеть, то, что частичный разряд, как и любой разрядный процесс, величина, явление случайное. Почему эта величина случайная? Во-первых, рассмотрим, какие нам нужны условия для протекания разряда. Нам нужна напряжённость электрического поля, напряжение зажигания чтобы у нас было достигнуто. Во-вторых, нам нужно, чтобы в это электрическое поле попал свободный электрон. Размеры включения установок я сейчас в основном про газовые полости буду говорить, на них проще всего объяснять. Сам принцип совершенно одинаковый для любой другой изоляции. На маленьких включениях толщи изоляции мы этого свободного электрона, если мы его будем ждать из космоса, мы можем ждать самым натуральным образом, буквально годами. Потому что размеры включения очень маленькие, пока попадёт туда этот электрон через толщу изоляции, пройдёт, попадёт в это включение, да ещё в нужный момент времени, это очень длительный период ожидания. Почему у нас происходят разряды? Потому что на границе включения у нас всегда есть ионы, прилепленные к границам этого включения, и под воздействием электрического поля ионы разрушаются. Вырывается электрон и дальше выступает в роли свободного электрона в качестве начального. Дальше идёт вероятностный процесс. Электрон должен не только разогнаться, он ещё должен стукнуться о другую молекулу газа, выбить из этой молекулы хотя бы два электрона, которые, в свою очередь, тоже должны разогнаться, чтобы возник лавинный процесс. И всё это вероятностные вещи. Поэтому, повторюсь, вот такую красивую картинку мы будем видеть редко и только в определённых модельных условиях. Тем не менее эта картинка нам нужна, потому что в физике часто используются идеальные модели. Это и есть наша идеальная модель. Дальше рассмотрим какие проявления имеются у частичных разрядов. Потому что на основании этих проявлений и определяются способы выявления этих самых частичных разрядов.

0:17:49

Первое – химическое – продукты разложении органической изоляции и в некоторых случаях даже металла. В первую очередь это растворённые газы: водород, этилен, ацетилен, в зависимости от температуры канала разряда. А также может быть уголь и даже частицы металла, если этот разряд у нас уже близок к дуговому. Главный недостаток химических методов – это очень медленный процесс. Нам нужно, чтобы накопились продукты разложения в достаточном количестве. Мы будем всегда очень сильно запаздывать. На начальной стадии эти дефекты мы не определим. Второе, помимо частичных разрядов у нас есть много других процессов, которые также приводят к газовыделению. Невозможность определения места возникновения. У нас общий баг и где конкретно появились частичные разряды химическим образом обнаружить мы не можем. Второе проявление частичных разрядов – электрический сигнал, который распространяется по схеме регистрации. Это электрический метод измерения частичных разрядов, но о нём отдельно мы поговорим позже. Практически весь второй вебинар будет посвящён электрическому методу. Третье проявление частичных разрядов – акустическое. При возникновении разряда у нас возникает механическая ударная волна и она распространяется по изоляции, и мы её можем зарегистрировать соответствующими акустическими датчиками. Достоинство этого метода – защищённость от помех. Но есть и недостатки: довольно слабая чувствительность и мы определяем сам факт наличия этого самого частичного разряда. Ничего о его величине мы сказать не можем. Это не колибруемый метод. Четвёртое проявление – оптическое. Как и любой разряд, включая молнию, у нас при возникновении разряда возникают фотоны. Соответственно, если у нас прозрачная среда, свет при помощи соответствующих приборов мы можем зарегистрировать. Однако, это ограничение в виде необходимости прозрачной среды сильно ограничивает область применения оптического метода, но фактически только внешней изоляции. Пятое проявление – излучение в виде электромагнитных волн. Как и любой электрический ток, который у нас протекает по электрической цепи, у нас происходит излучение в виде электромагнитных волн. В нашем случае – это сверхвысокочастотный диапазон. Соответственно, при помощи разного рода антенн мы это излучение можем зарегистрировать. Есть как достоинства, так и недостатки. Достоинство – не нужно прикасаться к нашему оборудованию, к нашей антенне. Это можно сделать дистанционно. Недостатки – некалибруемость, можно потерять в чувствительности. Да, действительно, это не калибруемый метод. Шестое проявление – это потеря энергии. Поскольку при протекании тока частичного разряда (ток только в чистом виде активный), соответственно, в момент протекания тока частичного разряда у нас увеличивается тангенс угла диэлектрических потерь. Если этих разрядов достаточно много или они достаточно большие, то мы можем при измерении тангенса угла диэлектрических потерь обнаружить это самое увеличение. В некоторых отдельных случаях из-за высокой температуры канала разряда у нас может возникать даже локальный нагрев, который мы можем обнаружить тепловизионным методом контроля. Здесь необходимо понимать, что на десяти киловольтах, которые у нас нормируются, частичные разряды можем зажечь только очень сильно в грубых дефектах, редко обнаруживаем. А если у нас внедрено на рабочее напряжение, то здесь тангенс угла диэлектрических потерь вполне себе метод, к которому можно обращаться и на который можно обращать внимание в том числе и с точки зрения оценки, что, возможно, у нас там есть частичный разряд. В настоящее время нормативная база у нас существует в основном для электрического метода регистрации частичных разрядов. Это тот самый основной базис, на котором строится нормативная документация. Пройдёмся и мы по этим самым основным характеристикам и покажем откуда эти характеристики вычисляются, откуда они берутся.

0:24:06

Итак, как я уже говорил, из нашей схемы замещения у нас происходит шунтирование ёмкости. На электродах, которые приложены к нашей изоляции, у нас возникает скачок ёмкости ∆C в момент разряда. Однако, скачок ёмкости очень-очень маленький, при этом длительность процесса очень-очень короткая. Поэтому на практике измерить скачок ёмкости мы не можем. Мы его упоминаем потому, что этот скачок ёмкости приводит к появлению скачка напряжения. Причина появления напряжения скачка напряжения – это скачок ёмкости. Скачок напряжения ∆Uxна нашей модели, и мы можем его зарегистрировать. Этот скачок напряжения тоже очень-очень маленький – это милливольты, единицы вольт. На фоне приложенного напряжения в киловольты, десятки, сотни киловольты – это очень-очень мало, но нас выручает длительность процесса. Приложенное напряжение у нас 50 Гц, скачок напряжения – десятки, сотни мегагерц. Это очень короткие времена, поэтому, отфильтровав приложенное напряжение, мы можем вполне себе спокойно регистрировать даже такие небольшие величины, как милливольты, единицы вольт. Забегая вперёд, исходя из самого факта, как мы регистрируем этот скачок напряжения, уже можно сказать, что при любой аппаратуре для измерения частичных разрядов электрическим методом у нас присутствует фильтр верхних частот. Однако, сам по себе скачок напряжения нам мало что в общем даёт. Мы его зарегистрировали, определили его амплитуду. А дальше что? Сам по себе скачок напряжения ни о чём не говорит. Нам нужно перейти к некой энергетической величине, сколько ресурсов съедает тот или иной частичный разряд. Потому что разряд разрушает нашу твёрдую изоляцию или жидкую изоляцию. Нам нужно перейти к энергии частичного разряда. Для этого нам придётся пойти на несколько ухищрений. Во-первых, нам нужно ввести понятие «кажущийся заряд». Кажущийся заряд – это такой заряд, который мы должны внести в нашу схему измерений, не в объект, а именно во всю схему измерений для того, чтобы амплитуда сигнала у нас стала такая же, как у зарегистрированного частичного разряда. Это если мы смотрим со стороны схемы измерений. Он кажущийся, потому что мы его вносим снаружи. Если посмотреть со стороны нашего включения, мы смотрим со стороны схемы измерений на включение, а если посмотреть со стороны включения на схему измерений, то кажущийся заряд – это заряд от тока частичного разряда, протекающего по внешней схеме измерений. Это одно и то же. Само понятие «кажущийся заряд» не совсем верное. С точки зрения электротехники или физики правильнее его было бы назвать индуктированный заряд. И в ряде публикаций чисто физического свойства, посвящённых физике процесса частичного разряда, используется именно такой термин – «индуктированный заряд». Но термин «кажущийся заряд» уже устоялся, находится в нормативной базе, поэтому будем дальше пользоваться им. Определяется кажущийся заряд и обозначается буквой q и определяется ёмкостью изоляции умноженной на скачок напряжения. К сожалению, связь между кажущимся зарядом и истинным зарядом частичного разряда, тем зарядом, который у нас протекает через наше включение, она очень-очень неочевидна. К примеру, моделирование в газовых полостях показало, что при увеличении полости с размера 0,3 мм до 1 мм истинный заряд увеличился в четыре раза, а кажущийся заряд увеличился в 13 раз. Близкими кажущийся и истинный заряд становится, когда у нас дефект очень грубый, очень сильный. Чем меньше дефект, тем меньше мы о нём знаем. Действующая нормативная документация этого совершенно не учитывает. С другой стороны, в защиту нормативов, которые указаны в нашей действующей документации, могу сказать, что эти нормативы определены не теоретическим путём. Они определены исходя из практики. К примеру, разница между допустимым кажущимся зарядом при заводских испытаниях на вводы с бумажной изоляцией или на силовые трансформаторы с той же самой бумажно-масляной изоляцией различается в 30 раз. Изоляция одна и та же и процессы одни и те же. Почему различается в 30 раз? Мы не знали довольно долгое время, 15 лет назад только показали путём расчёта, почему это так, нашли этот эффект. Но сама величина определена верно. Действительно, они должны различаться порядка в 30 раз, поэтому на нормативы, особенно заводские, им можно вполне доверять. Они определены исходя из практики. Следующей характеристикой, которая нам потребуется для того, чтобы мы пришли в итоге к энергии частичного разряда, нам нужно приложенное напряжение зажигания. Определяется оно по формуле п. 4. Мы видим, что определить и рассчитать её мы не можем. Мы её можем только измерить. В очень редких модельных случаях мы её, конечно, можем рассчитать, но мы с вами инженеры, поэтому совсем глубоко в модельные дебри забираться не будем. Мы его можем только измерить, причём измерить на всём нашем диэлектрике в целом. Что нам потребуется далее? Это частота следования импульса. Казалось бы, самое простое – считаем количество импульсов частичных разрядов и всё. Хорошо, когда у нас только один единственный дефект, в котором эти частичные разряды горят. На практике в нашей изоляции этих дефектов очень много. И нам нужно по идее определять эту частоту следования для каждого единичного дефекта, чего мы сделать не можем. Поэтому частота следования импульсов – это количество импульсов в единицу времени обычно за период приложенного напряжения, гораздо реже за секунду используется. Поэтому частота следования – это некая усреднённая величина практически интегрального характера. А дальше у нас всё просто и классически. Средний ток рассчитывается как кажущийся заряд на частоту следования этих импульсов (количество этих импульсов в секунду) в единицу времени. Мощность частичных разрядов – это ток на напряжение приложенного зажигания. Отсюда уже дальше вычисляется энергия – это кажущийся заряд на приложенное напряжение. Казалось бы, всё просто, однако, частота следования, как я уже говорил, некая усреднённая интегральная величина. Заряд кажущийся, не истинный. Мощность, когда мы рассчитываем, – приложенное напряжение зажигания по стандарту МЭК, по ГОСТу – это приложенное ко всему объекту мгновенное значение приложенного напряжения. Если мы вспомним нашу осциллограмму, то абсолютно одинаковые два частичных разряда в одном и том же дефекте, но возникшие в разные фазы приложенного напряжения, будут давать нам разную мощность и разную энергию. Но в этом явно что-то не так. На самом деле нам надо использовать там напряжение зажигания, которое мы, к сожалению, определить на практике возможности не имеем. Именно поэтому нормативы у нас есть в основном только на кажущийся заряд, потому что кажущийся заряд несмотря на всю свою погрешность, тем не менее кажущийся заряд – это величина с наименьшей погрешностью из всех, которые мы можем измерить. Все остальные характеристики: частота следования, средний ток, мощность, энергия выступать в качестве некого норматива очень сложно. Тем не менее они очень полезны для оценки развития дефекта во времени. Если мы будем строить временные зависимости, если мы проводим эти измерения регулярно, постоянно, если мы будем строить зависимости этих величин от времени, то мы можем наблюдать как будет развиваться во времени наш дефект. Они всё равно имеют значительную пользу. Дальше я попробую описать основные виды, как обычно представляют результаты измерения частичных разрядов. Понятное дело, что они очень сильно зависят от опыта оператора, от того, кто производил измерение, от имеющейся аппаратуры. Сейчас я покажу только для электрического метода основные виды представления результатов измерений.

0:36:34

Самый простой – осциллограмма сигнала частичного разряда. Они могут выступать как общий уровень сигнала за период промышленной частоты либо в режиме накопления – аналогичный режим после свечения у старых осциллографов, либо без него, если этих разрядов достаточно много. Подобный пример показан на этой осциллограмме. Так и в виде единичных осциллограмм по разным каналам: две соседние осциллограммы.

0:37:20

Совершенно реальный трансформатор силовой. Что нам могут дать осциллограммы? Во-первых, по виду сигнала на периоде промышленной частоты мы можем примерно прикинуть, что у нас за дефект. Основанные только чисто на своём опыте, оператор может прикинуть, что у нас за дефект. Единичные осциллограммы нам дают: во-первых, мы можем знать точную амплитуду сигнала, во-вторых, единичные осциллограммы могут дать информацию о месте возникновения этого частичного разряда и о его типе. Поскольку разные типы частичных разрядов имеют немножко разные физические процессы, соответственно, разные длительности этого сигнала и мы можем определить тип частичного разряда. Однако, здесь есть много нюансов и сложностей, связанных с ограничениями схем в регистрации. Мы о них как раз в следующем вебинаре будем разговаривать. Поэтому оператор, использующий осциллограф, должен быть достаточно опытным. У меня ушло примерно два с половиной года, в том числе работа с моделями, для того, чтобы научиться разбираться именно в осциллограммах при измерении частичных разрядов. Это не такая простая процедура. Тем не менее очень полезная. Второй недостаток использования только осциллографа – невозможность определения интегральных характеристик. Количество импульсов достаточно точно определить, не можем построить ни одно из дальнейших распределений.

0:39:40

Для интегральных характеристик нам уже приходят на помощь современные цифровые регистраторы, которые, как правило, не регистрируют форму импульса. У некоторых производителей они запоминают отдельные параметры этого импульса, они считают их количество и привязку к фазе приложенного напряжения. Плюс к этому, в современных регистраторах, как правило, зашита некая логика отстройки от помех. Понятное дело, что полностью от помех мы избавиться не можем. У некоторых производителей это реализовано очень грамотно, у некоторых производителей наоборот настолько жёсткая помеха защиты, что и многие полезные частичные разряды тоже отбрасываются. Здесь, к сожалению, всякое бывает. Чаще всего используют три распределения интегральных частичных разрядов. Первое – амплитудное распределение – количество частичных разрядов той или иной амплитуды. Как правило, ещё довольно часто делают разбивку по полярности: сколько положительной полярности, сколько отрицательной. Вот два примера, один из которых бездефектный,

0:41:32

а второй – с большим распределённым дефектом,

0:41:37

два силовых трансформатора. В первом случае мы видим чисто практически количество сигнала. Его немного, около 10. Примерно до 30 за период происходит. Это нормальное совершенно значение. Величина тоже очень небольшая. В случае нашего дефектного трансформатора величина сигнала тоже небольшая. Но зато этих сигналов за один период промышленной частоты, как мы видим, уже 1001 полярности и больше 800 другой полярности. Всех просто по количеству очень много. Для чего ещё используется амплитудное распределение? Кроме того, чтобы определить общее количество. Для некоторых видов дефекта это распределение имеет очень характерную форму. Поэтому иногда это можно использовать для определения вида дефекта в том числе.

0:42:40

Следующее распределение – это то же амплитудное распределение, но здесь ещё есть привязка по фазе. Это количество импульсов той или иной амплитуды, возникшее в тот или иной момент приложенного напряжения. Мы нашу фазу приложенного напряжения разбили на несколько участков. Их может быть от 10 градусов до одного градуса, от пары десятков до нескольких сотен. И представляется эта амплитудно-фазовая диаграмма, как правило, в двух видах в зависимости от аппаратуры, которая есть. Она может быть представлена, как в виде двумерной диаграммы,

0:43:30

где цветом выделяется количество импульсов и дальше фаза и амплитуда сигнала указаны

0:43:40

либо в виде трёхмерной диаграммы, когда всё это нарисовано в трёхмерном виде. Честно скажу, я предпочитаю больше двумерные диаграммы, поскольку они менее загромождённые. В трёхмерном виде иногда некоторые нюансы теряются просто из-за того, что это трёхмерная картинка и что-то находится позади того, что находится на переднем плане. Откуда возникли эти амплитудно-фазовые диаграммы? В 90-е гг. голландский исследователь Гульски построил 27 типов таких диаграмм для разных дефектов. Он смоделировал дефекты, построил амплитудно-фазовые диаграммы и оказалось, что эти амплитудно-фазовые диаграммы для разных дефектов выглядят по-разному. При помощи этих амплитудно-фазовых диаграмм можно определять вид дефекта. Всё бы и хорошо, только когда мы модели переносим в реальное оборудование, у нас возникают проблемы. Потому что один и тот же дефект в зависимости от того, где именно он находится в изоляции, может иметь разные картины. Если она находится близко к высоковольтному электроду, мы будем иметь одну картинку. Если она находится близко к заземлённому электроду, мы будем иметь другую картинку. Если он будет находиться в середине, будем иметь третью картину. Это первое. Второе – если у нас несколько разных типов дефектов, то эти амплитудно-фазовые диаграммы мы ещё можем между собой раскидать, а если у нас несколько дефектов, находящихся в разных местах, но они однотипные, то они накладываются друг на друга и разлучить их, к сожалению, практически мы не можем. Это недостатки амплитудно-фазовых диаграмм. Третье, находящее всё больше поклонников и всё чаще используемое распределение у производителей аппаратуры, это так называемая TF-плоскость.

0:45:53

Это тоже по сути трёхмерная диаграмма, но здесь регистрирующая аппаратура должна иметь возможность записи определения неких параметров единичного импульса. Нам нужна длительность первой полуволны и нам нужна полная длительность импульса. Мы строим количество импульсов в соотношении длительности первого и длительности всего сигнала. В общем достоинства и недостатки у TF-плоскости почти те же самые, что и у амплитудно-фазовой диаграммы. Но здесь есть нюансы. Однотипные дефекты, находящиеся в разных местах, TF-плоскость различает гораздо эффективнее, чем разные виды дефектов, находящиеся близко. TF-плоскость и амплитудно-фазовые диаграммы в общем дополняют друг друга, расширяя инструментарий для оценки. Вообще взаимосвязи и распределений для частичных разрядов очень много. Например, в стандарте СИГРЭ их описано больше 30. На практике они фактически не используются. В основном используются осциллограммы, амплитудное распределение, амплитудно-фазовое распределение и TF- плоскость. Понятно, что, если у нас происходит регулярное измерение частичного уровня частичных разрядов, у нас можно ещё строить разнообразные временные тренды – отслеживать развитие дефектов во времени. Закончить сегодняшний вебинар я бы хотел описанием основных типов частичных разрядов, которые есть в нашем электрооборудовании.

0:48:07

Первый наиболее частый и самый распространённый – частичные разряды в газовой полости. Почему он сам распространённый? Потому что как только у нас возникает какая-либо жидкость, то сразу жидкость полностью избавить от микропузырьков мы не можем чисто физически ни при каких условиях. Поэтому частичные разряды в газовых полостях у нас будут всегда. Всё зависит от количества газовых полостей и их размеров. Поэтому это самый распространённый вид частичных разрядов. В бумажно-масляной изоляции у нас практически также сильно распространённый – это частичный разряд в тонких масляных прослойках. Два слоя бумаги, между которыми очень тонкий слой масла, и этот слой масла иногда может пробиваться. Это частичный разряд в тонких масляных прослойках. Он отличается несколько большей длительностью от частичных разрядов в газовой полости и такого рода разряды расходуют больше всего ресурса на протяжении всей жизни нашего объекта с бумажно-масляной изоляцией. Потому что контачит и с твёрдой изоляцией, c целлюлозой и маслом. Расходует ресурса очень много в течение всей жизни, не каждого единичного. Для силовых трансформаторов и трансформаторов тока в отдельных узлах характерны частичные разряды в масляном клине. Не для всех конструкций, понятное дело, но в некоторых конструкциях возникает так называемый масляный клин и частичные разряды тоже в нём возникают. Корона в масле – не очень часто возникающий дефект. Однако, когда он возникает, то вызывает большую панику у обслуживающего персонала, поскольку корона в масле очень сильно портит масло и вызывает очень сильное газовыделение вплоть до появления иногда ацетилена. При этом непосредственной опасности почти никогда эта самая корона в масле не несёт для срока службы для самой изоляции. Это очень неприятно, но с точки зрения аварийной опасности данный дефект практически безопасен. Да, на протяжении какого-то количества времени у нас портится масло, у нас сокращается срок службы, у нас сильно маскируются другие дефекты, которые мы можем определить из хроматографического анализа. Но сама по себе корона в масле редко является проявлением действительно опасного дефекта. Почти всё то же самое можно сказать о плавающем потенциале. Однако, плавающий потенциал – это дефект, имеющий очень большие особенности. Что такое плавающий потенциал? Это проводящая механическая примесь, которая не соединена ни с одним из электродов, некая взвесь. Это некая механическая примесь, проводящая, которая во взвешенном состоянии плавает у нас в масле и, соответственно, при попадании в зону достаточной электрической напряжённости электрического поля, с её концов возникает частичный разряд. Самая большая сложность с плавающим потенциалом, это то, что он довольно сильно портит масло. При этом, это очень неустойчивый вид дефекта. Его очень сложно ловить, поскольку во взвешенных состояниях масло у нас циркулирует, соответственно, данная примесь регулярно и постоянно уходит за пределы воздействия электрического поля. Он у нас то появляется, то пропадает. При этом этот дефект очень часто самоустраняется, потому что эта примесь либо присоединяется в конце концов к тому или иному электроду, либо просто отпадает на дно силового трансформатора. Это один из самых неприятных для диагноста видов дефектов, потому что его сложно вылавливать. Искрения в сердечнике возникают не то чтобы очень часто, однако, достаточно регулярно обнаруживаются. Связан с механическими повреждениями сердечника магнитопровода силового трансформатора или цепи его заземления. Имеет характерную особенность в зависимости от нагрузки. Если частичные разряды в газовой полости, масляных прослойках, масляном клине, корона в масле и плавающий потенциал, все предыдущие – они практически не имеют зависимости от нагрузки, для них главное – напряжение, то искрения в сердечнике в основном зависят от нагрузки. Аналогичные искрения в контактных узлах РПН, ПБВ тоже очень часто имеют зависимость от нагрузки. Ползущий разряд – это самый опасный вид разряда для силового трансформатора. Однако, к счастью, самый редкий. Если в середине прошлого века это был настоящий бич высоковольтных трансформаторов, то после освоения новых методик намотки, обмоток ползущий разряд практически ушёл из списков причин выхода трансформаторов из строя. Самая большая неприятность у ползущего разряда, кроме его очевидной опасности для объекта, это то, что он очень плохо диагностируется особенно современной аппаратурой, которая имеет высокочастотный диапазон, а ползущий разряд имеет довольно низкочастотный. К сожалению, он плохо регистрируется современной регистрирующей аппаратурой. Водные триинги и дендриты – наиболее типичные причины повреждения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Со сшитым полиэтиленом своя отдельная история. В общем и целом, сейчас производят кабели вполне приличные. Основная проблема возникает в муфтах, потому что это то, что монтируется на месте и даже самые натуральные микронные повреждения изоляции, которые оказались не залитые соответствующей изоляцией, очень быстро развиваются и приводят к повреждению этих самых муфт. Кроме того, это очень короткоживущие дефекты, изоляция с короткоживущими дефектами. От возникновения дефекта до пробоя может пройти буквально на уровне недели. Поэтому с кабелями отдельная история, очень сложная и о которой можно очень долго разговаривать. Пазовый разряд и разряды в расслаивающейся изоляции – это наиболее характерные разряды для вращающихся машин. Поверхностные частичные разряды и разряды в открытых поперечных трещинах – это те самые разряды, которые как раз не расходуют ресурсы изоляции, поскольку они контактируют с фарфоровым стеклом. Это как раз те разряды, которые прекрасно регистрируются оптическим методом и относятся в основном к фарфоровой и стеклянной изоляции. Последний вид разряда – это корона в элегазе. Это самый неприятный вид дефекта для элегазового оборудования, поскольку от постоянных разрядных процессов элегаз у нас разлагается, соответственно, теряет свои изоляционные свойства. По счастью, это не очень частый вид дефектов в данном оборудовании, там всё-таки больше характерны другие проблемы. На этом сегодня я, пожалуй, закончу. Повторюсь, на следующем вебинаре мы будем рассматривать электрический метод регистрации частичных разрядов, то есть типы датчиков, схемы регистраций какие могут использоваться, схемы отстройки от помех, способы градуировки. Пожалуй, всё на сегодня. Вопросы.

– Олег, спасибо. У нас поступило несколько вопросов. Перед тем как перейти, я небольшую рекламку кину по поводу следующих вебинаров. Уважаемые коллеги, чтобы не пропустить следующие вебинары, пожалуйста, регистрируйтесь на сайте тест Energy, ссылку я отправил сейчас в чат. Вы можете перейти и зарегистрироваться. Там расположены все ссылки на все виды вебинары проекта тест Energy, в том числе по частичным разрядам. Следующий вебинар, как сказал Олег Викторович, будет уже по практической диагностике и частичных разрядов, больше о практике. Дата пока не определена, примерно через несколько недель состоится. Теперь мы можем перейти к вопросам. У нас несколько вопросов.

Игорь: «Какое напряжение считается безопасным при подаче на кабель устройством снятия им частичных разрядов для определения состояния изоляции?».

Всё зависит от типа изоляции. Если это бумажно-масляная изоляция, там можно и переменное напряжение немножко большей величины, чем рабочее. Зависит от срока службы изоляции. В принципе рабочего напряжения будет достаточно, максимальное рабочее напряжение. Если на максимальном рабочем напряжении вы не видите возникновения частичных разрядов, то с большой долей вероятности их там действительно нет. Со сшитым полиэтиленом всё немного посложнее. В общем-то величины в 0,1 Гц, испытания в 0,1 Гц или повышенным напряжением не пром. частоты, а просто повышенного напряжения нормируется и по стандарту МЭК эти величины вполне безопасны. Спасибо.

Ренат: «Величина измеренного на одном и том же объекте кажущегося разряда разными системами электрического метода будет различаться или примерно совпадать?».

Вопрос неоднозначный. Если у нас заранее собрана схема измерения, установлены стационарно датчики, величина сигнала всё равно будет различаться. Почему? Потому что разное оборудование, разные схемы. Если мы возьмём один и тот же кабель, но подключаем его к осциллографу или к цифровому регистратору, то приходится делать градуировку и отдельно для осциллографа и отдельно для цифрового регистратора. Хотя, казалось бы, на обоих у меня всё согласовано, входное сопротивление у меня 50 Ом. Разные схемы измерений и разные коэффициенты градуировки. Поэтому амплитуда сигнала на разном оборудовании будет разной. Но если проведена процедура градуировки грамотно, о чём будет следующий вебинар, то величина кажущегося заряда будет определена с некоторой погрешностью, но она будет достаточно близкая.

Тимур: «Имеется ли какая-то нормативная база или нормированный параметр по диагностике методом частичных разрядов? По каким конкретным параметрам делается заключение?».

Нормативная база присутствует. В основном эта нормативная база в виде именно нормативов на кажущийся заряд определена для заводских испытаний, при первичных испытаниях именно при заводских. Во всех остальных случаях есть ещё нормативная база, разные стандарты. Для Россетей, для федеральной сетевой компании, для Атомэнерго свои знаю, что есть, для Газпрома свои. Они определяют, как правило, только требования к процедуре. Почему? Дело в том, что разные виды дефектов разной степени опасности имеют разную величину опасного кажущегося заряда. Даже для заводских испытаний они совершенно одинаковые частичные разряды, возникающие, казалось бы, в одной и той же изоляции, но для высоковольтного ввода этот норматив отличается в 30 раз от силового трансформатора, потому что разные прохождения. Внутри силового трансформатора тоже разные виды дефектов имеют разную опасность. Например, амплитудное распределение, которое я показывал. Мы видим в вольтах. Максимальный уровень кажущегося заряда составлял порядка 300 пКл. Это если мы будем обращать внимание только на величину кажущегося заряда, то в общем и целом трансформатор совершенно в нормальном состоянии. Величина очень небольшая. Однако, в нормальном случае, когда у нас нет дефекта, количество этих сигналов буквально единицы, десятки, то в данном случае это тысячи за один период. Даже малые разряды небольшой амплитуды кажущегося разряда в данном случае берут количеством. В данном случае силовой трансформатор, который испортили при капитальном ремонте, и занесли в его примесь проводящую. Там очень много металлической стружки, которая плавает в масле. Это тот самый плавающий потенциал, но почти постоянный. Поэтому каких-либо численных нормативов для эксплуатации в общем и целом нигде в мире не присутствует. Оценка производится, к сожалению, на 90% экспертным путём.

Тимур: «Имеется ли какая-то литература, справочники со сборником параметров по нормативной базе нормируемым параметрам?».

К сожалению, нет. Именно полноценной литературы и справочников в нормативной базе нет. В основном я всё собираю сам. К счастью, крупные организации, тот же Энергоатом, Газпром, Россети, ФСК, МРСК в том числе они почти все действующие свои стандарты отраслевые, по крайней мере, у себя на сайтах выкладывают и их можно раскопать. Но это всё-таки нужно делать целенаправленно. К сожалению, какого-то такого справочника по нормативной литературе с советских времён я не припомню.

Евгений: «Почему нельзя кабель из сшитого полиэтилена испытывать постоянным напряжением?».

Изоляцию из сшитого полиэтилена нельзя испытывать постоянным напряжением и это действительно так. После того как изоляция зарядилась, мы её разряжаем как обычно, соединяем жидкость с землёй, у нас в бумажно-масляную изоляцию весь заряд стекает. А в изоляции из сшитого полиэтилена остаются области с заряженным и когда у нас включается переменное напряжение, то эта заряженная область куска изоляции заряжена условно + 10 кВ, тут мы включаем переменное напряжение, которое с некоторой долей вероятности может оказаться - 10 кВ. А к куску изоляции уже прикладывается напряжение не в 10 кВ, а 20 кВ, двукратно. Соответственно, может произойти пробой в данном месте повреждения. Именно поэтому для изоляции из сшитого полиэтилена применяется только переменное напряжение. Потому что в этом случае процесс разряда таких областей с накопленным зарядом в изоляции не возникает.

Эдуард: «Частичные разряды испытываются какого напряжения?».
Так полагаю, что вы уже частично ответили на этот вопрос.

Вообще имеет смысл в эксплуатации 110 и выше. Однако, есть виды оборудования, где можно измерять частичные разряды вплоть до 6 кВ для кабелей с бумажно-масляной изоляцией и сшитым полиэтиленом. Да, можно измерять и на 6 Кв. Двигатели вращающихся машин тоже. Закрытые шинопроводы – повреждение и загрязнение опорной изоляции тоже можно прекрасно определять, измеряя частичные разряды, только в данном случае не электрическим, а более эффективным – акустическим. Всё зависит от оборудования. Для силового трансформатора 110 и выше имеет смысл, КРУЭ тоже имеет смысл. Всё зависит от вида оборудования.

Степан: «Возможно ли воспользоваться какими-то нормативными документами, ГОСтами, наработками? Есть ли какие-то ссылки?».

Вы уже частично ответили на этот вопрос.

– Ими можно пользоваться, но они в основном определяют чисто процедурные вопросы по нормативной документации. ГОСТы в основном распространяются на вновь производимое оборудование. На него можно ориентироваться с точки зрения, когда оно сводится или оборудование, или мы его снова ставим. И мы можем прикидывать, что у нас там уровень частичных разрядов не вырос в сотни раз относительно заводского, но тут есть большие сложности, потому что заводских условиях у нас очень маленький уровень помех, соответственно высокую чувствительность мы можем обеспечить. В эксплуатации мы такую чувствительность обеспечить не можем никогда, поэтому своеобразно. Ориентировался на ГОСты я бы не во всём.

Анатолий Михайлович: «Как проводить поиск места повреждения с изоляцией из сшитого полиэтилена?».

Эти методы в общем все известны. При измерении частичных зарядов если нам хватает чувствительности регистрирующей аппаратуры, то можно той же самой рефлектометрией только сигналом исходного импульса у нас является собственный сигнал частичного разряда. Методов достаточно много. К сожалению, кабельной тематикой я занимаюсь достаточно мало.

Вопрос касаемо напряжения ранее задавал Эдуард. Он добавляет: «По большей части это метод сравнения?».

Зависит от вида оборудования. Например, для вращающихся машин это чистый метод сравнения. Здесь нужно определять общий уровень частичных разрядов и отслеживать его во времени. Единичное само по себе измерение ничего не даст. Для силовых трансформаторов единичное измерение достаточно информативно, но его всё-таки проводить регулярно. Для кабелей это вообще на мой личный взгляд только либо в режиме измерения повышенным переменным напряжением (когда у нас повышенное напряжение), на всю длину кабеля прикладывается – самое первичное измерение – нагрузка по стандарту МЭК. Если при этом проводить измерение частичных разрядов, тогда это имеет смысл. Но это однократно. Если такого испытания не проводилось, то там имеет смысл режим мониторинга. Поскольку дефекты, повторюсь, дефекты короткоживущие. Если мы измерили сегодня, и мы ничего не обнаружили, то это совершенно ничего не значит, через две недели может произойти выход из строя кабельной линии. Это совершенно нормально, потому что длительность жизни дефекта порядка… Поэтому для какого-то оборудования это метод сравнения, для какого-то оборудования даже единичное измерение также эффективно.

Вопрос касаемо поиска повреждения с изоляцией из сшитого полиэтилена задавал Анатолий Михайлович. Его мысли.

К сожалению, в силу малого опыта именно с кабельной тематикой, не смогу вас проконсультировать. Если Teleflex постоянно разную картинку даёт, то возможно несколько вариантов нескольких мест повреждений. Не могу сказать так на словах, если посмотреть. Ещё можно подумать.

Тимур: «На предприятии одна штука оборудования. Подобного оборудования больше нет. Можно ли при диагностике чётко сказать: оборудование в норме или нет?».

Не существует ни одного вида диагностики, которое бы чётко вам сказало, что всё хорошо, всё прекрасно или наоборот, всё плохо. Если подойти и продиагностировать это в комплексе, т. е. разными методами посмотреть разные узлы, разные проявления разных дефектов, если всесторонне подойти к этому объекту, то можно сказать, что на данный момент дефектов в данном оборудовании нет. Но дальше, как я уже сказал, всё зависит от вида оборудования. Заключение будет действительно на срок жизни дефекта. Для каких-то агрегатов срок жизни дефекта, это может составлять и годы, на несколько лет вперёд можно сказать, что ничего страшного не происходит, а какие-то заключения устареют буквально быстро. Поэтому без указания конкретного оборудования сложно сказать.

– Вопросы закончились. Уважаемые коллеги, если у вас ещё возникнут вопросы после вебинара, либо при просмотре видеозаписи, пожалуйста, задавайте нам на электронную почту либо по другим видам связи, какие вам будут удобны. Ссылку на наши контакты я оставил в чате. Олег Викторович, вам большое спасибо. Я бы хотел вас попросить, буквально несколько слов о следующем вебинаре, что нас ждёт.

– Следующий вебинар, как я уже говорил, будут типы датчиков, он будет посвящён целиком и полностью электрическому методу измерения кажущегося заряда. Там будут описаны типы датчиков, схемы измерений, какие у нас только возможны, показаны какие-то примеры для разного вида оборудования, достоинства и недостатки тех схем и тех датчиков, которые у нас имеются. Процедура градуировки – очень важная величина, потому что от этого зависит величина кажущегося заряда, который мы измерим. Будут показаны, почему мы не сможем никогда в своей жизни соблюсти требования Нормативной документации на погрешности и основные методы отстройки от помех. Потому что половина всей работы по измерению частичных разрядов это борьба с помехами.

– Олег Викторович, большое спасибо за доклад, за проведённый вебинар. Уважаемые участники, большое вам спасибо за то, что вы пришли, задавали вопросы. Обязательно регистрируйтесь на наши следующие вебинары. До скорой встречи. До свидания.

– До свидания.

Регистрируйтесь на вебинары проекта Test-energy.ru

Смотрите видеозаписи прошедших вебинаров проекта Test-energy.ru

Если вам нужна профессиональная консультация по вопросам измерения и анализа частичных разрядов или требуется подбор оборудования для вашего конкретного случая, то заполните форму: