"Новости Электротехники" ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК НАПРЯЖЕНИЕМ 6 кВ и ВЫШЕ

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №3(9) 2001


	ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК НАПРЯЖЕНИЕМ 6 кВ и ВЫШЕ *Евгений Иванов, д. т. н., Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет* Контроль состояния изоляции электроустановок напряжением 6-35 кВ выполняется путем оценки значения напряжения и (или) тока нулевой последовательности. Технические средства при таком методе контроля (асимметры, трансформаторы тока нулевой последовательности) позволяют обнаружить повреждения изоляции на завершающих стадиях их развития, например, глубоких несимметричных снижений сопротивления изоляции фаз вплоть до глухого замыкания на землю. Рис.1. Схемы измерительных преобразователей По существу такой метод контроля не позволяет своевременно выявить дефекты на начальных стадиях их развития, а также определить конкретный элемент электроустановки, имеющий повреждение изоляции. В этих условиях, получив сигнал о наличии замыкания на корпус, обслуживающий персонал вынужден интуитивно принимать одно из двух противоположных по смыслу решений - либо не снимать рабочее напряжение и продолжать эксплуатацию, отложив ремонтные работы до удобного момента (если автоматически не сработала «земляная» защита), либо немедленно снять рабочее напряжение и выполнить с помощью переносного мегомметра или другим способом поиск места повреждения. Поэтому вопрос разработки методов и технических средств диагностирования высоковольтной изоляции актуален. Сложности создания измерительных преобразователей В электроустановках напряжением до 1000 В диагностическим параметром является значение эквивалентного сопротивления изоляции и тенденция его изменения во времени. Поэтому предпринимались попытки создания аналогичных устройств автоматического контроля и для высоковольтных электроустановок. Техническая сложность создания их измерительных преобразователей обусловлена следующими обстоятельствами: а) требуется обеспечить специальную защиту низковольтных измерительных цепей из-за необходимости иметь их гальваническую связь с контролируемыми высоковольтными цепями, а также гарантировать условия электробезопасности операторов при выносе опасного потенциала; б) необходимо обеспечить нормальное функционирование измерительной цепи при наличии штатной «земляной» защиты, сформированной с помощью заземленных первичных обмоток трансформаторов (например, типа НТМИ), а также при наличии индуктивных реакторов, компенсирующих емкостные токи замыкания на землю. В качестве иллюстрации рассмотрим этот вопрос на примере устройства автоматического контроля (рис. 1, а), приведенного в статье профессора В. Ванина «Средства релейной защиты в сетях 6-10 кВ» (№ 2 (8), 2001). Функцией сопротивления изоляции Rиз является среднее значение тока Iут в измерительной цепи. В числителе приведенной в статье формулы для Iут в качестве сомножителя содержится разность сопротивлений R1 и R2, установленных в цепи связи устройства с землей. Отсюда следует, что при равенстве значений этих сопротивлений полезный сигнал о текущем значении сопротивления изоляции будет отсутствовать, а минимальная погрешность измерений будет только при существенном неравенстве сопротивлений R1 и R2. Принимая в пределе R1 >> R2, получаем известную схему с тремя вентилями, разработанную в 1946 г. фирмой Bender и исследованную профессором Е.Ф. Цапенко (рис. 1, б). Здесь среднее значение тока в измерительной цепи определяется выражением: где Rвн - сопротивление измерительной цепи. Очевидно, максимальная чувствительность достигается при условии Rвн ® 0. Это требование исключает возможность обеспечения указанного выше условия а). Аналогично не выполняется и условие б). Дополнительным недостатком этой схемы является недопустимая погрешность измерений (до 1000%), возникающая при наличии в электроустановке полупроводниковых выпрямителей (см. журнал «Электричество» № 10, 1983 г., с. 11 - 18), когда сеть работает в режиме двойного рода тока. Влияние частичных разрядов на темпы электрического старения Опыт эксплуатации высоковольтного электрооборудования показывает на неправомерность слепого переноса методов контроля изоляции, принятых в низковольтных электроустановках напряжением 380 В, на сети напряжением выше 1000 В. Если в низковольтных сетях основным по частоте видом повреждений изоляции является поверхностное и объемное увлажнение и загрязнение, приводящее к снижению ее активного сопротивления, то в высоковольтных сетях существенный вес имеет электрическое старение, не оказывающее практического влияния на значение сопротивления изоляции. Поэтому здесь следует применять другие методы диагностирования изоляции, отличные от принятых в низковольтных сетях или дополняющие их. Возможность применения таких методов допускается Правилами эксплуатации электроустановок потребителей (п. 1.3 и 1.9), вводящими понятие «ненормируемая измеряемая величина» и регламентирующими общий подход к оценке состояния электрооборудования по результатам измерений. Известно, что темпы электрического старения высоковольтной изоляции зависят от интенсивности частичных разрядов (ЧР). Предпосылкой возникновения ЧР является локальная неоднородность электрического поля в изоляционной конструкции, обусловленная наличием в ней газовых включений (микроскопических воздушных полостей) или других веществ. ЧР рассматривают как переходный процесс, возникающий в неоднородном диэлектрике при определенных начальных условиях, когда фактическая напряженность электрического поля в локальной неоднородности изоляции принимает значение, при котором формируется ее электрический пробой. При данном рабочем напряжении, приложенном к изоляционной конструкции, напряженность электрического поля в инородной полости Еп зависит от соотношения диэлектрических проницаемостей полости и диэлектрика изоляции. Когда толщина полости много меньше других ее размеров, а плоскость нормальна к линиям электрического поля, для воздушной полости Еп =eиз Еиз, где Еиз - напряженность электрического поля в диэлектрике, окружающем воздушную полость, eиз - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. В процессе эксплуатации под воздействием окружающей среды возможно объемное увлажнение изоляции. Проникновение влаги приводит к увеличению значения єиз и тем самым к повышению вероятности возникновения ЧР. ЧР опасны кумулятивным эффектом, выраженным в накоплении микроповреждений, возникающих при каждом разряде; в конечном итоге возможен электрический пробой всей изоляционной конструкции. Повреждения изоляции формируются в результате длительного накопления микроповреждений; поэтому между возникновением начальных ЧР и электрическим пробоем изоляции в большинстве случаев проходит достаточно большой интервал времени. Это позволяет наблюдать динамику развития ЧР во времени и планировать необходимые профилактические работы по предупреждению выхода электрооборудования из строя. Способы обнаружения частичных разрядов В технике высоких напряжений для обнаружения ЧР используют различные сопровождающие их физические эффекты - оптические и акустические сигналы, импульсные токи во внешней цепи, импульсные электромагнитные поля. При применении контактных методов измерений (тока и напряжения) основным параметром является кажущийся заряд Q, характеризующий реакцию цепи на ЧР в объекте контроля. Этот заряд при измерениях определяется как интеграл переходного тока во внешней цепи. Однако действительное значение заряда, нейтрализуемого при ЧР, при неизменном кажущемся заряде может изменяться в значительном диапазоне в зависимости от места и характера дефекта. Сложность задачи измерений здесь заключается в необходимости учета индивидуальных особенностей электрической схемы и конструкции объекта, параметров элемента связи объекта и измерительного устройства и от прочих факторов. В реальных эксплуатационных условиях задача измерений усложняется помехами, источники которых не могут быть устранены. Поэтому представляется целесообразным использование бесконтактного метода оценки ЧР путем измерения параметров создаваемого ими электромагнитного поля. Метод оценки параметров ЧР по сопутствующему импульсному излучению имеет следующие достоинства: а) нет необходимости выводить из эксплуатации диагностируемое оборудование; б) отсутствует необходимость в специальном устройстве для подключения к объекту контроля; в) отсутствует проблема обеспечения условий электробезопасности; г) незначительная трудоемкость работ. Эти достоинства метода позволяют оперативно выполнить контроль ЧР во множестве точек, а сами измерения включать в процедуру периодических осмотров электрооборудования. Результаты экспериментальных исследований параметров электромагнитного поля, создаваемого ЧР, были положены в основу разработки Марийским ГТУ под руководством д. т. н. О.А. Глухова индикатора частичных разрядов ЭЛМИН-3 (рис. 2). Прибор имеет следующие технические характеристики: расстояние до диагностируемой изоляционной конструкции (источника ЧР) - 0,2 - 50 м; точность обнаружения места ЧР - 0,1 м; чувствительность по входу по спектральной плотности - 0,2 мкВ/МГц; полоса пропускания (по уровню 6 дБ) - 200 - 1000 МГц; питание - от встроенных аккумуляторов напряжением 6 В; длительность непрерывной работы (до подзарядки аккумулятора) - 8 ч.; габариты - 340х120х80 мм; масса прибора - 1,8 кг; индикация - светодиодные цифровые индикаторы и встроенная звуковая сигнализация. Рис.2. Индикатор частичных разрядов Экспериментальные исследования характеристик прибора на Оренбургском газоперерабатывающем заводе, на предприятиях объединения Волгограднефть и в институте горного дела им. Скочинского подтвердили правильность принятых решений. В качестве иллюстрации можно привести следующие примеры: а) на стенде в произвольной комбинации подавалось напряжение 6 кВ на фирменный фарфоровый изолятор и самодельный изолятор из текстолита; оператор с индикатором находился в соседней комнате (за переборкой) на расстоянии около 15 м и ни разу не ошибся в указании на тип подключенного изолятора; б) по одному из двух отрезков кабелей на напряжение 6 кВ ударили молотком; при отсутствии видимых повреждений индикатор точно указал поврежденный отрезок. При эксплуатации электроустановок применение прибора целесообразно совместить с процессами штатного технического обслуживания, занося в формуляры показания счетчика индикатора. Малогабаритная антенна может быть размещена внутри контролируемого электротехнического изделия, и тогда создаются условия для организации системы непрерывного автоматического контроля состояния изоляции всех элементов высоковольтной электроустановки.