Средства контроля работоспособности элементов ЭУ

В соответствии со структурной схемой ТСД и их характеристикой рассмотрены основные элементы средств контроля работоспособности элементов ЭУ.

Датчики. Важнейшие функциональные элементы ТСД – датчики, которые являются первичными носителями информации о диагностируемом объекте и оказывают влияние на правильный выбор комплекса остальной аппаратуры (питающей, усилительно-преобразующей, регистрирующей и др.), т.е. на их структуру в целом с учетом рациональной точности, надежности, помехоустойчивости и стоимости.

При выполнении измерений на работающем оборудовании высокого напряжения необходимо использование специальных датчиков, которые должны обеспечивать безопасность проведения работ. Такие датчики должны отвечать следующим требованиям:

обеспечивать возможность измерения диагностических параметров изоляции;

допускать надежное подключение измерительных устройств при работе объекта без каких-либо операций в силовых цепях;

создавать необходимые условия для безопасного выполнения измерений и обеспечивать защиту подключенных измерительных устройств от переключений;

обеспечивать защиту низкопотенциальных выводов объектов при перенапряжениях и обрывах измерительных цепей.

Из всего комплекса диагностической аппаратуры в наиболее тяжелых эксплуатационных условиях находятся датчики из-за прямого влияния на них объектов диагностирования, внешних эксплуатационных факторов, влияющих на метрологические характеристики и надежность датчика и ТСД в целом.

Значительное разнообразие современного электрооборудования (различного по конструкции и принципу действия, различных классов напряжения) вызывает необходимость применения датчиков с различными входными, выходными и эксплуатационными параметрами, что усложняет и соответственно удорожает весь комплекс диагностической аппаратуры. При проектировании ТСД необходимо упорядочить номенклатуру датчиков (их универсальность, взаимозаменяемость), которые подчинялись бы единым метрологическим, конструктивным и эксплуатационным требованиям.

Прецизионные радиочастотные трансформаторы тока с разъемным сердечником используются в качестве датчиков для измерений напряжений электромагнитных помех, вызванных разрядами при образовании дефектов в генераторах. Они могут быть присоединены к выводу нейтрали генератора без перерыва в его работе или же к заземляющей шине генератора. Трансформатор тока должен иметь хорошую частотную характеристику при высоких частотах, при этом следует знать частотную характеристику и передаточное сопротивление, чтобы можно было определить поправочные коэффициенты и учесть их при измерениях.

Электромагнитные датчики (катушки с ферритовым сердечником) используются для нахождения стержней генераторов, поврежденных из-за ионизационных процессов в полостях под изоляцией и для обнаружения места возникновения разрядов в пазах генератора путем определения интенсивности и характера разрядов в каждом стержне обмотки.

Ультразвуковые датчики используются для обнаружения местных дефектов в изоляции электрических машин. Они представляют собой пьезоэлектрический преобразователь, который во время измерений перемещают поперек лобовых частей стержней обмотки статора. Индуктивные датчики (высокочастотные трансформаторы тока, аналогичные рассмотренным выше) применяются для измерения интенсивности частичных разрядов в силовых трансформаторах, рис.11.7.

Датчики устанавливаются на шинах заземлений аппаратов, баков трансформатора и их нулевых выводах (нейтралях). Датчики можно также установить на выводах низкопотенциальных обкладок аппаратов, пропустив через отверстие в корпусе датчика провода их заземления. Измерительным элементом датчика является катушка индуктивности – вторичная обмотка трансформатора тока, намотанная на ферритовом кольцевом сердечнике, а первичной обмоткой является шина с измеряемым током, на которую надевается датчик. Датчики изготавливаются в двух исполнениях: стационарные, переносные.

Датчик перенапряжений используется для регистрации различных видов перенапряжений на электрооборудовании (силовые трансформаторы, генераторы и др.) во время его эксплуатации. На рис.11.8 изображена схема датчика перенапряжений, представляющая собой миниатюрный широкополосный трансформатор тока, подключенный к выводу последней обкладки ввода. Трансформатор тока изолирован от местной земли и его вторичная обмотка экранирована от электромагнитных полей. Сигнал на выходе трансформатора тока пропорционален емкостному току, текущему через изоляцию ввода. Этот ток, в свою очередь, соответствует измеряемому напряжению. Специальный двухступенчатый интегратор преобразует выходной сигнал в напряжение, соответствующее напряжению на вводе с высокой стороны.

Ширина полосы частот датчика ограничена собственной частотой ввода, определяемой индуктивностью токоведущего стержня и емкостью изоляции. Эта частота обычно близка к 3 МГц и при использовании фильтра низких частот, включенного перед интегратором, датчик может передать прямоугольный импульс с фронтом около одной микросекунды без развития колебаний. Трансформаторы тока и двухступенчатый интегратор должны иметь очень высокие динамические характеристики (примерно 280 дБ), чтобы обеспечить требуемую ширину полосы пропускания, которая определяется постоянной времени, равной одной секунде и длительностью фронта импульса, равной одной микросекунде. Это обуславливает жесткие требования к эффективности экранирования измерительных цепей, перекрывающих по частоте границы рабочей полосы датчика.

Универсальный датчик предназначен для создания стационарных средств контроля изоляции объектов, имеющих вывод от низко-потенциальной обкладки. При помощи датчика могут быть собраны схемы для измерения частичных разрядов и диэлектрических характеристик изоляции.

Измерение частичных разрядов с помощью этого датчика возможно как по однофазной, так и по трехфазной схемам. После соответствующей коммутации можно измерить tg и емкость изоляции любой фазы объекта. Для контроля за изменением диэлектрических характеристик изоляции неравновесно-компенсационным методом в схему датчика включены необходимые элементы.

Схема универсального датчика приведена на рис.11.9. Датчик состоит из трех шунтов I и панели для сборки зажимов II. Шунты служат для защиты изоляции объекта при обрыве цепей датчика. В сборке располагаются все измерительные элементы, указанные на рис.11.9. Для градуировки схем измерения частичных разрядов под напряжением параллельно разряднику F_в подключается быстродействующий коммутатор и отключается выключатель S. Конструкция датчика обеспечивает возможность перехода к любой из этих схем без снятия рабочего напряжения с объекта.

Средства контроля работоспособности по диэлектрическим параметрам. Измерение диэлектрических параметров изоляции высоковольтного оборудования (силовые, измерительные трансформаторы, вводы, конденсаторы связи, силовые кабельные линии и др.) осуществляется высоковольтным мостом переменного тока типа Р-5026, принципиальная схема которого изображена на рис.11.10.

Мост состоит из высоковольтного эталонного конденсатора С₀, практически не имеющего потерь, переменного сопротивления R₃, переменной емкости С₄ и нуль-индикатора (НИ). Диагностируемый объект изображен в виде емкости С_х. Питание моста производится при помощи повышающего трансформатора Т при величине тестового напряжения 10 кВ эф., но не более U_ном оборудования.

Нормальная схема измерения применяется в случаях, когда проверяемая изоляция С_х может быть изолирована от земли. По нормальной схеме обычно измеряют междуфазную изоляцию трансформатора. По этой схеме все части моста находятся под низким напряжением. Защита персонала, производящего диагностирование, от высокого напряжения, появляющегося на элементах моста в случае пробоя изоляции, выполняется разрядниками, включенными в точках А (Р₁) и В (Р₂). Для защиты от наведенного напряжения все части моста, находящегося под напряжением, а также эталонный конденсатор, экранируются.

Для равновесия моста необходимо, чтобы ток эталонного конденсатора С₀, разветвляясь в точке В по ветвям R₄ и С₄ создавал в этой точке напряжение U₄, равное по величине и фазе напряжению U₃, U₃ = U₄. Показателем равновесия моста является нулевое показание нуль-индикатора (НИ) – приведение стрелки в нулевое положение при регулировании сопротивления ряда R₃ и емкости ряда С₄, увеличивая при этом чувствительность указателя равновесия.

В зависимости от положения переключателя пределов измеренные значения С_х определяются по формуле:

,

где С₀ – емкость образцового конденсатора, пФ; N – множитель переключателя (1 или 0,1); R₃ – отсчет сопротивления на мосте, Ом; R₄ = 10⁴/π = 3183.

Значение подсчитывается по формуле:

,

где С₄ – регулируемая емкость в плече моста R₄, пФ.

Из приведенной формулы видно, что искомые характеристики измеряемого объекта ( ,C_x) определяются по значениям R₃, C₄, R₄ в положении равновесия моста.

В большинстве случаев в эксплуатационных условиях проверяемый объект имеет один наглухо заземленный электрод, например, бак трансформатора, корпус ввода и др. При этом применяют перевернутую схему измерения , в которой точки заземления Э и подачи высокого напряжения меняются местами, рис.11.11. При измерении по перевернутой схеме вся измерительная часть моста (R₃,R₄) находится под высоким напряжением, т.к. напряжение от трансформатора подается на экран моста. Мощность испытательного трансформатора выбирают в зависимости от емкости объекта измерения и определяют по формуле:

,

где U – рабочее напряжение, В; – угловая частота; С_х емкость объекта, Ф.

На результаты измерения оказывают влияние электрические и магнитные поля, которые могут внести значительные погрешности, если не принять меры по их устранению.

Средства контроля изоляции по частотным характеристикам.Средство контроля внутренней изоляции силовых трансформаторов по увлажнению основано на том, что изменение электрической постоянной изоляции приводит к изменению собственной частоты обмотки проверяемого трансформатора. Оно содержит генератор высокочастотных колебаний постоянной частоты 4 (рис.11.12), равной собственной частоте обмотки трансформатора, выпрямительные блоки 5Н и 5В, корректирующий потенциометр 6, операционный дифференциальный усилитель 7 с двумя входами, подключенными к выпрямительным блокам 5Н и 5В, индикатор 9. Устройство подключается к выводам низковольтной обмотки 2Н трансформатора I при помощи соединительного кабеля 3.

Индикатор устройства регистрирует (U₁-U₂') или (U₁-U₂')/U₁. При выдаче индикатором разности (U₁-U₂') последний подключается к выходу операционного дифференциального усилителя (связь показана пунктирной линией). При выдаче отношения напряжения (U₁-U₂')/U₁ индикатор подключается к дифференциальному усилителю через операционный блок отношения двух сигналов 8 (U₁ – напряжение на выходе генератора, U₂' – приведенное напряжение, снятое с обмотки высшего напряжения проверяемого трансформатора).

Блок 5В содержит встроенный резонансный усилитель, настроенный по частоте с генератором устройства. Резонансный усилитель, генератор и операционный блок отношения сигналов собираются на микросхемах. Мощность усилителя и генератора не менее 5 Вт.

Принцип работы устройства следующий. При состоянии внутренней изоляции контролируемого силового трансформатора I, отвечающего нормам технической документации, сигналы с выходов выпрямительных блоков 5В,5Н / / и соответственно /U₁/ равны между собой . Это достигается корректирующим потенциометром 6, учитывающим также влияние температуры воздуха окружающей среды.

Высокочастотный генератор выдает стабилизированное напряжение U₁ фиксированной частоты. Напряжение на выходе операционного дифференциального усилителя в этом состоянии изоляции силового трансформатора равно . Индикатор устройства в этом состоянии будет в нулевом положении.

При состоянии внутренней изоляции контролируемого силового трансформатора, не отвечающего нормам технической документации в связи с его увлажнением или старением независимо как трансформаторного масла, так и твердой изоляции, уровни напряжения U₁ и на выводах выпрямительных блоков с учетом корректировки будут значительно отличаться друг от друга U₁- и на выходе операционного усилителя напряжение будет . На выходе операционного блока, выполняющего операцию отношения и усиления этого отношения, будет (U₁-U₂)/U 0. Степень отклонения напряжения от нулевого значения на индикаторе (визуальный стрелочный милливольтметр) соответствует степени ухудшения изоляции в контролируемом силовом трансформаторе.

Устройство позволяет контролировать состояние изоляции по схемам замера обмотки ВН и НН-бак, обмотки ВН-НН. При увлажнении изоляции диэлектрическая постоянная изменяется до насыщения. Изменение емкости в пределах насыщения изоляции влагой небольшое и показания устройства также незначительны. Устройство предназначено для испытания силовых трансформаторов при снятом рабочем напряжении.

Это средство для контроля изоляции трансформаторов по изменению частотных характеристик в зависимости от состояния изоляции трансформатора было реализовано в отечественных устройствах (А.С.845280 СССР, БИ N25, 1981 г.) впервые. Опытно-экспериментальные испытания устройства в эксплуатационных условиях позволили выявить высокую чувствительность к увлажнению и старению изоляции, которая на порядок выше по сравнению с традиционными средствами по измерению увлажнений мостом Р-5026 (замер - диэлектрических потерь).

Частотные характеристики U₁ = K₁(f), U₂ = K₂(f) для трансформаторов со слоевой обмоткой ТМ-100/10 и ТМ-50/10 кВ приведены на рис.11.13 и 11.14. По этим рисункам можно заключить, что экстремальные точки характеристик U₁ = K₁(f) и U₂ = K₂(f) смещаются по оси частоты в сторону увеличения частоты от степени уменьшения увлажнения внутриобмоточной изоляции, а коэффициент передачи = U₂/U₁ в полосе частот 50-100 кГц достигает 100 и более, в то время как при 50 Гц соответственно равен 0,04. Форма частотных характеристик как для катушечной обмотки, так и для трансформаторов со слоевой обмоткой идентичны, поэтому указанное устройство можно использовать и для трансформаторов больших габаритов.

Недостаток вышеописанного устройства состоит в невозможности контроля состояния изоляции силовых трансформаторов без их вывода из рабочего режима. Поэтому в устройстве (А.С.1357886 СССР, БИ N45, 1987) предусмотрен непрерывный контроль внутренней изоляции силовых трансформаторов без их вывода из рабочего режима, т.е. под рабочим напряжением. Функциональная схема непрерывного контроля внутренней изоляции приведена на рис.11.15.

Устройство работает следующим образом. В электрической сети, куда включен контролируемый трансформатор 3, с помощью посторонних источников генерируются высокочастотные сигналы, источниками которых являются вышеперечисленное оборудование или коммутационные и внутренние перенапряжения. Высокочастотные сигналы с каждой из обмоток проверяемого трансформатора 3 через соответствующие параметрические преобразователи 1 и 2 поступают по высокочастотным кабелям на делители 4 и 6, а с их выходов – на

входы резонансных усилителей 5 и 7, где усиливаются, а затем выпрямляются и фильтруются выпрямителями 9 и 15.

Выпрямленные сигналы поступают с них на входы дифференциально-усилительного блока 10. Результирующий сигнал через последовательно соединенный ключевой элемент 11 и усилитель 12 поступает в исполнительный блок 13, выполненный, например, в виде реле напряжений с самоблокировкой и с задержкой t₂ на срабатывание и сигнализирующий о состоянии изоляции.

Введение формирователей импульсов 8 и 14, выпрямителей с фильтром 9 и 15, ключевого элемента 11, формирователей длительности импульсов 16 и 18 и двухвходного элемента 17 устраняет ложные срабатывания, возникающие при прохождении высокочастотных сигналов с обмотки низкого напряжения на обмотку высокого напряжения. Кроме того, устройство содержит источник высокочастотных сигналов (на рисунке не показан), подключенный к электрической сети, в которую включен объект диагностирования, например, к высоковольтной обмотке силового трансформатора. Такими источниками высокочастотных сигналов могут быть инверторы, дуговые электрические печи, высокочастотные сигналы связи и телемеханики по линиям электропередач, высокочастотные сигналы переходных процессов (ненормальная работа разрядника "шум", коммутации с аппаратами, повреждения-пробой изоляции в сетях, однофазные к.з., включение/отключение мощных потребителей) и другие источники, (за счет нелинейности и ассиметрии в сетях, и т.п.).

В устройстве предусмотрен счетчик интенсивности импульсов 19. При нормальном состоянии изоляции проверяемого трансформатора 3 напряжение, поступающее на вход исполнительного блока 13, равно нулю. При состоянии изоляции контролируемого трансформатора, соответствующем предаварийному состоянию, ее увлажнения, изменяются численные величины емкостных и активных проводимостей схемы замещения проверяемого трансформатора. При этом изменяется уровень прошедшего через трансформатор 3 сигнала соответствующей частоты. Исполнительный блок 13 срабатывает и выдает сигнал о снижении изоляции сверх установленной нормы.

Ключевой элемент 11 открыт, если в объекте диагностирования высокочастотный сигнал не является ложным, т.е. проходит с обмотки высокого напряжения в обмотку низкого напряжения, и устройство на выходе выдает информацию о состоянии изоляции объекта диагностирования. В этом случае импульсы на входы элемента 17 поступают не одновременно, а с интервалом времени задержки . При этом на один из входов элемента 17 поступает импульс меньшей длительности U₁( ), рис. 11.16, а через время задержки t на другой вход элемента 17 поступает импульс большей длительности U₂( ), в результате чего сигнал на выходе элемента 17 отсутствует, ключевой элемент 11 открыт и исполнительный блок выдает информацию о состоянии изоляции объекта.

При наличии в сети ложного высокочастотного сигнала (прохождение указанного сигнала в обратном направлении – с обмотки низкого напряжения в обмотку высокого напряжения) происходит блокировка прохождения сигнала в исполнительном блоке и как следствие блокировка выдачи ложной информации о состоянии объекта. В этом случае после появления на одном из входов элемента 17 импульсов U₂( ) с формирователя 16 длительности импульсов, подключенного со стороны обмотки низкого напряжения трансформатора 3, на другом входе элемента 17 возникает импульс U₁( ) меньшей длительности (рис.11.17), который задерживается по сравнению с первым импульсом на время , определяемое емкостными параметрами изоляции трансформатора 3.

В результате появления на обоих входах элемента 17 двух импульсов и соответственно импульса на управляющем входе ключевого элемента 11 последний закрывается и блокирует срабатывание исполнительного блока 13 и выдачу ложного сигнала на выходе устройства. Это повышает достоверность информации о состоянии изоляции объекта.

На рис.11.15–11.17 обозначены следующие сигналы:

U₁,U₂ – cигналы соответственно с выходов первого 1 и второго 2 параметрических преобразователей;

U₁(f₀),U₂(f₀) – cигналы соответственно с выходов первого 5 и второго 7 резонансных усилителей;

, – сигналы соответственно с первого 9 и второго 15 выпрямителей;

– сигнал с выхода дифференциального блока (10);

, – сигналы соответственно с выходов первого 8 и второго 14 формирователей импульсов;

– время задержки высокочастотного сигнала при его прохождении через обмотки трансформатора.

Для иллюстрации вышеизложенного о возможности использования вместо генератора высокочастотных сигналов высокочастотные сигналы связи и телемеханики при непрерывном контроле изоляции силовых трансформаторов на рис. 11.18 приведены рабочие затухания полезного высокочастотного сигнала и уровни помех для линии 110 кВ длиной 40,7 км, питающую подстанцию с трансформатором ТДТГ-10000/110 кВ (С_экв подстанции 760 пФ, L = 0,3 мГн, провал на частоте f = 264 кГц). Эти сигналы можно использовать как тестовое воздействие для устройств непрерывного контроля состояния изоляции трансформаторов, т.к. на практике применение ВЧ связи берется соотношение полезных сигналов к уровню помех:

Р_шума + Р_помех / Р_шум 26...30 (ДБ/ДБ).

В качестве второго источника высокочастотных сигналов для питания устройства рассмотрим их появление при частичном пробое изоляции в сетях 35 кВ (рис.11.19).

От подстанции П3 до подстанции П1 связь по линии электропередачи осуществляется на частоте 60 кГц. Все фильтры присоединения, обходы, аппаратура связи работают на частоте 60 кГц. Прибор измерения уровня сигналов показал на подстанции на частоте 4 кГц 1 В и тем самым забил полезный сигнал высокочастотной связи. Осциллограмма однофазного замыкания на землю приведена на рис.11.20. Кроме высокочастотных сигналов при перенапряжениях и пробоях изоляции в электрических сетях постоянно присутствуют ВЧ сигналы "шум" или "помеха". Уровни этих ВЧ помех по справочным данным составляют в полосе f=1 кГц для сети 35 кВ – 45 ДБ, 110 кВ – 38 ДБ,220 кВ – 29 ДБ.

Средство контроля изоляции по изменению характеристик волнового процесса. Для оценивания состояния изоляции электрооборудования по волновым процессам разработано устройство, структурная схема которого представлена на рис.11.21. Устройство работает следующим образом: от генератора прямоугольных импульсов ГИ кратковременно подается тестовый сигнал (прямоугольный импульс небольшой длительности) на обмотку электрической машины L. Выходной сигнал с обмотки через входное устройство ВУ подается на аналогоцифровой преобразователь АЦП, от которого поступает на блок измерения периода сигналов БИП и блок измерения амплитуды сигнала БИА. Последние оценивают изменение выходного сигнала, определяемого периодом и амплитудой затухания, которые, в свою очередь, зависят от изменения параметров обмотки, в том числе витковой изоляции. Результаты измерений параметров выводятся на блок цифровой индикации БЦИ.

Проведенные с помощью указанного устройства измерения позволяют выявить изменение состояния витковой изоляции электрических машин с течением времени. Определение границ измеряемых параметров, недопустимых для дальнейшей эксплуатации электрических машин, требует измерений для различных групп электродвигателей.

Контрольные вопросы

1. По каким критериям устанавливаются диагностические признаки ЭУ? Дайте наиболее полный ответ.

Ответы:

а) изменение диэлектрических характеристик;

б) возникновение частичных разрядов;

в) образование продуктов разложения твердой и жидкой изоляции.

2. На каких принципах формируются методы контроля изоляции ЭУ?

Ответы:

а) принцип поляризации диэлектриков;

б) изменение емкостных характеристик диэлектрика;

в) рост тока утечки и проводимости.

3. Какие средства используются для измерения оценок диэлектрических параметров ?

Ответы:

а) мегаомметр;

б) мост постоянного тока;

в) высоковольтный мост переменного тока.

4. Какие средства используются для регистрации инфракрасного излучения, поверхностного разряда в дефектных элементах изоляции ?

Ответы:

а) тепловизоры;

б) прибор "Филин";

в) измерительные штанги.

5. На каких частотах более правильно оценивается состояние изоляции силовых трансформаторов и электродвигателей ?

Ответы:

а) на собственной частоте;

б) на резонансной частоте;

в) в диапазоне частот 100–200 кГц.

ГЛАВА 12

ПОИСК ДЕФЕКТОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ

В ЭЛЕМЕНТАХ ЭУ

Методы поиска дефектов

Метод индикации дефектов по частичным разрядам. Внешними проявлениями процесса частичного разряда (ЧР) в изоляции являются вызванные им импульсы напряжения на объекте и ток переходного процесса в цепи, который из-за недостаточной чувствительности современных приборов пока измерить невозможно, а регистрируются вызванные им быстрые изменения электромагнитного поля.

В основу электрических методов обнаружения ЧР в изоляции положено измерение импульса напряжения на объекте, импульса тока переходного процесса в цепи или излучения от тока ЧР. Импульс тока ЧР также создает импульс давления в окружающей среде, который может быть зарегистрирован акустическим методом. Область применения этого метода – определение места возникновения ЧР в трансформаторе. Широкое распространение получил метод измерения тока переходного процесса во внешней цепи.

Изоляция всего оборудования распределительного устройства высокого напряжения совместно с отходящими линиями может быть представлена в виде сосредоточенной емкости. Ток через эту емкость замыкается по шине заземления корпуса объекта или по шине заземления низкопотенциальной его обкладки (во вводах, трансформаторах тока), из-за чего возникают трудности в селекции ЧР в системе "ВЛ-трансформатор", которые могут генерироваться в изоляции ВЛ, РУ, силовых и измерительных трансформаторах подстанции. Поэтому в настоящее время применяется трудоемкий метод индикации дефектов, связанный с ЧР, с применением дефектоскопов. Измерение с использованием дефектоскопа (узкополосный прибор с индуктивным датчиком) производится посредством поочередной установки на шинах заземления всех диагностируемых структурных единиц, а на ВЛ производят обход линии с дефектным изолятором и по максимальному (амплитудному) значению показания прибора определяют источник ЧР.

Необходимо отметить, что современными измерительными приборами можно регистрировать интенсивность разрядов только в некоронирующей линии электропередач, так как в коронирующей уровень помех на порядок и больше превышает уровень сигналов от ЧР в дефектных изоляторах. Источниками ВЧ колебаний в изоляторах ЛЭП являются трещины, раковины, импульсные или заплывающие пробои, сильные загрязнения с последующим увлажнением, следы перекрытий при атмосферных перенапряжениях и другие дефекты. В перечисленных местах возникают разряды в газовых включениях, которые сопровождаются разрядными импульсами. На возникновение разрядов в газовых включениях значительное влияние оказывают такие атмосферные условия, как температура, влажность. Поэтому параметры "газоразрядных элементов" непрерывно меняются. С учетом сказанного, амплитуда импульсов, их длительность, формы и моменты возникновения должны рассматриваться как случайные величины, распределенные около некоторых средних значений, а анализ структуры составляющих необходимо проводить методом случайных процессов.

Дефектные фарфоровые составные, подвесные и опорные изоляторы, ввиду особенностей процесса ЧР в них, выявляются в настоящее время лишь при непрерывном контроле ЧР, который обеспечивает возможность выявления предаварийного состояния изоляции, если интенсивность ЧР существенно превысит уровень помех. Перед началом индикации дефектов по параметрам ЧР необходимо предварительно определить источники сигналов, которые могут быть внешними от линий электропередач и внутренними в изоляции трансформаторов, спектральный состав которых в некоторых случаях идентичет.

Существуют методы отыскания дефектных изоляторов ВЛ, основанные на том, что в колебательном контуре, имеющем емкостную связь с проверяемым образцом, возбуждаются колебания высокой частоты, характер которых позволяет судить о возникновении дефекта в диагностируемом объекте. На рис. 12.1 приведены данные исследований напряжения помех от напряжения, приложенного к гирлянде при имитации дефекта соответственно на 1-ом, 2-ом и на 3-ем изоляторе гирлянды (для ВЛ-35 кВ), считая сверху. Нижняя кривая выражает зависимость напряжения помех от напряжения на гирлянде при отсутствии дефектного изолятора. На рис.12.2 приведена зависимость напряжения помех от положения дефектного изолятора в гирлянде при неизменном напряжении 28 кВ. Эта зависимость аналогична распределению напряжения по элементам гирлянды. После появления разряда в дефектном изоляторе ход кривых делается скачкообразным, характер изменения которого можно объяснить с помощью осциллограмм демодулированых помех (рис.12.3, рис.12.4), обусловленных разрядами в цепи с гирляндой, имеющей дефектный изолятор. На рис.12.3 даны осциллограммы помех, возбуждающихся искровым разрядником в модели дефектного изолятора при различных напряжениях на гирлянде для симметричного разрядника, а на рис.12.4 для несимметричного разрядника.

Помехи от разряда представляют собой отдельные импульсы, возникающие в течение каждого полупериода. Число импульсов за положительный и отрицательный полупериоды при симметричном разряднике одинаковы и возрастают с ростом напряжения на гирлянде, амплитуда импульсов при этом увеличивается незначительно. Таким образом, с ростом напряжения на гирлянде амплитуда напряжения помех от искрового разряда, имеющего место в гирлянде, будет оставаться почти неизменной, между тем как эффективное значение помех ввиду возрастания числа импульсов на период будет расти. В случае несимметричного разрядника (имеет место в гирлянде при дефектном изоляторе) условия возникновения разряда при положительном полупериоде будут иными, чем при отрицательном полупериоде. Поэтому число и амплитуда импульсов в течение каждого полупериода неодинакова, что и характеризует наличие дефектного изолятора в гирлянде.

Способы амплитудной селекции часто реализуются при применении переносных приборов. В станционарно устанавливаемых приборах для регистрации ЧР и при сложных случаях селекции более целесообразно временное разделение сигналов.

Для линий 6–35 кВ в отличие от ЛЭП более высокого напряжения, которым свойственны гладкие непрерывные помехи, высокочастотные помехи имеют импульсный характер, серии импульсов следуют периодически. Каждый импульс дает спектр колебаний, который выражается рядом:

,

где U_рк – максимальная амплитуда возникновения релаксационных колебаний, равная разности между напряжением зажигания и погасания разряда в газовом включении в дефектном изоляторе; – частота основных колебаний.

Частота всплесков колебаний определяется не только емкостью, но и активным сопротивлением изолятора. При уменьшении последнего частота увеличивается. Экспериментальные замеры с использованием измерителя уровня радиопомех показали, что при наличии дефектных изоляторов в сетях 35 кВ преобладают частоты (частотная структура составляющих напряжения на выходе измерителя) 12–95 МГц, в сетях 10 кВ – 10–70 МГц.

Для наглядности обоснования по использованию параметров ВЧ сигналов как диагностических признаков дефектной изоляции на рис.12.5 приведены данные замеров высокочастотных излучений в начальной стадии формирования пробоя (рис.12.5) и в период предпробоя (рис.12.6).

Спектральная структура колебаний (рис.12.7) дает возможность надежного определения очага ЧР по интенсивности их излучений. Амплитудные значения не вполне надежны для выявления дефектных изоляторов линии из-за их зависимости от увлажнения атмосферными осадками.

Для обнаружения дефекта в трансформаторе, вызывающего ЧР, используются электрические и акустические методы измерений.

При электрическом методе измерения можно найти расстояние от начала обмотки до источника ЧР, определив с помощью осцилографа запаздывание бегущей вдоль провода обмотки волны напряжения по сравнению с первоначальным импульсом ЧР, передающимся через продольную емкость обмотки. Этот метод применим только к нормальным дисковым обмоткам и не может быть использован ни для многослойной обмотки, ни для обмоток с переплетением витков, где составляющая бегущей волны в импульсном напряжении выражена очень слабо. Распространен более простой способ определения рас