Общая характеристика кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Проанализируем влияние места возникновения дефекта внутри изоляции, ближе к земляному электроду, или к высоковольтному на соотношение амплитуд положительных и отрицательных импульсов частичных разрядов.

Для примера возможностей практического  применения амплитудно-фазовых диаграмм, в общем виде, рассмотрим влияние места возникновения дефекта в изоляции высоковольтного оборудования на вид амплитудно – фазового распределения импульсов частичных разрядов. Для большей наглядности проиллюстрируем этот анализ при помощи рисунка В слое изоляции контролируемого оборудования выделим три характерных, наиболее часто встречающихся, места возникновения дефекта:

Точка «1» – вблизи высоковольтного электрода

Точка «2» – внутри слоя высоковольтной изоляции;

Точка «3» – вблизи земляного

электрода.

Все частичные разряды сосредоточены в двух, достаточно узких угловых зонах. Эти зоны располагаются на участках возрастания напряжения питающей сети.

При положительном напряжении все  частичные разряды имеют отрицательную  полярность и сосредоточены в  одной фазовой зоне, до 90 градусов (разряды с амплитудой «А-»). При отрицательном напряжении питающей сети все частичные разряды имеют положительную полярность и сосредоточены в угловой зоне до 270 градусов, (разряды с амплитудой «А+»).

Точка «1», где возник дефект изоляции, соответствует случаю, когда разряд возникает практически на высоковольтном электроде. Это классический коронный разряд, со всеми вытекающими последствиями. На положительной полуволне питающего напряжения импульсы отрицательных разрядов «А-» имеют максимальную интенсивность. На отрицательной полуволне питающего напряжения положительные разряды «А+» имеют существенно меньшую амплитуду.

Точка «3» возникновения дефекта  в изоляции, на рисунке соответствует  случаю, когда частичный разряд возникает  вблизи, или на самом земляном электроде. В этом случае разряды во время положительного питающего напряжения (разряды с амплитудой «А-»), будут меньше, чем разряды во время отрицательной полуволны питающего напряжения (разряды с амплитудой «А+»). Данное распределение импульсов разрядов противоположно, чем при наличии в контролируемом оборудовании коронных разрядов на высоковольтном электроде. На практике это бывает при проблемах в полупроводящих слоях кабельных линий.

 Точка возникновения дефекта  «2» является промежуточным вариантом,  когда разряды возникают в  глубине слоя изоляции. В этом  случае амплитуды разрядов, (зарегистрированных на положительной, и отрицательной полуволне питающего напряжения), будут примерно одинаковыми. Если точка дефекта будет смещаться от центра в ту или иную сторону, будет изменяться соотношение амплитуд импульсов частичных разрядов в контролируемом оборудовании.

Данный анализ иллюстрирует тот  факт, что только по соотношению  интенсивности частичных разрядов  на двух полупериодах питающей сети, можно оперативно и достаточно надежно оценить, на каком участке контролируемой изоляции высоковольтного оборудования происходят частичные разряды, на высоковольтном электроде, или вблизи земляного электрода.

 

 

4.2.5. Дефекты в изоляции. Их моделирование при помощи имитатора частичных разрядов PD Simulator

                                                  Внешний вид имитатора PD Simulator

При помощи имитатора можно оценить амплитудно–фазовое распределение импульсов частичных разрядов, возникающих при 6 различных дефектах высоковольтной изоляции. Все дефекты выполнены в виде отдельных моделирующих ячеек, к каждой из которых подключен свой датчик частичных разрядов, разъем которого выведен на лицевую панель прибора. Ячейки имитируют различные, наиболее распространенные, дефекты высоковольтной изоляции.

Дефект № 1. Частичный разряд между двумя слоями высоковольтной изоляции, «внутренний разряд».

Дефект моделируется при помощи двух изолированных проводников, подключенных к разным выводам высоковольтного трансформатора. Частичный разряд возникает между изоляциями проводников, что эквивалентно разряду внутри изоляции.

- При положительной  полярности питающего напряжения  импульсы частичных разрядов  имеют отрицательную полярность, а при отрицательном напряжении  питающей сети импульсы частичных  разрядов имеют положительную полярность.

 

- Имеет место симметрия амплитуды  и количества частичных разрядов  в изоляции относительно нулевой линии. Интенсивность частичных разрядов одинакова в двух полупериодах питающей сети. Эта симметрия хорошо прослеживается при анализе положительной и отрицательной полуволн питающего напряжения.

- Все частичные разряды располагаются  в двух (симметричных) угловых зонах  напряжения питающей сети –  10 ÷ 20 градусов (190 ÷ 200 градусов  для отрицательного напряжения), и 40 ÷ 90 градусов (220 ÷ 270 градусов  для отрицательного напряжения), относительно фазы питающего  напряжения. Все импульсы сосредоточены  в зонах нарастания амплитуды питающего напряжения. В зонах спадания амплитуды питающего напряжения импульсы, практически полностью, отсутствуют.

- Максимальную интенсивность частичные  разряды имеют в угловых зонах  60 ÷ 75 градусов и 240 ÷ 255 градусов. В этих зонах напряжение еще не достигло максимума, но скорость его нарастания существенно уменьшилась. Очевидно, что можно предположить, что распределение потенциалов в изоляции стабилизировалось с учетом искажения поля вблизи дефектных зон.

Дефект № 2. Частичный разряд между проводником, находящимся под плавающим потенциалом».

Дефект моделируется при помощи металлического элемента, не подключенного ни к одному электроду испытательной установки .

- При положительной  полярности питающего напряжения  импульсы частичных разрядов  имеют отрицательную полярность, а при отрицательном напряжении питающей сети импульсы частичных разрядов имеют положительную полярность.

- Имеет место  симметрия амплитуды и количества  частичных разрядов в изоляции относительно нулевой линии. Интенсивность частичных разрядов примерно одинакова в двух полупериодах питающей сети. В идеальном случае картинки распределения импульсов при двух полярностях напряжения одинаковы, имеющиеся отклонения, в основном, обусловлены типом используемого имитатора дефекта.

- При положительной  полярности питающего напряжения  импульсы частичных разрядов  имеют отрицательную полярность, а при отрицательном напряжении  питающей сети импульсы частичных разрядов имеют положительную полярность.

- Имеет место  симметрия амплитуды и количества  частичных разрядов в изоляции относительно нулевой линии. Интенсивность частичных разрядов примерно одинакова в двух полупериодах питающей сети. В идеальном случае картинки распределения импульсов при двух полярностях напряжения одинаковы, имеющиеся отклонения, в основном, обусловлены типом используемого имитатора дефекта.

- Все частичные  разряды располагаются в двух (симметричных) угловых зонах напряжения  питающей сети – (-)10 ÷ 20 градусов (170 ÷ 200 градусов для отрицательного напряжения), и 30 ÷ 85 градусов (210 ÷ 265 градусов для отрицательного напряжения), относительно фазы питающего напряжения.

- Все импульсы  сосредоточены в зонах нарастания  амплитуды питающего напряжения. В зонах спадания амплитуды питающего напряжения импульсы. Импульсы частичных разрядов имеют место в зонах перехода питающего напряжения через нулевое значение, что для других дефектов не свойственно.

- Еще одним  важным отличительным признаком  дефекта «проводник под плавающим  потенциалом» является то, что  амплитуда импульсов частичных  разрядов практически везде одинакова.  На большинстве практически зарегистрированных  дефектов изоляции такого типа  частичные разряды сосредоточены  в одной или двух амплитудных  зонах, и картина дефекта представляет  собой два отрезка прямой линии,  в зонах 0 ÷ 90 градусов

и 180 ÷ 270 градусов.

Дефект № 3. Поверхностный разряд с «земляного электрода».

Высокое напряжение подключено к изолированному проводнику, смонтированному в виде петли. К «земляному электроду» (на рисунке он рядом с цифрой 3) припаян неизолированный

проводник, который несколько раз, для увеличения зоны контакта, обмотан вокруг изолированного высоковольтного проводника.

- При положительной  полярности питающего напряжения  импульсы частичных разрядов  имеют отрицательную полярность, а при отрицательном напряжении  питающей сети импульсы частичных  разрядов имеют положительную  полярность. Имеющиеся на рисунке  отклонения можно отнести к  погрешности проводимых измерений. 

- Фазовое  распределение импульсов частичных  разрядов имеет аналогичную картину,  как в области положительной,  так и отрицательной полярности  питающего напряжения.

- Амплитудное  распределение импульсов, по полупериодам  питающей сети, пропорционально  несимметрично. Амплитуды всех  импульсов, при отрицательном  напряжении питания, больше, чем амплитуды при положительном напряжении. При каждом фазовом угле импульсы при отрицательном напряжении превышают импульсы при положительном напряжении, примерно в два раза. Этот коэффициент может изменяться в широких пределах, в зависимости от параметров зоны возникновения дефекта. Чем ближе разряд (зона дефекта) к земле, тем выше может быть этот коэффициент.

- Все частичные  разряды располагаются в двух (симметричных) угловых зонах напряжения  питающей сети – 0 ÷ 20 градусов (185 ÷ 200 градусов для отрицательного  напряжения), и 30 ÷ 90 градусов (210 ÷  270 градусов для отрицательного  напряжения), относительно фазы питающего  напряжения. Все импульсы сосредоточены  в зонах нарастания амплитуды питающего напряжения. В зонах спадания амплитуды питающего напряжения имеет место возникновения импульсов небольшой амплитуды в зонах 120 ÷ 135 градусов, и 300 ÷ 315 градусов.

- Максимальную  интенсивность частичные разряды  имеют в угловых зонах 60 ÷  90 градусов и 235 ÷ 270 градусов. В  этих зонах питающее напряжение, еще не достигло максимума, но скорость его нарастания существенно уменьшилась.

       Основной особенностью наличия такого дефекта является больший уровень частичных разрядов при отрицательном напряжении питающей сети.

 

Дефект № 4. «Поверхностный разряд с высоковольтного электрода»

Высокое напряжение от повышающего трансформатора имитатора подключено к болту, отделенному от земляного сферического электрода, имитирующему большую поверхность, изолирующей пластиной.

- При положительной  полярности питающего напряжения импульсы частичных разрядов имеют отрицательную полярность, а при отрицательном напряжении питающей сети импульсы частичных разрядов имеют положительную полярность.

- Фазовое  распределение импульсов частичных  разрядов имеет примерно одинаковую  картину, как в области положительной,  так и отрицательной полярности питающего напряжения.

 

- Амплитудное  распределение импульсов, по полупериодам  питающей сети, имеет ярко выраженную не симметрию. Амплитуды всех импульсов, при положительном напряжении питания, больше, чем амплитуды при отрицательном напряжении. При отрицательном напряжении импульсы значительно, примерно в три раза, меньше, чем при положительном напряжении. Этот коэффициент также определен параметрами нашей ячейки имитатора. В реальных условиях, чем ближе зона дефекта будет приближена к высоковольтному электроду, тем выше может быть этот коэффициент.

- Все импульсы  частичных разрядов сосредоточены  в зонах нарастания амплитуды питающего напряжения. В зонах спадания напряжения импульсов частичных разрядов практически нет. Максимальную интенсивность частичные разряды имеют в угловых зонах 60 ÷ 90 градусов и 235 ÷ 270 градусов. В этих зонах мгновенное значение питающего напряжения еще не достигло максимума, но скорость его нарастания уже существенно уменьшилась.             

        Дефект № 5. «Корона с высоковольтного электрода»

Высокое напряжение от повышающего трансформатора подключено к электроду типа «игла». Земляной проводник большой поверхности  площади имитирует болт со сферической  поверхностью увеличенной площади.

- При положительной  полярности питающего напряжения, зарегистрированные импульсы частичных  разрядов имеют отрицательную  полярность, как и при отрицательном напряжении питающей сети.

- Фазовое  распределение импульсов частичных  разрядов имеет примерно одинаковую  картину, как в области положительной,  так и отрицательной полярности  питающего напряжения.

- Амплитудное  распределение импульсов, по полупериодам  питающей сети, имеет ярко выраженную не симметрию. Амплитуды всех импульсов, при положительном напряжении питания, многократно больше, чем амплитуды при отрицательном напряжении.