Устройство измерения частичных разрядов с учетом влияния источника питания, включенное в ветви заземления объекта испытаний

Полезная модель относится к области электроэнергетики, более конкретно к устройствам для измерения частичных разрядов (ЧР), позволяющим контролировать состояние изоляции высоковольтного электрооборудования.
Аналогом является устройство для измерения характеристик частичных разрядов включенное в ветви заземления объекта испытаний, описанное в ГОСТ 20074-83 «Метод измерения характеристик частичных разрядов» и в стандарте EN/IEC 60270 под названием "High voltage Test Techniques - Partial Discharge measurements" («Технологии высоковольтных испытаний Измерения частичных разрядов», 2000). Данное устройство состоит из датчика (высокочастотного трансформатора тока); измерительного прибора; фильтра частот которых соединяется через высоковольтный кабель.
Аналогом является устройство для обнаружения частичных разрядов (RU 2553281 С1, МПК G01R 31/00 G01R 31/02, H01H 9/50 опубл. 10.06.2015), включающее высоковольтный источник питания постоянного тока, параллельно которому подключен высоковольтный конденсатор через одно из положений коммутационного ключа. Через другое положение коммутационного ключа к конденсатору подключен испытуемый объект, к которому подключен датчик, который через экранированный провод связан с осциллографом. Источник питания постоянного тока, конденсатор и датчик соединены в общую точку и заземлены. В качестве датчика использован малоиндуктивный резистор.
paз
Недостатками вышеперечисленных аналогов является отсутствие учета влияния индуктивности «развязки» L между источником питания и испытуемым объектом (ИО), что оказывает влияние на искажение сигнала от ЧР несущего информацию о дефекте в изоляции.
Lpaз
ЧР
Прототипом является устройство для контроля характеристик частичных разрядов (Патент RU 178684 U1, МПК G01V 1/00, G01N 29/00 опубл. 04.17.2018), содержащее высоковольтный конденсатор, фильтр высоких частот, регистрирующий прибор, который состоит из усилителя сигнала, осциллографа и преобразовательного блока, который состоит из несколько элементов: элемент определения индуктивности развязки (Lраз), элемент определения измеряемого сигнала от ЧР при влиянии источника питания (броска напряжения) (dU), элемент определения корректирующего коэффициента ЧР (K) и элемент определения величины сигнала от ЧР (броска напряжения при возникновении ЧР) с отсутствием влияния источника питания (du). Все элементы в устройстве соединяются между собой измерительным (коаксиальным) кабелем. Недостаток данного устройства заключается в том что, его можно использовать только для контроля изоляции, когда измерительное устройство присоединяется к высоковольтному электроду испытуемого объекта через высоковольтный конденсатор, где регистрируется заниженный сигнал от ЧР (броска напряжения).
раз
paз
paз
paз
На практике при измерении частичных разрядов, когда измерительное устройство подключено в ветви заземления объекта испытаний часто наблюдается колебательная затухающая форма сигнала от ЧР и апериодическая форма сигнала от ЧР. Описание причин наблюдения таких сигналов от ЧР указное в работе [Ба Бораик А.М., Усачев А.Е., Кубарев А.Ю. Влияние параметров схемы регистрации на форму и амплитуду частичных разрядов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2017. - №1-2. - С. 127-136.]. В этой работе показано, что при измерение сигналов от ЧР через измерительное устройство во вторичной ветви высокочастотного трансформатора тока (ВЧТТ), включенного последовательно со стороны земли с объектом испытания, в спектре сигнала от ЧР присутствует две составляющие: апериодическая, несущая информацию о дефекте, и периодическая, представляющая собой затухающие колебания переходного процесса, возникающего при изменении емкости объекта испытания при возникновении ЧР. При малом расстоянии (малая индуктивность «развязки» L) между источником питания и испытуемым объектом наблюдается колебательная затухающая форма сигнала от ЧР, а при большом расстояние (большая индуктивность «развязки» L) наблюдается апериодическая форма сигнала от ЧР. В данной работе показана зависимость амплитуды первого экстремума сигнала от ЧР от индуктивности «развязки» L, где доказано, что амплитуда 1-го экстремума существенно зависит от L. Если форма сигнала от ЧР имеет вид колебательного процесса, то это означает, что амплитуда от ЧР первого экстремума завышена, а значит, несет искаженную информацию о дефекте в изоляции.
Таким образом, необходимо разработать устройство, которое позволит учесть влияние источника питания при измерении сигналов от ЧР через измерительное устройство во вторичной ветви высокочастотного трансформатора тока (ВЧТТ), включенного последовательно со стороны земли с объектом испытания.
Задачей данной полезной модели является разработка устройства измерения частичных разрядов, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом является повышение надежности и информативности о состоянии изоляции высоковольтного электрооборудования и обеспечения энергетической эффективности и безопасности эксплуатации испытуемых объектов методом частичных разрядов за счет учета влияния индуктивности «развязки» на форму и величину сигнала от ЧР при оперативном контроле высоковольтной изоляции электрооборудования сосредоточенными параметрами через измерительное устройство во вторичной ветви высокочастотного трансформатора тока (ВЧТТ), включенного последовательно со стороны земли с объектом испытания.
paз
ЧР
Lpaз
Lраз
Технический результат достигается тем, что устройство измерения частичных разрядов с учетом влияния источника питания содержащее регистрирующий прибор, который состоит из усилителя сигнала, осциллографа и преобразовательного блока, содержащего элемент определения индуктивности развязки (L), элемент определения корректирующего коэффициента ЧР (К) и элемент определения величины сигнала от ЧР с отсутствием влияния источника питания (di), согласно настоящей полезной модели, данное устройство включено в ветви заземления объекта испытаний через высокочастотный трансформатор тока, а величина сигнала от ЧР (броска тока) при влиянии источника питания di измеряется в элементе определения повышенного сигнала от ЧР, входящего в состав преобразовательного блока, при влиянии источника питания (di) по следующей формуле:
(-6)
(0)
paз
paз
где di=411 мА, di=76 мА, х0=-4.2 и dx=0.42 - постоянные коэффициенты и (L) десятичный логарифм индуктивности L.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства.
Обозначения на чертеже:
1 -Клеммы высокочастотного трансформатора тока.
2 - Высокочастотный трансформатор тока.
3 - Регистрирующий прибор.
4 - Усилитель сигнала.
5 - Осциллограф.
6 - Преобразовательный блок.
7 - Элемент определения индуктивности развязки.
8 - Элемент определения повышенного измеряемого сигнала от ЧР при влиянии источника питания.
9 - Элемент определения корректирующего коэффициента ЧР.
10 - Элемент определения величины сигнала от ЧР с отсутствием влияния источника питания.
Испытуемый объект (условно на чертеже не показан) соединен с предлагаемым устройством посредством клемм высокочастотного трансформатора тока.
paз
Lpaз
ЧР
Устройство измерения частичных разрядов с учетом влияния источника питания содержит высокочастотный трансформатор тока 2, регистрирующий прибор 3, который состоит из усилителя сигнала 4, осциллографа 5 и преобразовательного блока 6, который состоит из несколько элементов: элемент определения индуктивности развязки 7 (L), элемент определения повышенного измеряемого сигнала от ЧР при влиянии источника питания (броска тока) 8 (di), элемент определения корректирующего коэффициента ЧР 9 (К) и элемент определения величины сигнала от ЧР (броска тока при возникновении ЧР) с отсутствием влияния источника питания 10 (di). Все элементы в устройстве соединяются между собой измерительным (коаксиальным) кабелем.
ЧР
paз
раз
paз
Предлагаемое устройство обладает преимуществом, которое заключается в учете коэффициента ЧР (K), представляющего собой отношение броска тока при отсутствии влияния источника питания (большая L) к броску тока при влиянии источника (малая L). Признаком сильного влияния источника предлагается считать колебательную форму ЧР. Влиянием источника можно пренебречь при больших L (апериодическая форма ЧР).
Работает устройство следующим образом:
1. Измерительное устройство присоединяется в ветви заземления испытуемого объекта через клеммы высокочастотного трансформатора тока. При возникновении ЧР в испытуемом объекте сигналы поступают через высокочастотный трансформатор тока 2 и, где блокируются частоты основного питания 50/60 Гц (шумы) и пропускаются только высокочастотные сигнал от ЧР, благодаря использованию в конструкции высокочастотного сердечника, в выходном сигнале ВЧТТ отсутствуют токи промышленной частоты 50 герц, ВЧТТ на них не реагирует. В выходном сигнале ВЧТТ присутствуют только сигналы от высокочастотных импульсов, протекающих по контролируемой ветви заземления высоковольтного устройства, в основном обусловленные импульсами частичных разрядов в изоляции. Диапазон частот для ВЧТТ составляет от 0,2 до 10 МГц. Этого диапазона достаточно для систем регистрации импульсов частичных разрядов в высоковольтном оборудовании.
изм
2. сигнал от ЧР подается на вход регистрирующего прибора 3 на усиление с помощью усилителя 4. Затем усиленный сигнал поступает в осциллограф 5. В осциллографе 5 регистрируются основные характеристики сигналов (броска тока) от ЧР (амплитуда di и длительность сигнала от ЧР). Регистрируемые сигналы от ЧР поступают в преобразовательный блок 6;
paз
3. в элементе 7 преобразовательного блока 6 определяется индуктивности развязки L по известной емкости испытуемого объекта С и измеренному периоду колебательного процесса Т с помощью формулы:
Lpaз
4. в элементе 8 преобразовательного блока 6 определяется величина сигнала от ЧР (броска тока) при влиянии источника питания di по следующей формуле:
(-6)
(0)
раз
paз
=
где di=411, di76 мА, х0=-4.2 и dx=0.42. - постоянные коэффициенты и (L) десятичный логарифм найденной индуктивности L по формуле 1;
5. поскольку величина сигнала от «кажущегося» частичного разряда (броска тока) в модели многослойной изоляции с дефектом определяется при отсутствии связи между источником питания и ИО, то в элементе 9 преобразовательного блока 6 определяется корректирующий коэффициент ЧР по следующей формуле:
(0)
Lpaз
где di - величина сигнала от ЧР (броска тока) при отсутствии источника питания di - величина сигнала от ЧР (броска тока) при влиянии источника.
изм
ЧР
изм
ЧP
6. величина сигнала от ЧР (броска тока) при возникновении ЧР с «отключенным» источником питания, которая используется для определения величины сигнала от «кажущегося» частичного разряда, в элементе 10 преобразовательного блока 6 определяется произведением измеренного значения di на K: di=diK.
Таким образом, с помощью предлагаемого устройства исключается влияние источника питания на результаты измерений сигнала от ЧР, т.е. где мы бы не измеряли, мы получаем чистый неискаженный (не завышенный) сигнал, несущий информацию о дефекте.