СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ В ПОЛИМЕРНОЙ КАБЕЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ
METHOD OF RECORDING ELECTRIC PARTIAL DISCHARGES IN POLYMER CABLE INSULATION

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для контроля электрических частичных разрядов (ЧР) в полимерной кабельной изоляции с использованием рентгеновского излучения электрических частичных разрядов (РИЭЧР).
Электрические частичные разряды в полимерной кабельной изоляции являются одной из основных причин электрического старения и выхода из строя силовых кабелей высокого и среднего напряжения. Под действием заряженных частиц и ионизирующего излучения РИЭЧР в полимерных кабельных диэлектриках развиваются процессы сшивки, радиационной и термоокислительной деструкции, образуются дендриты и области резкой неоднородности электрического поля. Все эти процессы, связанные с действием ЧР, в конечном результате заканчиваются тепловым пробоем полимерной кабельной изоляции и выходом кабеля из строя.
Известен импульсно-индукционный способ отыскания места электрического пробоя изоляции силовых кабелей с защитой от индустриальных помех /Заявка РФ №2005106142, G01R 1/00, 2006 г./, включающий создание высоковольтных разрядов в поврежденном кабеле, регистрацию электромагнитных волн, излучаемых кабелем во время разряда, преобразование сигнала, сравнение исследуемого сигнала с образцовым сигналом, присущим высоковольтным разрядам в поврежденном кабеле, предварительно записанным в память прибора в месте, где сигнал от разрядов в кабеле превосходит уровень помех, регистрируют моменты времени возникновения разрядов, о времени возникновения разрядов сообщают той части устройства, которая находится на трассе в месте предполагаемого повреждения, в качестве сетки времени используют меняющийся во времени сигнал независимого генератора.
Известны способы и устройства для обнаружения места возникновения частичных разрядов, основанные на использовании акустических методов /Шваб А. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения. - 2-е изд., перераб. и доп. Пер. с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - с.229/. При этом используются микрофоны или датчики и геометрическая триангуляция для определения места возникновения частичного разряда. Устройство для обнаружения частичных разрядов акустическим методом /Сви П.М. Контроль изоляции оборудования высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1988. с.99/ состоит из первичного преобразователя (датчика) и измерительного прибора, содержащего фильтр и индикатор. Фильтр подавляет помехи и пропускает ультразвуковые частоты более 30 кГц. В качестве индикаторов применяются пиковые вольтметры и осциллографы.
Известен способ высоковольтных испытаний изоляции трехфазного КРУЭ /Патент РФ №2063642, G01R 31/12, 1996 г./, в котором при испытаниях дополнительно измеряют характеристики ЧР при поочередном приложении к одному из фазных токопроводов испытательного напряжения и разземленном состоянии одного или двух других токопроводов, определяют распределения напряженности неискаженного дефектом электрического поля у поверхности токопроводов и корпуса при значениях испытательных напряжений, равных напряжениям возникновения ЧР, при этом о местоположении дефекта судят по совпадению значений напряженности электрического поля у соответствующих распределений как минимум при двух различных схемах включения.
Ближайшим аналогом является способ обнаружения частичного разряда в полимерной кабельной изоляции, который применяется в кабельном производстве, в котором используют узкополосный и широкополосный, радиотехнический метод регистрации электромагнитных колебаний частичного разряда радиочастотного диапазона с помощью индикаторов частичного разряда /Койков С.Н., Цикин А.Н. Электрическое старение твердых диэлектриков и надежность диэлектрических деталей. Л., "Энергия", 1968, с.85/.
Индикаторами ЧР являются электромагнитные сигналы, возникающие от кабеля, находящегося под высоковольтным постоянным или переменным напряжением. Например, все силовые кабели высокого и среднего напряжения производства ОАО Иркутсккабель подвергаются диагностике уровня ЧР с использованием сложного и дорогостоящего в эксплуатации индикатора ЧР производства США. Только для обслуживания такого индикатора ЧР в штатном расписании завода предусматриваются должности не менее 2 человек с высшим инженерно-техническим образованием. С учетом этого становится ясно, что диагностика ЧР кабельной изоляции - это технически сложный и дорогостоящий процесс.
При измерении характеристик ЧР обычно определяют кажущийся заряд q и количество импульсов ЧР в секунду n.
Основным недостатком использования электромагнитного индикатора ЧР является его высокая стоимость, невозможность точной (в пределах нескольких мкм) локализации ЧР в объеме кабельной изоляции и сильное влияние на результаты измерений электромагнитных помех от высоковольтного источника напряжения.
Обычно в практике кабельного производства проверке на интенсивность ЧР подвергается достаточно длинный отрезок кабеля, и используя существующий индикатор ЧР, не удается выявить конкретное место локализации ЧР в сравнительно небольшом объеме кабельной изоляции, если не резать кабель на отдельные куски. Резка кабеля не всегда бывает целесообразной в силу дороговизны кабельной продукции.
Другой существенный недостаток способа регистрации ЧР с помощью электромагнитного индикатора ЧР заключается в его низкой помехозащищенности. Спектр излучаемых частот ЧР достаточно широкий и при этом для целей измерения n и q приходится использовать фильтр вполне определенного частотного диапазона, при этом некоторые ЧР, находящиеся вне этого частотного диапазона, могут быть просто не зарегистрированы. И наоборот, электромагнитным индикатором ЧР могут быть зарегистрированы совершенно посторонние ЧР, которые развиваются не в кабельной изоляции и не связаны с ее дефектностью, обусловленные внешними газовыми разрядами, которые не представляют никакой опасности для кабельной изоляции. Эти внешние, связанные с помехами ЧР при измерениях электромагнитным индикатором ЧР невозможно отделить от внутренних ЧР или устранить полностью, и они определяют постоянный уровень помех при измерениях ЧР с использованием электромагнитного индикатора ЧР.
При испытаниях кабели, в изоляции которых могут происходить внутренние ЧР, входят в состав электрического контура.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, обладающего высокой помехозащищенностью, поскольку используется рентгеновский диапазон частот и для регистрации ЧР в нем применяются измерительные средства (электронные дозиметры рентгеновского излучения и фото дозиметры), не чувствительные к электромагнитным помехам.
Поставленная задача достигается тем, что в способе регистрации электрических частичных разрядов в полимерной кабельной изоляции, включающем подачу высоковольтного переменного или импульсного испытательного напряжения на центральную токопроводяшую жилу испытуемого кабеля и измерение характеристик индикатора частичного разряда, развивающегося в кабельной изоляции, на изоляцию кабеля наносят тонкий заземляемый электрод из алюминиевой фольги, а в качестве измеряемой характеристики индикатора частичного разряда используют интенсивность рентгеновского излучения электрических газовых разрядов, проходящего через нанесенный электрод.
Способ осуществляется следующим образом.
Общая схема реализации способа представлена на Фиг.1, где 1 - токопроводящая жила электрического кабеля; 2 - полимерная кабельная изоляция с газовыми порами; 3 - заземляемый внешний электрод из тонкой алюминиевой фольги; 4 - газовая пора (источник рентгеновского излучения ЧР), 5 - фотоэлектронный умножитель - ФЭУ электронного дозиметра рентгеновского излучения или рентгеновская фотопленка.
Определение места локализации ЧР и их интенсивности по предлагаемому способу производят следующим образом.
На полимерную изоляцию 2 испытуемого кабеля накладывают металлический заземляемый электрод 4 из тонкой алюминиевой фольги {тонкая алюминиевая фольга 10 мкм достаточно хорошо пропускает тормозное рентгеновское излучение газового разряда, которое всегда сопровождает частичные разряды в газовых порах 4}. Вблизи поверхности заземляемого алюминиевого фольгового электрода или непосредственно на его поверхности располагают электронный дозиметр рентгеновского излучения (например, ДРГ3-04) или чувствительную к рентгеновскому излучению фотопленку. Электронный дозиметр рентгеновского излучения или чувствительная к рентгеновскому излучению фотопленка на фольговом электроде позволяют зарегистрировать интенсивность рентгеновского излучения ЧР и локализовать место расположения ЧР в полимерной кабельной изоляции. Токопроводящая жила кабеля ТПЖ 1 подключается к высоковольтному источнику переменного или импульсного напряжения, которое постепенно увеличивается до достижения интенсивного уровня рентгеновского излучения ЧР (если таковые имеются). Обычно это напряжение не превышает 80 кВ. Если при достижении переменного или импульсного напряжения на ТПЖ значения 80 кВ рентгеновское излучение от выбранного участка кабеля отсутствует, то это означает, что на этом участке кабельной изоляции отсутствуют частичные разряды. И, наоборот, регистрируя с помощью электронного дозиметра и фотографируя на рентгеновскую пленку тормозное рентгеновское излучение от кабельной изоляции предлагаемым способом, можно определить локализацию и интенсивность электрических ЧР в полимерной кабельной изоляции.
Пример.
На участок поверхности силового кабеля АВВГ с ПВХ изоляцией наложен тонкий заземляемый электрод из алюминиевой фольги толщиной 10 мкм. Поверх этой фольги, служащей заземляемым электродом, наматывают слой рентгеновской фотопленки чувствительностью 400 ед., снаружи защищенный от засветки. На токопроводящую жилу кабеля АВВГ подают высокое переменное напряжение - 40 кВ. Кабель выдерживают под напряжением 20 минут. Внутри изоляции кабеля АВВГ имеются газовые поры - источники ЧР. Под действием высокого напряжения в газовых порах возникают частичные электрические разряды, излучающие рентгеновское излучение. Рентгеновское излучение ЧР после определенного времени экспозиции засвечивает отдельные участки рентгеновской фотопленки с определенной интенсивностью.
На Фиг.2 показана рентгеновская фотография излучения частичного разряда в поливинилхлоридной изоляции кабеля АВВГ, по которой можем судить о местах локализации и об интенсивности ЧР в электрической кабельной изоляции.
В отличие от существующих, предлагаемый способ регистрации ЧР обладает высокой помехозащищенностью, поскольку использует рентгеновский диапазон частот и для регистрации ЧР в нем применяются измерительные средства - (электронные дозиметры рентгеновского излучения и фотодозиметры), не чувствительные к электромагнитным помехам. Также способ позволяет локализовать и определить место расположения ЧР в самых небольших объемах полимерной кабельной изоляции. Область локализации ЧР определяется геометрическими размерами приемника рентгеновского дозиметра при регистрации рентгеновского излучения ЧР электронным дозиметром или степенью зернистости фоточувствительного слоя рентгеновской фотопленки при регистрации рентгеновского излучения ЧР с помощью рентгеновской фотопленки.