Устройство измерения частичных разрядов с учетом влияния источника питания

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 ветвь заземления высоковольтного конденсатора, 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 конденсатора связи (высоковольтного конденсатора); измерительного прибора; фильтра частот которых соединяется через высоковольтный кабель.
Аналогом является устройство для измерения частичных разрядов (SU 1190309 А1, МПК G01R 31/00 опубл. 07.11.1985), включающее датчик частичных разрядов, расположенный внутри электростатического экрана, и электрический кабель, предназначенный для передачи сигнала от датчика частичных разрядов к внешнему измерительному устройству.
Прототипом является устройство для контроля характеристик частичных разрядов (Патент RU 2019850, МПК5 G01R 31/12, опубл. 15.09.1994), содержащее испытательный трансформатор, высоковольтный конденсатор, фильтры высоких частот, измерительный кабель и регистрирующий прибор.
раз
Недостатками вышеперечисленных аналогов и прототипа 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.
раз
раз
раз
раз
На практике при измерении частичных разрядов, когда измерительное устройство подключено в ветви заземления высоковольтного конденсатора 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. Моделирование процесса возникновения частичного разряда в компьютерной среде // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - №9-10. - С. 25-30]. В этой работе показано, что при измерение сигналов от ЧР через регистратор в цепи высоковольтного конденсатора, включенного со стороны высокого напряжения объекта испытаний, 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 первого экстремума занижена, а значит несет искаженную информацию о дефекте в изоляции.
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.
раз
Lраз
Технический результат достигается тем, что устройство измерения частичных разрядов с учетом влияния источника питания, содержащее высоковольтный конденсатор, фильтры высоких частот и регистрирующий прибор, согласно настоящей полезной модели, регистрирующий прибор состоит из усилителя сигнала, осциллографа и преобразовательного блока, который состоит из нескольких элементов: элемент определения индуктивности развязки (L), элемент определения измеряемого сигнала от ЧР при влиянии источника питания (dU), элемент определения корректирующего коэффициента ЧР (КЧР) и элемент определения величины сигнала от ЧР с отсутствием влияния источника питания (du).
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства.
Обозначения на чертеже:
1 - Клеммы высоковольтного конденсатора.
2 - Высоковольтный конденсатор емкостью 80 пФ.
3 - Фильтр высоких частот.
4 - Регистрирующий прибор.
5 - Усилитель сигнала.
6 - Осциллограф.
7 - Преобразовательный блок.
8 - Элемент определения индуктивности развязки.
9 - Элемент определения измеряемого сигнала от ЧР при влиянии источника питания.
10 - Элемент определения корректирующего коэффициента ЧР.
11 - Элемент определения величины сигнала от ЧР с отсутствием влияния источника питания.
Испытуемый объект (условно на чертеже не показан) соединен с предлагаемым устройством посредством клемм высоковольтного конденсатора.
раз
Lраз
ЧР
Устройство измерения частичных разрядов с учетом влияния источника питания содержит клеммы высоковольтного конденсатора 1, высоковольтный конденсатор 2, фильтр высоких частот 3, регистрирующий прибор 4, который состоит из усилителя сигнала 5, осциллографа 6 и преобразовательного блока 7, который состоит из несколько элементов: элемент определения индуктивности развязки 8 (L), элемент определения измеряемого сигнала от ЧР при влиянии источника питания (броска напряжения) 9 (dU), элемент определения корректирующего коэффициента ЧР 10 (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.
ЧР
раз
раз
раз
Предлагаемое устройство обладает преимуществом, которое заключается в учете коэффициента ЧР (K), представляющего собой отношение броска напряжения при отсутствии влияния источника питания (большая L) к броску 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 к высоковольтному электроду испытуемого объекта через высоковольтные клеммы 1. При возникновении ЧР в испытуемом объекте сигналы поступают через высоковольтный конденсатор 2 и фильтр высоких частот 3, где блокируются частоты основного питания 50/60 Гц (шумы) и пропускаются только высокочастотные сигнал от ЧР;
изм
2. сигнал от ЧР подается на вход регистрирующего прибора на усиление с помощью усилителя 5. Затем усиленный сигнал поступает в осциллограф 6. В осциллографе 6 регистрируются основные характеристики сигналов (броска напряжения) от ЧР (амплитуда du и длительность сигнала от ЧР). Регистрируемые сигналы от ЧР поступают в преобразовательный блок 7;
раз
3. в элементе 8 преобразовательного блока 7 определяется индуктивности развязки L по известной емкости испытуемого объекта С и измеренному периоду колебательного процесса Т с помощью формулы:
Lраз
4. в элементе 9 преобразовательного блока 7 определяется величина сигнала от ЧР (броска напряжения) при влиянии источника питания dU по следующей формуле:
(-6)
(0)
0
раз
где (dU=0.128 В, dU=6.4 В, Х=-3.39 и dx=0.48) - постоянные коэффициенты и lg(Lpa3) десятичный логарифм найденной индуктивности L по формуле 1;
5. поскольку величина сигнала от «кажущегося» частичного разряда (броска напряжения) в модели многослойной изоляции с дефектом определяется при отсутствии связи между источником питания и ИО, то в элементе 10 преобразовательного блока 7 определяется корректирующий коэффициент ЧР по следующей формуле:
(0)
Lраз
где dU - величина сигнала от ЧР (броска напряжения) при отсутствии источника питания dU - величина сигнала от ЧР (броска напряжения) при влиянии источника.
изм
ЧР
изм
ЧР
6. величина сигнала от ЧР (броска напряжения) при возникновении ЧР с «отключенным» источником питания, которая используется для определения величины сигнала от «кажущегося» частичного разряда, в элементе 11 преобразовательного блока 7 определяется произведением измеренного значения du на K: du=duK.
Таким образом, с помощью предлагаемого устройства исключается влияние источника питания на результаты измерений сигнала от ЧР, т.е. где мы бы не измеряли, мы получим чисто неискаженной сигнал, несущий информации о дефекте.