ДАТЧИК ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в средствах контроля технического состояния высоковольтного оборудования, в частности, при эксплуатации и испытаниях электростанций и подстанций, а также другого высоковольтного электрооборудования.
Известно устройство для измерения характеристик частичных разрядов (ГОСТ 20074-83 «Метод измерения характеристик частичных разрядов»). Высокочастотный сигнал в известном устройстве поступает на измеритель через конденсатор, который подключается к высоковольтному выводу контролируемого объекта. В частности, такое подключение используется при измерениях на турбогенераторах, в корпусе которого размещают высоковольтный конденсатор. Установка или подключение устройства для измерения характеристик частичных разрядов в этих случаях предполагает обязательную процедуру отключения и разборки электрооборудования на время, необходимое для осуществления этих операций. Кроме того, размещение внутри генератора высоковольтного конденсатора обуславливает необходимость внесения изменения в конструкцию контролируемого электрооборудования и приводит к снижению эксплуатационной надежности.
В качестве прототипа принят датчик частичных разрядов, используемый в устройстве для измерения частичных разрядов в газоизолированной, закрытой в металлическом корпусе высоковольтной установке. Датчик частичных разрядов выполнен в виде расположенной на внутренней поверхности металлического корпуса кольцевой щелевой антенны, кольцевая щель которой определена пластинчатым электродом, который с электрической изоляцией вставлен в предусмотренное для фланцевой насадки металлического корпуса отверстие металлического корпуса, с ведущим к измерительному прибору коаксиальным измерительным кабелем и с соединяющей кольцевую щелевую антенну и
коаксиальный измерительный кабель и сужающейся переходной линией с несущим электрод и ведущим к экранированному проводнику измерительного кабеля внутренним проводником и с ведущим к экрану измерительного кабеля наружным проводником, при этом фланцевая насадка сужается в виде воронки между отверстием и несущим ее фланцем, и ее внутренняя поверхность образует первый участок наружного проводника переходной линии (RU 96103888, G01R 31/333, 20.05.98). Известный датчик частичных разрядов обладает высокой чувствительностью и надежностью. Однако конструкция датчика не позволяет оперативно устанавливать его на металлическом корпусе объекта контроля и, следовательно, быстро производить измерения частичных разрядов.
Технический результат заключается в создании простой конструкции датчика частичных разрядов с высокой стабильностью параметров выходных сигналов и снижении низкочастотной границы полосы пропускания.
Технический результат достигается тем, что в датчике частичных разрядов чувствительный элемент выполнен в виде одинаковых металлических пластин, установленных с зазором между торцевыми частями узких сторон пластин, пластины зафиксированы на подложке, толщина которой соизмерима или превышает толщину пластины, подложка выполнена из материала, у которого диэлектрическая и магнитная проницаемости выбраны из условия, что их произведение ε·μ>30.
Подложка в датчике частичных разрядов выполняется с использованием магнитного материала.
Подложка может быть выполнена из магнитной резины.
На чертеже (рис.1) приведено схематичное изображение датчика частичных разрядов. На рис.2 показано размещение датчика частичных разрядов на поверхности корпуса высоковольтного оборудования.
Датчик частичных разрядов содержит одинаковые металлические пластины 1, 2 (в частности, прямоугольной формы), которые установлены с зазором δ между торцевыми частями 3, 4, узких сторон пластин 1, 2, и зафиксированы на подложке 5, толщина которой соизмерима или превышает
толщину пластины 1 (2). Подложка 5 выполнена из материала, у которого диэлектрическая и магнитная проницаемости выбраны из условия, что их произведение ε·μ>30. Выполнение этого условия позволило снизить низкочастотную границу полосы пропускания датчика.
Подложка 5 выполнена с использованием магнитного материала. В частности, подложка 5 выполнена из магнитной резины. К пластинам 1, 2 подключен коаксиальный измерительный кабель 6 для съема сигнала с датчика.
c
ш
Известно, что высокочастотная электромагнитная волна, возникающая в результате частичного разряда, имеет частотный диапазон 1÷100 Мгц, с максимумом энергии в интервале 10÷20 Мгц. Для получения высокой чувствительности и высокого значения отношения фиксируемого полезного сигнала U к амплитуде шумов U необходимо выполнить чувствительный элемент таким образом, чтобы его частотные характеристики соответствовали диапазону фиксируемого сигнала. Для этого необходимо подобрать геометрические размеры чувствительного элемента. В связи с этим площадь металлических пластин выбирают из условия обеспечения ими функции фильтра с частотными характеристиками, соответствующими характеристикам измеряемого сигнала. В этом случае датчик с функцией фильтра будет иметь повышенную помехозащищенность и обеспечивать максимальную чувствительность.
7
Датчик предназначен для установки на сравнительно плоские поверхности, включая колокол трансформатора, щит турбогенератора. На рис.2 приведен пример размещения датчика частичных разрядов на поверхности корпуса 7, в котором установлено высоковольтное оборудование. Создание постоянной геометрии между корпусом электрооборудования, на который устанавливается датчик, и измерительными пластинами - (металлические пластины 1, 2 прямоугольной формы) обеспечивается использованием специального пластика, который образует на поверхности корпуса электрооборудования "виртуальный" плоский конденсатор связи. Наличие в рабочем зазоре (емкости С) материала, например "Magnetic CVG" с индукцией - 2400 Гс и коэрцитивной силой Нк=2700 А/м и удельным сопротивлением 10 Ом·см и высокой диэлектрической проницаемостью позволяет в этом объеме концентрировать плотность распространяющейся электромагнитной волны от импульса частичного разряда.
Это создает фиксируемую разность потенциалов, которая и будет являться сигналом о наличии и интенсивности частичного разряда.
Датчик предложенной конструкции закрепляют на металлическом корпусе 7 объекта контроля с помощью подложки 5 (пластика с ферритовым наполнителем. выполняющим роль постоянного магнита и выполненного в виде листа заданных размеров, толщина d которого соизмерима с толщиной чувствительного элемента (металлических пластин 1, 2) датчика). Выполнение подложки 5 из материала с ферритовым наполнителем позволяет осуществлять оперативную установку датчика частичных разрядов в любом выбранном для контроля месте на металлическом корпусе 7 объекта контроля, не используя при этом каких-либо дополнительных средств крепления, т.к. удержание датчика на поверхности металлического корпуса 7 объекта контроля обеспечивается за счет магнитных свойств материала подложки. Использование для подложки материала с высоким значением ε·μ позволило снизить низкочастотную границу полосы пропускания датчика, что в свою очередь позволяет повысить достоверность регистрации датчиком частичных разрядов. Фиксация металлических пластин 1, 2 на подложке может быть осуществлена любыми известными средствами, в частности они могут быть зафиксированы с помощью клея. Установленные и зафиксированные на поверхности подложки металлические пластины 1, 2 прямоугольной формы образуют "виртуальный" соединительный конденсатор. Емкость этого конденсатора имеет постоянное значение при любых перестановках датчика, на любую поверхность корпуса электрооборудования, т.к. толщина резины d всегда постоянна с точностью ±0,5%. Следовательно, величина емкости С всегда постоянна с точностью ±0,5%. Это означает, что коэффициент передачи такого датчика также будет всегда постоянным. Таким образом, предложенная конструкция датчика позволяет получать неизменную соединительную емкость С, хороший и неизменный контакт с поверхностью корпуса электрооборудования при ничтожном воздушном зазоре между гладкой поверхностью подложки со свойствами постоянного магнита. Простота конструкции датчика позволяет обеспечивать непосредственный съем сигнала от источника частичных разрядов. Воспринятые датчиком сигналы частичных разрядов по коаксиальному измерительному кабелю 6 передают на аппаратуру, обеспечивающую обработку
выходного сигнала датчика, которая может включать в себя усиление сигнала, преобразование этого сигнала и регистрацию или запись на носитель информации. На основе предлагаемой конструкции датчика возможно построение комбинированных датчиков, выполняющих многофункциональные регистрации.
Проведенные испытания предлагаемой конструкции датчика подтверждают получение высокой стабильности параметров его выходных сигналов. Для сравнения испытанию подвергались: датчик с подложкой из материала, у которого малое значение произведения ε·μ и датчик с подложкой из материала, у которого произведение ε·μ>30.
На Рис.3 представлены осциллограммы импульсов, где
1 - >импульс генератора, возбуждающего в точке установки датчиков электрическое поле напряженностью 100 в/м;
2 - >импульс с датчика с подложкой из материала, у которого εμ=2,7;
3 - >импульс с датчика с подложкой из материала, у которого εμ=32.
На рис.4 приведены графики, иллюстрирующие следующие соотношения.
Ряд 1 - отношение амплитуды импульса - >3 к амплитуде импульса - >1. Среднее отклонение составляет 2,4%.
Ряд 2 - отношение амплитуды импульса - >3 к амплитуде импульса - >1. Среднее отклонение составляет 10,7%.
На Рис.4 на горизонтальной оси указано время (в часах), в течение которого производились измерения.
Таким образом, из приведенных графиков следует, что датчик с подложкой из материала, у которого ε·μ>30 обладает большей стабильностью выходных сигналов.