Методика обнаружения опасных зон в изоляции кабельных линий по характеристикам частичных разрядов

УДК 621.311

МЕТОДИКА ОБНАРУЖЕНИЯ ОПАСНЫХ ЗОН В ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ ЧАСТИЧНЫХ

РАЗРЯДОВ

А.Ю. КУБАРЕВ, А.Е. УСАЧЁВ, Т.В. ЛОПУХОВА, Ю.Г. КУБАРЕВ Казанский государственный энергетический университет

В работе представлены экспериментальные данные характеристик частичных разрядов, которые характеризуют различные способы подключения объекта исследования при диагностике бумажно-пропитанной изоляции трёхфазных кабелей с номинальным напряжением 6-10 кВ.

Ключевые слова: частичные разряды, кабельные линии, диагностика.

Диагностика высоковольтной изоляции по характеристикам частичных разрядов (ЧР) известна давно и в настоящий день широко применяется. Но характеристики ЧР существенно зависят от типа диагностируемого оборудования. Это связано как с конфигурацией электродной системы, испытуемого объекта, так и с параметрами изоляционной среды, разделяющей электроды. В частности, увеличение объёма изоляционной среды, вероятно, приведёт и к увеличению количества ЧР. Существенное влияние среда оказывает и на длительность ЧР. Влияние также оказывает и тип напряжения, при котором происходит диагностика.

В работе [1] рассматривалось влияние распределения электрического поля в трёхфазном кабеле ААШвУ 10 кВ на возможность возникновения ЧР в определённых зонах. Путём компьютерного моделирования было установлено, что, изменяя конфигурацию проводимого эксперимента, можно определить, с одной стороны, зоны с повышенной напряжённостью электрического поля, а с другой - исключить зоны, в которых электрическое поле не будет влиять на развитие дефекта в изоляционном промежутке.

На этом основании нами была поставлена задача проверить изменение уровня ЧР в зависимости от объёма изоляции КЛ.

Для решения поставленной задачи был использован электрический метод исследования характеристик ЧР.

При записи характеристик ЧР использовались варианты, показанные на рис 1. Запись производилась при переменном напряжении частотой 50 Гц, с образца кабеля марки ААШвУ 10 кВ.

"¡крип ВН Н'.и Экран ВН I*

Экран ВЦ

Рис. 1. Варианты проведения диагностики в кабельной линии

© А.Ю. Кубарев, А.Е. Усачёв, Т.В. Лопухова, Ю.Г. Кубарев Проблемы энергетики, 2012, № 1-2

Была использована схема регистрации, представленная на рис. 2,а. Схема регистрации соответствует ГОСТ 20074-83, чертёж №2 [2].

а)

1

Сои

НИ

©

Zu

Св.х

ИИ

I_ï_L

б)

Рис 2. а) Принципиальная электрическая схема электроустановки: 1 - клеммы источника высокого напряжения; 2 - киловольтметр С1-96; 3 - измерительный прибор; Сои - ёмкость объекта испытаний; Zи - сопротивление измерительного элемента; Z - защитное сопротивление; Р - защитное устройство; б) Осциллограмма тока, со сдвигом относительно кривой напряжения в 9Q градусов: ось ординат - амплитуда в милливольтах; ось абсцисс - время в миллисекундах

На рис. 2,а показана принципиальная схема электроустановки, с помощью которой проводилась регистрация ЧР в изоляции образца КЛ. Сам объект диагностики, образец кабеля, в схеме является высоковольтным плечом делителя напряжения, устройство присоединения представляет собой блок из резисторов с регулируемым диапазоном коэффициентов деления.

Сигналы от ЧР, возникающие в образце, проходя через устройство присоединения, попадают непосредственно на измерительное устройство. Измерительное устройство представляет собой АЦП E14-44Q производства фирмы L-card, которое соединёно с переносным компьютером типа ноутбук, где после оцифровки происходит вывод осциллограммы и запись полученных сигналов в файл. В качестве дублирующего измерительного устройства был использован цифровой осциллограф Tektronix TDS 1QQ2 B.

Как показано на рис. 1, эксперимент был проведён в трёх вариантах. Необходимо отметить, что в соответствии с работой [1] электрическое поле будет оказывать влияние в зонах 1,2,3 и совершенно не будет сказываться в зонах 4,5,6. Это означает, что при наличии дефектов в зонах 4,5,6 ЧР от этих областей не будут зарегистрированы.

В каждом из вариантов запись проводилась в течение 6Q сек при напряжении 4,5 кВ. Расположение высоковольтного электрода не менялось на протяжении всей серии экспериментов. После обработки полученных файлов производилось сравнение

количества ЧР в случаях а, б, с, как показано на рис. 1. Для исключения влияния длительности напряжения на количество ЧР эксперимент проводился как в прямом, так и в обратном порядке. Сначала была записана последовательность геометрий а, б, с (прямой порядок), а затем - в обратном порядке: с, б, а. В результате получены следующие количественные соотношения (таблица).

Таблица

Количество ЧР

Прямой порядок Обратный порядок

Вариант

количество ЧР диагностируемые зоны количество ЧР диагностируемые зоны

а) 111957 Зона 1 61521 Зона 1

б) 128227 Зоны 1,3 84602 Зоны 1,3

с) 195615 Зоны 1,2,3 144976 Зоны 1,2,3

Из таблицы прослеживается прямая тенденция увеличения количества ЧР в зависимости от способа проводимого эксперимента от а) к с). Так, максимальное количество можно наблюдать в варианте с) рис 1. Это означает, что наблюдается зависимость количества ЧР от изменения объёма изоляции.

Для того, чтобы оценить диапазон отклонения относительно фиксируемого количества ЧР, была рассчитана величина его среднеквадратичного отклонения. Выборка проводилась по трём последовательным записям при неизменном способе подключения вариант - с) на рис. 1 при напряжении 4,5кВ, с перерывом по времени в 60 сек. Среднеквадратичное отклонение ЧР составило:

ст =

1

1 п -

-X (X - X)2 = 2250 :

п . л 1=1

где х - среднее арифметическое; х^ - выборка из серии последовательных записей; п - объём выборки.

Данное отклонение составляет 2,57 % от максимального значения количества ЧР в серии измерений.

В таблице приведены соотношения суммы условно названных «ЧР 1-го типа» и «ЧР 2-го типа». К «ЧР 1-го типа» относятся те разряды, которые хорошо объясняются с точки зрения модели многослойной изоляции [3], а к «ЧР 2-го типа» - соответственно те, которые этой моделью объяснить не получается (рис. 2,б). В некоторых источниках вопрос об учёте «ЧР 2-го типа» опускается [4], что действительно, в определённых случаях можно объяснить существованием либо положительной, либо отрицательной короны. Но в проведённом эксперименте отчётливо наблюдается рост суммарного количества всех типов ЧР в зависимости от способа проводимого эксперимента. Из этого можно сделать вывод, что нельзя относить «ЧР 2-го типа» только лишь к внешним эффектам, так как из вышеприведённых данных видно, что рост числа ЧР связан с внутренними объёмами изоляции, потому как положение высоковольтного электрода на протяжении всех серий экспериментов не изменялось.

Таким образом, опираясь на данные компьютерного моделирования [1] и данные описанного эксперимента, можно сделать следующие выводы:

1. Количество регистрируемых частичных разрядов зависит от конфигурации проводимой диагностики.

2. Экспериментально доказано, что изменение способа подключения образца кабеля позволяет диагностировать различные объёмы изоляции, а значит выявлять наиболее опасные зоны КЛ.

Summary

In the article performs experimental information about behavior partial discharges, which characterized different systems of connection test subject in the diagnostics of oilpaper insulation in three-phase cable lines with rated voltage 6 -10 kV. Keywords: partial discharges, cable lines, diagnostics.

Литература

1. Кубарев А.Ю., Усачёв А.Е. Моделирование дефектов в бумажно-пропитанной изоляции кабельных линий распределительных сетей среднего напряжения // Энергетика Татарстана. 2011. №2(22). С.52 - 55.

2. ГОСТ 20074-83 Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов. М: Из-во стандартов, 2008.

3. Кучинский Г. С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. Л.: Энергия, Ленинград. отд., 1979.

4. Русов В.А. Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного электрооборудования. Екатеринбург: УрГУПС, 2011.

5. МЭК 60270 Методы высоковольтных испытаний. Измерение частичных разрядов. 3-изд. М: Изд-во стандартов. 2000. 12с.

Поступила в редакцию 31 января 2012 г.

Кубарев Артём Юрьевич - магистр техники и технологии, ст. преподаватель кафедры «Электрические станции» (ЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-70, 8 (843) 555-08-35, 8-950-3119630. E-mail: artemkubarev@yandex.ru.

Усачёв Александр Евгеньевич - д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры «Электрические станции» (ЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-70.

Лопухова Татьяна Викторовна - канд. пед. наук, профессор кафедры «Электрические станции» (ЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-70.

Кубарев Юрий Григорьевич - д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).