авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ

Федоров, Геннадий Сергеевич

Метод и измерительная система оценки состояния

высоковольтных изоляторов на основе анализа

частичных разрядов

Москва

Российская государственная библиотека

diss.rsl.ru

2007

Федоров, Геннадий Сергеевич.

   Метод и измерительная система оценки состояния

высоковольтных изоляторов на основе анализа частичных разрядов  [Электронный ресурс] : дис. ... канд.

техн. наук

 : 05.11.13. ­ Казань: РГБ, 2007. ­ (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).

Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Полный текст:

http://diss.rsl.ru/diss/07/0015/070015039.pdf Текст воспроизводится по экземпляру, находящемуся в фонде РГБ:

Федоров, Геннадий Сергеевич Метод и измерительная система оценки состояния высоковольтных изоляторов на основе анализа частичных разрядов Казань  Российская государственная библиотека, 2007 (электронный текст) 61:06-5/ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕЬШЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Федоров Геннадий Сергеевич МЕТОД И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.ф.-м.н., профессор Голенищев-Кутузов А.В.

КАЗАНЬ - ОГЛАВЛЕНИЕ Введение Глава 1. Общая концепция неразрушающего контроля диэлектрических материалов, находящихся под высоким напряжением 1.1 Основа применения частичных разрядов 1.2 Основные виды дефектов в высоковольтных изоляторах 1.3 Теоретические основы процессов электрического пробоя Глава 2. Разработка измерительной системы для проведения измерений параметров частичных разрядов в изоляторах из электротехнического фарфора и высокополимерных материалов 2.1 Основные принципы устройств для регистрации ЧР в высоковольтном оборудовании 2.2 Система для измерения и анализа ЧР в модельных образцах и реальных высоковольтных изоляторах 2.3 Измерительные датчики 2.3.1 Индукционный датчик 2.3.2 Электромагнитный датчик 2.3.3 Акустический датчик 2.4 Структура компьютерной системы измерения характеристик ЧР изоляторов 2.5 Программное обеспечение измерений 2.6 Характеристики частичных разрядов Глава 3. Определение дефектов в реальных высоковольтных изоляторах путем анализа амплитудно-фазовых и амплитудно-частотных диаграмм частичных разрядов 3.1 Особенности конструкции фарфоровых опорных изоляторов 3.2 Изучение дефектов в реальных изоляторах 3.4 Зависимость параметров частичных разрядов от формы переменного напрялсения Глава 4. Особенности дефектов в полимерных материалах и их определение но параметрам частичных разрядов 4.1 Электрическая стойкость полимерных материалов и характер ЧР 4.2 Изучение параметров ЧР в высокополимерных изоляторах Заключение Список литературы Введение Актуальность.

Надежность современных систем производства и распределения электроэнергии во многом зависит от диагностического контроля высоковольтного электрооборудования, основы которого заложены в ГОСТах 20.39.312-85 и 27.002-89 [1, 2]. Как показала практика [3-8] наиболее «слабым звеном» в высоковольтном оборудовании являются изолирующие элементы. Поэтому, не случайно, что методам и системам контроля электрической прочности изоляции всегда уделялось большое внимание. [9,10] При длительной эксплуатации любых изоляционных материалов, являющихся одним из основных элементов высоковольтных изоляторов, изоляции кабелей или обмоток, в них возникают первичные дефекты.

Помимо этого, дефекты могут образовываться и в процессе изготовления самих элементов высоковольтной изоляции. Полный пробой изоляционного промежутка, находящегося нод рабочим нанряжением, возникает не сразу.

Ему, как правило, предшествуют микропробои или электрические разряды, которые шунтируют лишь часть изоляции между электродами. Такие электрические разряды или микропробои получили название частичных разрядов (ЧР). Сами по себе ЧР пе всегда вызывают разрушение изоляции, однако, во всех случаях ЧР свидетельствуют о существовании или возникновении первичных дефектов в изоляции. Временной интервал от начала возникновения ЧР до нолного пробоя изоляции или разрушения изолятора варьируется от нескольких дней до нескольких лет и поэтому предполагалось, что метод измерения характеристик ЧР, определяемый ГОСТом 20074-83 [11], и последующими ГОСТами для контроля отдельных элементов высоковольтной изоляции.[12,13], даст возможность обнаруживать дефекты на ранней стадии их возникновения, отслеживать их развитие, оценивать текущее состояние изоляции и возможность дальнейшей эксплуатации оборудования.

В соответствии с ГОСТом 20074-83 основной характеристикой ЧР является их интенсивность, которая количественно характеризуется:

кажущимся зарядом единичного ЧР, частотой следования частичных разрядов, средним током ЧР. За двадцать лет после введения всех ГОСТов, в результате многочисленных исследований была установлена неполнота информации по ЧР, установленная ГОСТом. В частности, было показано, что важную информацию несет также форма импульса ЧР и время его появления относительно фазы переменного напряжения. [14-20] Однако, и в более расширенном варианте ГОСТа [12,13] предполагается изучение параметров каждого импульса, в то время как, сами ЧР имеют случайный (стохастический) характер и все их параметры сильно изменяются во времени и имеют большой случайный разброс. Вследствие этих особенностей ЧР, как показали лабораторные исследования и применение метода ЧР в практических целях, для получения необходимой точности и достоверности измерения желательно накопление информации за определенный интервал периодов питающего переменного напряжения, а статистические характеристики ЧР желательно дополнять амплитудно фазовыми и частотно-фазовыми распределениями, т.е. в виде зависимостей амплитуды (заряда) и частоты повторения от фазы напряжения. Кроме того, ГОСТ устанавливает метод измерения характеристик ЧР только на испытательном стенде и не касается методов измерения характеристик изоляции электрооборудования, находящегося в эксплуатации, т.е. под рабочим напряжением. Измерение сигналов ЧР в условиях эксплуатации является более сложным и трудоемким по сравнению со стендовыми измерениями. В первую очередь это касается выделения сигнала ЧР из различного рода помех, уровень которых на действующих электрических станциях и подстанциях значительно выше, чем при стендовых испытаниях.

Кроме случайных помех, не имеющих каких-либо четких спектральных характеристик, на сигналы ЧР накладывается фон высокого переменного напряжения на основной частоте и гармонических составляющих.

Большинство суш;

ествуюп];

их на сегодня приборов для измерения ЧР не обеспечивают выделения необходимого уровня сигналов ЧР из помех, поэтому минимально регистрируемый уровень сигналов ЧР из сигналов помех, оказывается недостаточно большим и не обеспечивает надежного обнаружения дефектов изоляции в полевых условиях. ГОСТами [11,12] предусматривается в качестве метода измерения ЧР только электрический метод, при котором сигналы ЧР поступают на измерительную схему посредством связуюш;

его конденсатора. Использование одного метода регистрации ЧР ограничивает применение данного метода, например, при контроле рабочего состояния высоковольтных изоляторов на подстанциях, поскольку невозможно подобное нодключение соединительного конденсатора. Кроме того, при электрическом методе регистрации делается невозможной точная локализация дефекта. Как показала практика последних лет, наиболее эффективно для регистрации параметров ЧР использование нескольких типов датчиков: акустического, индукционного, электромагнитного и электрического в зависимости от частотного интервала наиболее сильных помех и характеристик самих ЧР.

После отделения мешаюш;

их сигналов необходимо не только фиксировать параметры ЧР, но, и это самое главное, определять тип источника ЧР на уровне сегодняшних знаний о процессах и механизмах электрического пробоя в различных изоляционных материалах и изделиях.

Идентификация типа источника ЧР по данным, полученным в реальных условиях эксплуатации, является пока не полностью разрешимой задачей.

Точное решение этой проблемы возможно только для отдельного конкретного высоковольтного оборудования: высоковольтных онорных или проходных изоляторов, обмоток трансформаторов или машин и т.д. Причем, в каждом случае необходимо учитывать конструкцию и параметры конкретного оборудования, характеристики диэлектрического материала в сочетании с наиболее полными характеристиками самих частичных разрядов.

Состояние проблемы.

В настоящее время метод ЧР нашел реальное применение только для контроля дефектности изоляции высоковольтных обмоток трансформаторов, изоляции электрических машин и изоляции высоковольтных кабелей, для которых, как правило, характерен только один вид электрического пробоя [20-24]. В то же время существующие методы контроля по ЧР не решают вопроса о контроле дефектов опорных и проходных высоковольтных изоляторов.

Сложный характер пробоя, изоляторов показывает, что для того, чтобы по частичным разрядам судить о таких параметрах, как величина дефектов, тип дефектов, состояние поверхности и т.д. необходимо в первую очередь идентифицировать частичные разряды, т.е. выделить их среди других видов нробоя, а таклсе провести анализ основных характеристик частичных разрядов. Необходимость поиска критериев дефектного состояния изоляторов требует сохранения результатов измерений ЧР в пополняющуюся базу данных для постепенного накопления данных и выработки по ним теоретических моделей и статистических зависимостей. Вынолнение всех этих задач немыслимо без применения компьютерной обработки данных. В связи с этим в области контроля состояния изоляторов существует практическая потребность в разработке эффективных информационно измерительных систем измерения частичных разрядов и последующего анализа их характеристик.

С другой стороны, в последнее время возникла необходимость проверки рабочего состояния опорных и проходных изоляторов, находящихся в эксплуатации более установленного для них срока. В этом случае требуется, как указывается в указаниях РАО ЕЭС России, достаточно быстрая и конкретная оценка работоспособности на текущий момент. Таким образом, становится актуальной задача разработки достаточно простой и в тоже время достаточно точной методики и устройств для оценки работоспособности изоляторов.

В настоящее время в высоковольтном энергетическом оборудовании наряду с широко используемыми фарфоровыми изоляторами начали находить применение высоковольтные изоляторы, нанример, тина ЛК. Кроме этого, различные полимерные материалы, уже используются в широком классе высоковольтного оборудования: высоковольтная обмотка трансформаторов, кабелях, вводах и других устройствах с применением диэлектрических изолируюш;

их материалах. Обш;

еизвестно, что физико химические свойства полимерных материалов резко отличаются от свойств поликристаллических и керамических материалов, к которым относится и фарфор. Поэтому весьма важной задачей является всестороннее изучение электрофизических параметров полимерных материалов в рабочих условиях, т.е. при воздействии на них высокого переменного напряжения.

Цель диссертационной работы - разработка снособа и измерительной системы для контроля состояния высоковольтных изоляторов мониторинга параметров частичных разрядов.

Основные задачи.

Для достижения поставленной цели нотребовалось:

1. Провести теоретическое рассмотрение нроцессов и механизмов электрического нробоя в керамических и полимерных материалах и высоковольтных изоляторах на их основе.

2. Разработать комплексный метод совместного детектирования сигналов ЧР с помош;

ью акустического, индукционного и электромагнитного датчиков с последуюш;

им компьютерным анализом нараметров сигналов ЧР.

3. Создать экспериментальную установку на основе метода совместного детектирования ЧР акустическим, индукционным и электромагнитным датчиками, цозволяюш;

ий определять такие параметры ЧР как заряд, длительность, начало возникновения импульсов в зависимости от амплитудного значения и фазы переменного напряжения;

использовать ПК для накопления данных и их обработки.

4. Провести измерение параметров ЧР в реальных образцах высоковольтных изоляторов из электротехнического фарфора и высокополимерных материалов, а также модельных образцах и изоляторах с различной степенью дефектности.

5. Определить оптимальный набор нараметров ЧР, необходимых для онределения места дефектов, их идентификации и влияния на работоспособность высоковольтных фарфоровых и полимерных изоляторов.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. На основе теоретического рассмотрения процессов и механизмов электрического пробоя в керамических и полимерных материалах и высоковольтных изоляторах обоснована необходимость применения комплексного метода детектирования ЧР в высоковольтных изоляторах с помощью одновременного использования акустических, индукционных и электромагнитных датчиков, с последующим накоплением и компьютерным анализом набора параметров ЧР.

2. Разработана и создана система для определения параметров частичных разрядов путем одновременного детектирования сигналов ЧР акустическим, индукционным и электромагнитным датчиками с последующим компьютерным анализом в различных модельных образцах диэлектрических материалов и реальных опорных, нодвесных и проходных высоковольтных изоляторах.

3. На основе экспериментального изучения дефектов в высоковольтных изоляторах типов ОСИ и ЛК показано, что по амплитудно фазовым и частотно-фазовым характеристикам ЧР возможна оценка их работоспособности, как в данный момент времени, так и в дальнейшей эксплуатации с учетом вида и места дефекта.

4. Установлены основные закономерности возникновения частичных разрядов в изделиях из электротехнического фарфора и высокополимерных материалов и их связи с видами дефектов.

Практическая значимость работы. Разработанный метод и измерительная система могут быть использованы для оценки состояния изолирующих элементов в высоковольтном оборудовании энергетических систем, и в первую очередь для опорных, проходных и подвесных высоковольтных изоляторов.

Основные ноложення работы, выносимые на защиту:

1. Для оценки дефектности высоковольтных диэлектрических элементов предлагается использовать следующие усредненные по временному интервалу параметры частичных разрядов: интенсивность (кажущийся разряд);

частота следования, в зависимости от фазы приложенного переменного напряжения;

начало возникновения частичных разрядов в зависимости от амплитуды переменного напряжения, определенные с помощью нескольких способов детектирования ЧР.

2. Наиболее важные характеристики сигналов частичных разрядов, требуемые для определения параметров дефекта, перспективно представлять в виде двухмерных или трехмерных амплитудно-частотных фазовых диаграмм.

3. Для высоковольтных фарфоровых изоляторов наиболее распространенным является пробой по поверхности, а для высокополимерных изоляторов также пробой на дефектах внутри изоляторов.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы.

Во введении обосновывается выбор темы, ее актуальность и значимость, сформирована цель и задачи исследования. Далее приводятся основные научные и практические результаты, положения, выносимые на защиту. Дана структура и краткое содержание глав диссертации, сведения о нубликациях и апробации работы.

В первой главе «Общая концепция неразрушающего контроля диэлектрических материалов, находящихся под высоким напряжением»

раскрывается смысл и физические механизмы возникновения ЧР в диэлектрических материалах. Обосновываются методы использования частичных разрядов для обнаружения дефектов, а также для исследования процессов и механизмов электрического пробоя. Рассмотрены основные виды дефектов в фарфоровых и полимерных материалах и высоковольтных изоляторах, изготовленных из этих материалов. Проанализированы процессы и механизмы электрического пробоя, и их связь с видами дефектов.

Представлены эквивалентные электрические схемы, позволяющие онисывать процессы ЧР в рамках резистивно-емкостных цепей.

Особое внимание обращено на современное состояние и применения метода частичных разрядов для контроля и диагностики высоковольтных изоляторов, используемых в энергетическом оборудовании. Па этой основе сформулированы основные задачи по разработке наиболее эффективных способов детектирования ЧР и представления их основных характеристик в виде амплитудно-фазовых и амплитудно-частотных диаграмм.

Вторая глава «Разработка измерительной системы для нроведения измерений параметров частичных разрядов в изоляторах из электротехнического фарфора и высокополимерных материалов» посвящена разработке и анализу устройств для регистрации частичных разрядов.

Пзложены основные особенности подобных устройств ряда фирм и экспериментальных стендов. Приведено функциональное и структурное описание разработанной измерительной системы. Описаны принципы работы разработанного нрограммного обеспечения для отображения параметров ЧР в виде двухмерных амплитудно-фазовых и частотно-фазовых диаграмм.

Рассмотрено одновременное использование двух акустических или акустического и индуктивного датчиков, подключенных к двум входам осциллографа для исключения различного рода номех и определения места нредполагаемого дефекта. Описана методика выполнения измерений параметров ЧР на измерительной системе и возможность ее использования для проведения испытаний высоковольтных изоляторов различных типов в производственных условиях.

В третьей главе «Определение дефектов в реальных высоковольтных изоляторах нутем анализа амплитудно-фазовых и амплитудно-частотных диаграмм частичных разрядов» представлены примеры использования разработанных методик для анализа параметров ЧР на реальных изоляторах, определенных измерительной системой. Основное внимание было обращено на изоляторы из электротехнического фарфора, как наиболее распространенных в высоковольтном энергетическом оборудовании. Были исследованы наиболее уязвимые с точки зрения возникновения дефектов узлы опорных и стержневых изоляторов. Исследовались изоляторы типа УСТ-110, как практически мало дефектные, так и содержащие различные виды дефектов. Путем детектирования ЧР разрядов с помощью совокупности акустических, индукционных и электромагнитных датчиков, были составлены амнлитудно-фазовые и частотно-фазовые диаграммы.

Путем компьютерного анализа первичных характеристик затем были определены средние значения тех же параметров за фазовые периоды, которые послужили основой для определепия не только места дефекта, но и состояния работоспособности каждого из изоляторов. Было изучено влияние перенапряжения и изменения формы неременного напряжения на параметры ЧР. В ходе исследований было установлено, что с ростом перенапряжения интенсивность и частота повторения ЧР нелинейно возрастают, что свидетельствует о возможности возникновения электрического пробоя.

В четвертой главе «Особенности дефектов в полимерных материалах и их определение но нараметрам частичных разрядов» нриведены результаты изучения дефектов в полимерных материалах и изоляторах путем анализа параметров частичных разрядов. На основе анализа типов дефектных состояний и сопоставлении их параметров дефектам в полимерных материалах, были разработаны методика измерения параметров ЧР на высокополимерных изоляторах типа ЛК. В результате детектирования ЧР измерительной системой были установлены наиболее «слабые» места в реальных изоляторах и высокополимерных материалах, к которым относятся границы металлический электрод - полимерный стержень и области загрязнения или увлажнения на диэлектрических поверхностях изоляторов.

В заключение диссертации обобщены основные выводы по главам или по отдельным разделам глав.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на: Республиканской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Автоматика и электронное приборостроение» (г. Казань, 16- апреля 2004 г.);

X Международной конференций «Физика диэлектриков (Диэлектрики - 2004)» (С-Петербург, 23-27 мая 2004 г);

I молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения»(г. Казань, 27-28 апреля 2006г.).

Публикации. Основное содержание работы

отражено в 7 научных публикациях, включая: 2 журнальные статьи [95, 96], 1 статья в материалах международных конференций [77], 1 статья в материалах Всероссийской конференции [93], 1 статья в материалах Всероссийского конгресса [79], и тезиса в материалах докладов научных и научно-технических конференций [78, 80].

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору КГЭУ Александру Вадимовичу Голенигцеву Кутузову за научное руководство, ценные советы, практическую поддержку разработок и экспериментов, Аввакумову Максиму Вячеславовичу ведущему инженеру-электронику ОАО Казаньоргсинтез за практическую помощь и за полезные замечания при разработке электронных узлов.

Глава 1. Общая концепция неразрушающего контроля диэлектрических материалов, находящихся иод высоким напряжением 1.1 Основа применения частичных разрядов При длительном воздействии эксплуатационных факторов (электрическое поле, изменение температуры и влажности, механические нагрузки и т.д.) в изоляторах могут возникать ослабленные места первоначальные и наведенные дефекты. Обычно наведенными дефектами являются микротрещины, расслоения, разрывы. К изначально существовавшим дефектам относятся газовые или воздушные промежутки раковины. Напряженность электрического поля в любых видах существующих дефектов обычно превышает напряженность поля в окружающем твердом диэлектрике, так как диэлектрическая постоянная твердотельного диэлектрика выше, чем диэлектрическая постоянная газа или воздуха. Электрическая прочность газов на дефекте ниже, чем прочность остальной части диэлектрика, что создает условия для возникновения пробоя или перекрытия изоляции в месте дефекта. Этот эффект получил название частичного разряда.

Физической причиной возникновения частичных разрядов является нробой промежутка в месте дефекта за счет ионизации ранее нейтральных атомов или молекул в электрическом ноле. [6,25] Частичные разряды, будучи следствием возникновения дефектов в изоляторе, в тоже время могут при значительном увеличении мощности разрядов и их количестве приводить к частичному или полному разрушению диэлектрика.

Таким образом, совокупность характеристик частичных разрядов (понижение норога их возникновения, увеличение их интенсивности и частота повторения) в принцине могут служить индикатором возникновения нервичных дефектов в изоляторах. Внешние проявления частичных разрядов связаны с протеканием тока разряда и созданием в окружающем пространстве импульсов электромагнитного поля и скачков давления, определяемых как звуковые или ультразвуковые сигналы[4, 5].

Детектирование электромагнитных и акустических импульсов может выполняться соответственно, либо антенной радиочастотного приемника, либо микрофоном или пьезоэлектрическим датчиком. К настоящему времени уже разработаны различные измерительные устройства, позволяющие определять частичные разряды по электромагнитному [26] или акустическому [27,28] сигналам. Как показал выполненный нами аналитический обзор известной нам зарубежной и отечественной литературы и информационных данных [14 - 51], пока такие устройства нашли практическое применение в основном только для контроля изоляции высоковольтных обмоток трансформаторов электрических машин и газонаполненных кабелей. К сожалению, практически нет реальных устройств для контроля состояния опорных и проходных высоковольтных изоляторов, за исключением лабораторных стендов[29].

Причиной этому является усложненность конструкции и условий эксплуатации (большой разброс температур, влажность и атмосферное давление). Вследствие этого и параметры частичных разрядов более сложным образом зависят от природы и формы первоначальных дефектов.

Следовательно, для анализа частичных разрядов на реальных изоляторах и особенно их применения для диагностики, необходимо было провести теоретическую проработку процессов и механизмов возникновения частичных разрядов и выполнить экспериментальные исследования на модельных образцах и промышленных изоляторах.

Основную информацию об источнике ЧР несут величина (заряд) импульса, фаза его возникновения и частота следования импульсов ЧР.

Частичные разряды имеют стохастический (случайный) характер, т.е. все их параметры сильно изменяются во времени и имеют большой случайный разброс, поэтому наиболее значительными параметрами для последующего анализа являются не характеристики отдельно взятых импульсов ЧР. а средние значения параметров импульсов ЧР и формы их распределения но амплитуде и фазе, относительно приложенного к объекту контроля переменного напряжения.

Поскольку амплитуда импульсов ЧР достаточно сильно изменяется от импульса к импульсу, то необходимо знать среднее значение амплитуды и функцию распределения импульсов по амплитуде.

Амплитудное распределение обычно представляется в двух формах:

интегральной или дифференциальной. В первом случае суммируется количество импульсов в единицу времени, превышающих определенный порог по интенсивности. Затем эти значения наносятся на график в пределах минимального и максимального значения интенсивности импульсов. Точность измерений повышается с увеличением числа пороговых значений. При дифференциальном распределении подсчитывается количество импульсов в единицу времени, имеюш;

их амплитуды в интервале между двумя пороговыми значениями.

Наиболее важными характеристиками сигналов ЧР являются временные зависимости различных характеристик импульсов ЧР в пределах периода высоковольтного напряжения. Именно, так называемые, "фазовые распределения" параметров ЧР позволяют в принципе определять тип источника сигналов ЧР. Паиболее точно фазовые распределения параметров ЧР можно осуш;

ествлять путем разбиения периода переменного напряжения на ряд временных интервалов. В этом случае возможно отражение полной характеристики ЧР в виде трехмерной амплитудно-фазовой диаграммы (АФД). При точечной АФД распределение амплитуд (зарядов) ЧР в любом фазовом интервале характеризуется числом точек в каждом амплитудном интервале. Именно такой точечный способ используется во многих зарубежных системах и стендах для измерения параметров ЧР [32,39, 51].

Более эффективным является отражение на АФД не каждого импульса ЧР, а их усредненные характеристики. Трехмерные амплитудно-фазовые характеристики можно представить либо в виде совокупности двухмерных графиков, либо двухмерной проекции реального трехмерного распределения.

Таким образом, представление данных по ЧР от какого либо реального энергетического объекта состоит, в общем виде, из двух частей: общей суммарной зависимости интенсивности сигналов ЧР по определенным пороговым значениям и амплитудно-фазовых диаграмм.

Суммарная интегральная зависимость интенсивности ЧР (в соответствии с ГОСТ 20074-83) позволяет определить такие параметры как средний кажущийся заряд, максимальный кажущийся заряд, частота следования импульсов ЧР и средний ток ЧР. Эти характеристики, как предполагается указанным выше ГОСТом, позволяют оценить опасность регистрируемых ЧР для состояния изолирующих элементов. Однако такие суммарные интегральные характеристики не позволяют определить ни типы источника сигналов ЧР, ни разделить сигналы ЧР различных типов.

Разделение типов сигналов ЧР весьма важно, т.к. в реальных условиях эксплуатации высоковольтного оборудования всегда присутствуют сигналы коронных разрядов и внешних помех. Эти сигналы могут иметь достаточно высокие амплитуды и интенсивность, но естественно не представляют опасности для изоляторов. Следовательно, измерение интегральных зависимостей ЧР, определенных ГОСТом как способ контроля состояния изоляторов, не является достаточно полным и совершенным.

Поэтому в дополнении к ГОСТу 20074-83 необходимо проводить анализ амплитудно-фазовых характеристик, позволяющих различать сигналы от источников ЧР различных типов, проводить идентификацию дефекта и убирать сигналы помех.

Наибольшие трудности при измерении сигналов ЧР в условиях эксплуатации вызывает отделение сигналов ЧР, возникающих в высоковольтной изоляции контролируемого оборудования, от внешних и внутренних помех различного происхождения. Источниками импульсных сигналов (помех), регистрируемых на вводах и заземляющих цепях высоковольтного оборудования, являются:

- различного рода преобразователи напряжения и частоты (частоты до МГц);

- нереключение контактов и выключателей соседних высоковольтных линий и устройств и т.д. (частоты до ЮМГц);

- корона на нодводящих проводах и окружающем оборудовании (частоты примерно до 400МГц);

- дефектные изоляторы соседних порталов особенно на линиях 750 кВ (во всех диапазонах);

- дефектные изоляторы шин 10 кВ (особенно штырьвые на старых подстанциях) (во всех диапазонах);

- сигналы ВЧ связи (частоты до 500 кГц).

и многие другие. Внутренними источниками помех являются искровые разряды в дефектных элементах магнитонровода и паразитных вторичных контурах (во всех диапазонах).

Интенсивность мещающих сигналов при полевом контроле оборудования весьма высока. На оборудовании класса 220 кВ и выще фактически всегда присутствуют мощные сигналы положительной короны, достигающие амплитуды 10 нКл нри интенсивности несколько импульсов за период. Понятно, что все эти сигналы не характеризуют состояние высоковольтной изоляции оборудования и их необходимо отсекать.

Отсеивание помех необходимо производить на нескольких стадиях, начиная с выбора частотного диапазона регистрирующей аппаратуры, измерения и вычитания фона, анализа амплитудно-фазовых диаграмм (АФД) сигналов и их временных зависимостей и заканчивая сопоставлением сигналов различных каналов (электрических, акустических и электромагнитных).

Вторая стадия - измерение и вычитание фона при снятом напряжении эффективна только в компьютерных системах с амплитудным и фазовым разрешением и запоминанием результатов. На этой стадии убираются все сигналы с соседних обьектов. Для этих же целей можно использовать специальный антенный датчик (электромагнитный канал), регистрирующий внешние сигналы в том же частотном дианазоне, что и электрические датчики ЧР. Следует отметить, что для надежного отсеивания помех система измерения ЧР должна обеспечивать фиксацию момента прихода импульса ЧР с точностью не хуже 10 мксек.

Третья стадия - анализ АФД сигналов и их временных параметров.

Этот процесс позволяет отсечь сигналы короны, которые имеют очень характерную форму и легко распознаются по АФД. Конечно, сигналы короны могут маскировать сигналы ЧР от дефектов изоляции с той же амплитудой и фазой, однако диапазон фазовых углов, в которых наблюдаются сигналы короны, невелик, и вероятность полного совпадения АФД сигналов от дефекта и короны мала. При достаточной статистике (при суммировании данных измерений более чем за 500 периодов сети) можно измерять сигналы ЧР, амплитуды которых в 10-100 раз ниже, чем у импульсов короны. Сигналы от искровых разрядов в элементах магнитонровода тоже имеют весьма характерную АФД, однако, амнлитуда и интенсивность этих сигналов могут быть велики, и на их фоне выделить сигналы ЧР от дефектов высоковольтной изоляции довольно трудно, к счастью, такие дефекты наблюдаются достаточно редко, и их обнаружение является одной из задач диагностики.

Кроме того, сильная вибрация магнитопровода приводит к довольно характерной зависимости АФД этих сигналов от времени, которая позволяет идентифицировать дефекты такого типа. Искровые пробои в изоляторах подводящих шин с напряжением выше 10 кВ (если они существуют) устраняются путем отключения этих шин и запитки объекта по сторопе СН и ВН.

Последней стадией разделения сигналов ЧР в высоковольтной изоляции и помех является сравнение сигналов электрического канала с сигналами акустического и электромагнитного каналов регистрации.

Естественно, что нри диагностике состояния изоляции оборудования эксплуатационников в основном интересует только один вопрос - сколько оно еще проработает? Определить время, через которое частичные разряды нерерастут в полный пробой изоляции в реальных условиях экснлуатации практически невозможно даже без учета экстремальных воздействий (грозовые и коммутационные перенапряжения и т.д.). Поведение ЧР в процессе развития дефекта статистически весьма неоднородно. По существующим данным, амплитуды сигналов ЧР непосредственно перед пробоем даже уменьшаются, хотя интенсивность их, как нравило, растет.

Поэтому на сегодня не существует сколько-нибудь точных методов оценки времени до нолного пробоя изоляции.

Следует отметить, что, несмотря на указанные помехи, оценить степень развития дефекта все-таки возможно, если правильно определен тип дефекта, являющегося источником ЧР. Эта оценка базируется на сравнительно небольшом объеме эмпирических данных и, пока не наконлен достаточно большой объем информации, не нретендует на высокую точность. Причем наиболее точную характеристику степени опасности дефекта можно получить только при использовании комнлексного нодхода с учетом всех достунных на сегодня данных - в первую очередь хромотографии масла, для трансформаторов, измерении и tga сопротивления изоляции, тепловизионного контроля и т.д. [40,44-48].

Очень существенным является наличие этих данных за достаточно большой интервал времени, позволяющий оценить скорость изменения характеристик изоляции.

Для определения степени развития дефекта система измерения сигналов ЧР должна обеснечивать занись амплитудно-фазовых характеристик сигналов ЧР с хорошей статистикой (500-5000 периодов сети). Паиболее удобным является накопление данных за каждые 10- минут в течение нериода от нескольких часов до нескольких суток (весьма желательно иметь несколько таких записей с интервалом в несколько месяцев для оценки тренда). Необходима также достаточно точная локализация источника ЧР для оценки ослабления сигналов и, соответственно, величины ЧР в точке возникновения.

К настоящему времени уже разработаны различные измерительные устройства, позволяющие измерять ЧР по электромагнитному или акустическому откликам. За рубежом выпускается ряд промышленных устройств подобного типа. В России выпускается только два типа приборов (СКИ-2 и Дельфин) [49, 47].

Однако пока подобные устройства нашли практическое применение в основном только для контроля изоляции высоковольтных обмоток трансформаторов и газонаполненных кабелей и практически нет устройств для контроля состояния опорных и проходных высоковольтных изоляторов, в этом случае задачи контроля усложнены, поскольку ЧР приобретают различную форму в зависимости от таких факторов как состояние воздушной среды, конструкции электродов и формы приложенного напряжения.

Актуальность проблемы контроля рабочего состояния проходных и опорных изоляторов указывается в Рекомендации Всероссийского научно-технического семинара "Диагностика технического состояния фарфоровых изоляторов высоковольтных коммуникационных аппаратов, проведенного РАО ЕЭС России [30].

"Для оценки реальной эффективности и областей применения методов диагностики опорно-стержневых изоляторов (ОСИ) (теплофизических, звуковых низкочастотных и ультразвуковых основанных на регистрации ультразвуковой и радиочастотной составляющих коронных и частичных разрядов) необходимо провести сравнительные полигонные и полевые испытания. "В решении семинара особо была подчеркнута важность уделения особого внимания бесконтактным методам, позволяющим выявить хотя бы часть дефектных изоляторов на неотключенном оборудовании.

1.2 Основные виды дефектов в высоковольтных изоляторах Как уже отмечалось выше, частичные разряды чаще всего возникают в местах расположения макро и микроскопических дефектов. В высоковольтных изоляторах опорного, подвесного или проходного типов наиболее часто, как свидетельствует практика, такие дефекты имеют свои особенности. В общем виде изолятор можно представить, с этой точки зрения, как протяженный диэлектрический цилиндр с различной степенью ребристости, ограниченный с обоих концов металлическими электродами (рис. 1.1) Для подобных видов изоляторов наибольшую опасность по степени образования дефектов представляют контакты металл - диэлектрик, поскольку на них возникают градиенты температур, влияет влажность и прочие внешние воздействия, такие как вибрация, механические напряжения и прочее. Помимо этих дефектов к первоначальным дефектам можно отнести поверхностные трещины, выбоины, переувлажненные или загрязненные участки поверхности. Такие виды поверхностных дефектов наиболее характерны для изоляторов из электротехнического фарфора.

Поэтому наиболее часто ЧР в фарфоровых изоляторах возникают вдоль поверхностей. Эти виды дефектов являются предвестниками возможного поверхностного электрического пробоя. Вероятность возникновения поверхностного пробоя трудно предсказать, поскольку он является следствием ряда не связанных между собой факторов. И только по характеру ЧР можно более или менее точно определить возможность повреждения или даже разрушения изолятора за счет поверхностного электрического пробоя.

Для изоляторов из высокополимерных материалов помимо дефектов в контактах электроды - диэлектрик, наибольшую опасность представляют дефекты внутри полимерного материала в виде полостей микро и макро Рис. 1.1 Модель наиболее частых дефектов в изоляторах и их эквивалентные схемы 1,5 - электроды;

2,4 - дефекты на границе электрод - диэлектрик, 3- поверхностный дефект размеров, неоднородности в электропроводности, диэлектрической проницаемости или удельной плотности материала. Если в фарфоре поверхностные ЧР являются в основном только предвестниками электрического пробоя, то в полимерных материалах ЧР сами могут способствовать разрушению изолятора, поскольку при ЧР возникают напряженности на границах полости за счет повышения давления газа в полости [52-55]. Обш;

ая схема видов дефектов представлена на рис. 1.1.

Обычно принято для расчетов использовать эквивалентную электрическую схему, описывающую дефект в виде совокупности последовательно и параллельно включенных резисторов и конденсаторов. Простейшие эквивалентные электрические схемы для дефектов в изоляторах также представлены на рис. 1.1.

В настояш;

ее время наименее понятным является процесс генерации ЧР, и самого пробоя, когда разряд совершается по поверхности твердого диэлектрика (поверхностный пробой). В этом случае на разряд самое сильное влияние оказывает искажения электрического поля поверхностью диэлектрика, влияние адсорбированных на поверхности примесей и увлажнение поверхности диэлектрика. Возникновение отдельных областей или участков поверхности с измененным электросопротивлением приводит к перераспределению напряженности электрического поля. Увеличение неоднородности поля в определенном объеме диэлектрика приводит к уменьшению напряженности поля пробоя (Епр).

В сильном электрическом поле ионы диссоциации влаги перемещаются по поверхности диэлектрика, накапливаются вблизи электродов, искажают распределение поля и снижают порог пробоя. При длительном пребывании макроскопически неоднородных твердых диэлектриков во влажной атмосфере, влага проникает в толш;

у материала, что способствует увеличению диэлектрической проницаемости и электрической проводимости. Неоднородность структуры материала и обусловленная этим неоднородность влагосодержания приводит к образованию локальных мест с повышенной напряженностью поля.

Различие в порогах пробоя для увлажненного и сухого изоляторов тем больше, чем однороднее было исходное поле и чем дольше диэлектрик увлажнялся.

Напряжение пробоя [/„^ вдоль поверхности изолятора (рис. 1.2) также зависит от подпитки развиваюш:егося разряда через емкость изолятора. В силу проявления указанных эффектов напряжение пробоя вдоль поверхности изолятора, обозначаюш;

ееся как напряжение перекрытия Unep, определяется совокупностью многих факторов:

характером контакта электродов с изолятором, размером и формой поверхности изолятора, ноложением поверхности относительно силовых линий электрического поля, свойствами диэлектрика и окружающей среды, параметрами воздействующего напряжения и т.д. [6].

Рис. 1.2. ЧР на на поверхности фарфорового изолятора Наибольшее снижение U^p относительно характерно для Unp конструкций изоляторов с неоднородным полем при преобладании нормальной составляющей вектора электрического поля, поскольку Ецорм прижимает перемещающиеся под действием поля заряды к поверхности диэлектрика. Выделяющееся в следствии этого тепло повышает температуру и проводимость плазмы канала разряда. Развивающиеся канал разряда подпитывается токами смещения, замыкающимися на канал через емкость (рис. 1.2). Ump также уменьшается при использовании изоляторов из материалов с большой диэлектрической проницаемостью е.

Согласно [61] L/,,ep можно онисать электрическим соотношением 0,45 /, х 0. (1.1) где А - толщина слоя диэлектрика, / - длинна разрядного промежутка, к - многокомпонентная константа, зависящая от свойств диэлектрика, окружающей газовой среды и условий перекрытия.

1.3 Теоретические основы процессов электрического пробоя Пробой твердой диэлектрической изоляции связан с возникновением канала пробоя, обладаюпдего высокой проводимостью и замыкаюпдего разрядный ток. Возможны несколько механизмов электрического пробоя:

электронный механизм [55], электротепловой механизм [25], электромеханический механизм. [56] Электронный механизм обусловлен ударной ионизацией атомов и молекул электронами. Электрон получает возможность ударной ионизации, если энергия, передаваемая ему электрическим полем, оказывается больше энергии, теряемой электроном нри рассеянии на фононах, дефектах и примесях кристаллической решетки. При достаточно большой энергии возникает лавинный процесс ионизации. При теоретических расчетах предполагается, что на подготовительной стадии пробоя разогрев или химические процессы не имеют суш,ественного значения. Процесс характеризуется малым временем развития (~10 - не), слабой зависимостью пробивного нанряжения от температуры.

Теория ударной ионизации основана на анализе кинетического уравнения Больцмана, решение которого дает значение электрической прочности [57]. Однако позднее оказалось, что ширина зоны проводимости недостаточна, для того чтобы электрон смог приобрести энергию, необходимую для ударной ионизации в диэлектриках, обладаюп],их широкой запреш;

енной зоной [58]. Кроме того, теория ударной ионизации не дает представления о самом процессе развития электрического пробоя, а лишь определяет критерий пробоя и оценивает величину электрической прочности. В дальнейшем развитие этого механизма было основано на представлении об электронной неустойчивости. Главным выводом механизма неустойчивости является неустойчивость функции распределения электронов по скоростям в зоне проводимости. За счет этого механизма в сильных электрических полях вольтамперная характеристика может иметь 5* ~ образную форму, что ведет к образованию доменов сильного электрического ноля и шнуровании тока [58-61] Таким образом, электронный механизм иробоя имеет место нри кратковременном высоковольтном импульсном воздействии на изоляцию.

При длительном воздействии постоянного или переменного напряжения чап];

е всего, как это было показано в работах Ю.Н.Вершинина [25], реализуется электротепловой механизм нарушения электрической нрочности и нробоя. В основе этого механизма лелсит нарушение баланса тепла в локальной области изоляции. При увеличении температуры Т за счет степенного или даже экспоненциального возрастания проводимости и диэлектрических потерь наблюдается значительный рост тепловой энергии, выделяемой в этой области. Процесс завершается формированием высокопроводяш;

его канала (шнура), характер фазовых превраш;

ений в нределах которого зависит от параметров внешней электрической цепи и свойств изоляции.

Конкретно, для диэлектриков из электротехнического фарфора чаш;

е всего наблюдается своеобразная форма электротеплового пробоя, локализованного в тонком поверхностном слое изолятора. Закономерность поверхностного пробоя в целом подобна таковым для теплового пробоя в толш,е твердых диэлектриков.

Электромеханический нробой, характерный для нолимерных материалов, обусловлен разрывом молекулярных связей (ценей) под воздействием сил электрического поля на молекулы, приобретаюп^ие электрический заряд в сильном электрическом поле. Этот механизм находит подтверждение в снижении механической прочности в 6 - 10 раз в электрическом поле с напрял;

енностью 2 10 В/м, суш;

ественно меньшей не только электрической нрочности -10^ В/м, но и напряженности возникновения ЧР[56].

До настояш;

его времени нет единой модели, с помоп];

ью которой можно было бы однозначно описать последовательность процессов в разрядном промежутке и этапы развития пробоя в целом. В монографии Ю.Н.Вершинина [25] предложено делить этот процесс на предпробойный и пробойный этапы. На предпробойном этапе происходит формирование первичного канала разряда, как следствие возникновения в приэлектродной области разрядного промежутка для электронов проводимости и развитие неустойчивостей в электронной плазме. В сильных электрических полях свободные электроны возникают, во первых, путем электростатической и ударной ионизации примесных центров, а во вторых за счет инжекции из электрода (катода). В сильных электрических полях электронная проводимость возникает не только в неорганических кристаллических или керамических материалах, но и в органических полимерных диэлектриках [56, 57]. Наличие собственных электронов проводимости в полимерах может быть обусловлено как термической, так и электростатической ионизацией макромолекул и молекул примесей.

Концентрация электронов и дырок проводимости зависит от химического строения полимеров, технологических особенностей их получения и колеблется в очень широких пределах 1О'° - 10^^ см"'^ [59]. Нрименимость зонной теории к полимерам возрастает с увеличением их молекулярной массы и степени кристалличности. Это обусловлено наличием дальнего порядка вдоль макромолекулы, что суш;

ественно менее выражено у низкомолекулярных полимеров.

Нервый (предпробойный) этан завершается повышением напряженности до нробойного напряжения и возникновения электрического пробоя. Ранее предполагалось [6], что возникновение каналов пробоя и их развитие до пересечения разрядного промежутка, определяется физическими процессами, неизменными в течении всего периода пробоя. Однако, как было показано позднее [25], этот процесс более сложен и состоит из нескольких фаз. На нервой фазе возникает расплавление твердого диэлектрика, а при второй фазе происходит дальнейшее нагревание расплава и доведение его до кипения. Третья фаза состоит в возникновении газового состояния.

При условии, что сочетание свойств диэлектрика и условий его эксплуатации обуславливает электротепловой механизм пробоя, расчет Unp (Е„р) основывается на решении задачи тенлового равновесия. За Unp принимается максимальная разность потенциалов, приложенная к диэлектрику, при которой тепловыделение в нем за счет диэлектрических потерь и (или) джоулева разогрева равно теплоотводу в окружающую среду. Теория теплового пробоя Вагнера, Фока-Вальтера-Семенова [6] позволяет производить приближенную оценку напряжения теплового пробоя только в установившихся режимах нагрева, то есть тогда, когда температура во всех точках изоляции одинакова.

При постоянном нанряжении ^. (З3,6к] ( аТ].

« I «Го j ехрI - — Ыс) (1.2) U нри неременном напряжении ^^ ( 60,5к ] ( аТ 2] где к - теплопроводность диэлектрика, уо и tgSo электрическая проводимость и тангенс угла диэлектрических потерь при температуре окружающей среды То;

а - коэффициент в уравнениях, отражающих зависимость у или tgd от температуры у^у.е"^'-'''"^ ;

tg8 = tg5,e"^'''''^^ (1.4) / частота переменного напряжения;

функция определяемая (р{с) геометрическими размерами диэлектрика, электродов и условиями охлаждения.

Расчетные значения ^(с) приведены в [62] только для наиболее простых инженерных конструкций. Также существуют инженерные методики расчета таких конструкций, работающих в установившихся тенловых режимах (трансформаторы, проходные изоляторы, конденсаторы), в которых учтены все источники тепловыделения, а также основные факторы, определяющие теплоотвод.

Однако для неустановившихся режимов, а к ним относятся и предпробойное состояние, удобные инженерные методы расчета пока не разработаны. Расчет напряжения электрического пробоя твердого диэлектрика затруднен, а в ряде случаев практически и невозможен, вследствие отсутствия достаточно обоснованной, непротиворечивой теории электрического пробоя. Большинство разработанных на сегодня теорий основывается на концепции ударной ионизации электронами, как причины преобразования твердого диэлектрика в плазму. Движение свободных электронов в твердых диэлектриках удается описать достаточно точно только в случае их простейшего кристаллического строения. Более того, в последние годы было показано, что механизмы ударной ионизации противоречат как экспериментальным данным, так и современным данным о зонной энергетической структуре кристаллических диэлектриков [6].


Предложенная в последние годы электрогидродинамическая модель хотя и значительно улучшает описание экспериментальных фактов, но применима только к описанию процессов пробоя при импульсном высоковольтном воздействии на изоляторы, при которых скорость нарастания поля превышает 10 кВ/мкс, а само поле достигает значения 10 В/м. Эта модель, кроме того, была проверена только на простых кубической симметрии кристаллах типа NaCI [25].

Следовательно, для создания наиболее адекватных условий эксплуатации моделей разрушения изоляторов, находяш;

ихся под рабочим напряжением, необходимо проведение модельных экспериментов по двум направлениям: получению количественных характеристик пробивного напряжения Unp и времени пробоя tnp. Поскольку электрический пробой является следствием развития ряда последовательно-параллельных случайных процессов, то и характеристики Unp и tnp также являются случайными величинами. Для их количественных описаний необходимо воспользоваться функцией распределения по напряжениям для Unp и времени для tnp. При экспериментальном исследовании невозможно полностью установить основную совокупность их значений. Однако достаточно большой объем измерений позволяет оценить действительную функцию распределения Unp с помощью эмпирической функции P(U).

Эмпирическую функцию P(U) можно условно разбить на три области [6].

Область I характеризует бездефектный (идеальный) диэлектрик и практически не отражает электрическую прочность реальных диэлектрических элементов. Область II характеризует прочность реальных элементов с присущими им микроскопическими дефектами. Область III это область низких напряжений Unp, близких к значениям рабочих напряжений высоковольтных диэлектрических элементов. Пробои в этой области обусловлены наличием в элементах каких-либо грубых дефектов (шероховатостей на поверхностях электродов, полостей, инородных включений, трещин в самих диэлектриках и т.д.). Модели электрической прочности и методы статистического анализа для каждой области должны быть свои с использованием каких-либо достаточно точно и строго измеряемых параметров, характеризующих состояние диэлектрического элемента в конкретный интервал времени. Таким параметром могут быть частичные разряды, возникающие в местах первичных дефектов изоляционного элемента. Импульс тока разрыва создает быстрые изменения электромагнитного поля, а также скачки давления в окружающей среде.

Если амплитудное значение переменного напряжения превышает пороговое значение для начала частичного разряда, на каком-либо дефекте, то характеристики разряда - интенсивность и частота - могут зависеть от фазы приложенного напряжения. 180° промежуток синусоидального напряжения, характеризуемый фазовым углом ср, отличается двумя областями: со значительным фазовым градиентом поля (0^30°) и менее значительным фазовым градиентом (30°г/?90°). Реальное напряжение на дефекте в момент начала разряда Unp отличается от идеального разрядного напряжения Up^, что объясняется запаздыванием разряда вследствие конкретного времени развития процесса ионизации области промежутка разряда. Таким образом, к пачалу реального разряда в разрядном промежутке возникает неренапряжение AUp=Up-Up, зависящее от значения фазового угла.

Причем вероятность разряда пропорциональна величине перенапряжения.

Более высокое перенапряжение в начале разряда создает более быстрый рост тока разряда, ведя к нонижению остаточного напряжения Uocm- Изменение заряда при разряде будет пропорционально разности Up-Uocm или Up-Uocn&AUp.

Следовательно, перенапряжение приводит к увеличению интенсивности разряда. Поэтому сигнал частичного разряда выше при фазе переменпого нанряжения близкой к нулевой в каждом полупериоде или близкой к Till.

Таким образом, в каждом полупериоде приложенного переменного напряжения может произойти от одного до целой серии разрядов, количество которых зависит от соотношения между амплитудой приложенного напряжения Up и напряжением возникновения частичного разряда Up\ Если предположить, что частичный разряд возникает в результате простой электронной лавины, возникаюш;

ей в разрядном промежутке, то можно обобп],ить нроцессы разряда но новерхности диэлектрика, граничаш;

ей с воздухом, и для разряда внутри газовой полости диэлектрика.

Поскольку перенапряжение в начале разряда наиболее высоко, то электронная лавина возрастает до тех пор, пока электрическое поле в разрядном промежутке не становится настолько малым, что электроны уже не способны ионизировать молекулы газа. Это рассмотрение концептуально представлено на рис. 1.3. ЧР прекраш,аются, когда электроны и ионы достигают обоих электродов.

Процессы ЧР через дефект изоляции может быть описан с номош;

ью эквивалентной схемы (рис. 1.4а), в которой Ср - емкость дефектной области, Са - емкость последовательно с ней соединенной части изолятора, силовые линии поля которой проходят через дефект. Со - емкость остальной части диэлектрика, U^ - реальное напряжение на дефекте в момент начала разряда, U2 -остаточное нанряжение после окончания разряда. Разность большое перенапряжение малое перенапряжение AU Рис. 1.3 Рост электронных лавин в зависимости от неренапряжения значений Us и U2 объясняется запаздыванием начала разряда при достижении амплитуды переменного напряжения значения, достаточного для возникновения разряда t/0. Запаздывание связано с конечным временем развития нроцесса ионизации области промежутка разряда. Величину изменения заряда AQ на дефекте, происходящего при ЧР в этом случае можно выразить в виде:

С.

.-и,) (1.5) с или (1.6) где компонента сс (1.7) " с +с ~ " б a Рис. 1.4 Эквивалентная схема ЧР характеризует кажущуюся емкость разрядного промежутка. В таком приближении эквивалентная цепь для разрядного промежутка имеет более упрощенный вид (рис. 1.46). Частичный разряд представляет собой разряд кажущейся емкости через сопротивление эквивалентное Cps Zp, усредненному во времени значению сопротивления канала разряда. Когда переключатель становится закрытым, начинается разряд, S сопровождающийся электрическим током i(t).

(1.8) 'А { dt J Более высокое перенапряжение Us в начале разряда создает более быстрый рост тока разряда, ведя к понижению остаточного напряжения U2 Величина Us также как следует из выражения (1.5) приводит к увеличению интенсивности разряда. Поэтому сигнал ЧР выше при фазе переменного напряжения близкой к нулевой в каждом полупериоде, или близкой к п/2.

Разрядный нромежуток в процессе разряда обладает отрицательной вольтамперной характеристикой (рис. 1.5). Временная форма кривых для тока и напряжения в соответствии с уравнением (1.8) представлена на рис. 1.6. Возрастание тока разряда в определенный момент времени не может быть обеспечено напряжением и разряд прекращается. Такое напряжение можно считать остаточным напряжением области разряда. Более высокое перенапряжение в начале разряда, создает больший рост тока разряда, приводя к понижению остаточного напряжения.

Us Рис. 1.5 ВАХ частичных разрядов t Рис. 1.6 Временные характеристики тока и напряжения После окончания частичного разряда в нарастающей фазе напряжение на дефекте снова возрастает. Возрастающее напряжение является суперпозицией основного переменного электрического поля и поля поверхностных электрических зарядов на стенках нолости, остающихся после последнего ЧР. Эти поля противоположны друг другу. Когда напряжение на полости вновь достигает значения происходит U'' последующий ЧР (рис. 1.7). При каждом ЧР напряжение на полости изменяется на величину AV^ =1/ - V^. V^ -характеризуется как остаточное напряжение.

Рис. 1.7. Развитие ЧР Затем напряжение через полость Vc становится ниже [/" и ЧР прекращаются. Новые ЧР возникают уже в отрицательном полу периоде переменного напряжения, когда Vc достигает значения U.

Однако ЧР могут начинаться при более низком, чем Ц^ияи U напряжениях. Так при нарастающей фазе переменного напряжения (рис.1.8^ ЧР может возникать в точке за счет короткосрочного неренапряжения AV.B этом случае перенапряжение возникает за счет поверхностных зарядов в полости, сохраняющегося после предыдущего разряда. Таким образом, перенапряжение AV складывается с Vc уже в противоположпой фазе переменного напряжения.

В симметричных полостях напряжения пробоя l/ и IT одинаковы, однако для несимметричных полостей нанряжения if и 1/ могут быть различными, поскольку разряды имеют место в различных фазовых состояниях.

ц Рис. 1.8. ЧР для симметричной полости Такие различия вызываются тангенциальными полями вдоль поверхности дефекта. Если для положительной полуволны (рис. 1.9) разряд наступает в точке А и вызван напряжением Jf = Vc, то для отрицательной полуволны разряд происходит в точке В и вызывается суммой напряжений Vc + AV. Следующий разряд, возникающий в точке С, произойдет раньше чем в точке А и будет другой интенсивности.

Рис. 1.9. ЧР для несимметричной полости В дефекте, достигающем больших размеров, нанример при разломах, разряды могут происходить в различных частях дефекта, вызванных тангенциальными полями вдоль поверхности полости и ЧР, будут перекрываться от соседних участков.

Таким образом, ЧР представляют собой короткие импульсы тока разряда с длительностью порядка 10"^ - 10'^ с и в каждом полупериоде приложенного переменного нанряжения может произойти от одного до целой серии разрядов, количество которых зависит от соотношения между амплитудой приложенного напряжения и напряжением возникновения частичного разряда.


Как уже отмечалось выше, вероятность возникновения ЧР резко возрастает в условиях расположения микроскопических треш,ин в той части изолятора, которая расположена между металлическими электродами. В этом случае диэлектрический зазор, содержаш,ий треш,ину, можно рассматривать как составной конденсатор. Емкости трех последовательно соединенных конденсаторов, образованных двумя диэлектрическими слоями с диэлектрической проницаемостью Si и воздушным промежутком с диэлектрической проницаемостью S2, соответственно составляют С, = Сз = -1— и Сг = -=—, где d] и (22 - толш;

ина диэлектриков и воздушного зазора, S - нлош,адь воздушного зазора.

Суммарная емкость промежутка между электродами представляется как: C-'=2C-'+Q' (1.9) (1-10) или С '= S S, т.е. умепьшается по сравнению с емкостью конденсатора, заполненного однородным диэлектриком.

Наличие воздушного зазора приводит к значительному перераспределению нанряженностей электрического поля между электродами, которое в отсутствие зазора можно считать однородным. Для количественных оценок значений поля Е внутри воздушного зазора и в диэлектрических слоях иснользуются два положения теории поля в диэлектрических средах:

- нанряженность электрического поля внутри диэлектрика будет в s раз меньше внешнего поля;

- электрическая индукция D = ssoE ненрерывна при переходе через три слоя.

Следовательно, используя вытекаюп];

ие отсюда соотношения где U] и U2 соответственно электрические нанряжения на диэлектрических слоях и воздушном промежутке, при условии U/+U2=U, где и - нанряжение между электродами, получается, что нанряженность электрического ноля в воздушном промежутке будет в Sj/s2 выше, чем в диэлектрике, а перераспределение напряжений имеет вид:

с/, а, г.

Именно перенапряжение на дефектах является нричиной возникновения частичных разрядов при пониженном приложенном высоком напряжении, и в дальнейшем будет приводить к различным проявлениям электрического нробоя.

Таким образом, на основании анализа уже известных результатов но процессам и механизмам ЧР, в данной работе необходимо было, экспериментально исследовать особенности возникновения нервичных дефектов в диэлектрических материалах, нроцессы их перерастания в крупные дефекты, нриводяш,ие, в конечном итоге, к разрушению конструкции изолятора, в условиях не только приложения высокого нанряжения, но и температурных градиентов и механических нагрузок.

Затем необходимо было соноставить степень дефектности изолятора, находяш;

егося под высоким напряжением, с параметрами акустических и электромагнитных сигналов, излучаемых дефектами и на этой основе разработать наиболее эффективный способ обнаружения степени дефектности и нрогнозирования возможности дальнейшей эксплуатации изолятора.

Глава 2. Разработка измерительной системы для ироведеиия измерений параметров частичных разрядов в изоляторах из электротехнического фарфора и высоконолимерных материалов 2.1 Основные нринципы устройств для регистрации ЧР в высоковольтном оборудовании Применение частичных разрядов для контроля и диагностики высоковольтной изоляции началось в 60 е годы XX века одновременно в ряде стран. Вначале это были простейшие экспериментальные установки, с помощью которых фиксировались только отдельные ЧР и длились нопытки с их помощью установить характер дефектов в высоковольтном оборудовании. Эти устройства типа Корона (СССР), Hipotonics (Англия), MUT8 (США) были аналогового типа и подключались к высоковольтной сети с помощью конденсаторов или трансформаторов тока. Они состояли из частотных полосовых фильтров, усилителя и индикаторного устройства. С их помощью можно было измерить максимальный кажущийся разряд, ток и количество ЧР на экране осциллографа. Методика измерений данных устройств полностью соответствует ГОСТу 20074-83 и международному стандарту IEC270. Устройства подобного типа подробно в монографиях П.М.Сви [4] и Г.С. Кучинского [50]. Следует отметить, что основные принципы измерения ЧР в обоих стандартах близки и не имеют противоречий.

С конца 70х годов появилось новое поколение устройств для регистрации частичных разрядов, основанное на цифровом методе, позволяющем производить амплитудный и временной анализ ЧР как для одиночных сигналов, так и в режимах их накопления. В таких устройствах использовались схемы дискриминации, позволяющие подавлять шумы и дополнительные сигналы от других устройств. В отличие от аналоговых устройств, в цифровых устройствах происходит преобразование входного сигнала в последовательность импульсов, которые затем подвергаются той или иной обработке. К таким устройствам относятся устройство АРЧР (автоматический регистратор частичных разрядов) и приборы Hiptronic серии 703 и 803 [51].

Одновременно с помощью приведенных выше методов непосредственного измерения параметров ЧР в высоковольтных цепях, стали применяться бесконтактные методы - акустический и радиочастотный, позволяющие измерять ЧР на относительно больших расстояниях от их источника [20, 28]. Таким образом, дианазон измерений параметров ЧР расширился от герц до гигагерц.

Как показано рядом экспериментов [20, 48], наиболее существенные характеристики ЧР и особенно для ЧР малой интенсивности, возможно изучать при совмещении нескольких датчиков ЧР.

С начала 90х годов для анализа ЧР стали использоваться компьютерные технологии. Компьютерные системы позволяют реализовать различные алгоритмы аналогово-цифрового преобразования, селекции и отображения параметров ЧР.

Среди зарубежных наиболее продвинутых в реальном вонлощении и достаточно рекламируемых следует отметить новое ноколение коммерческих устройств фирмы Hipotronics Robinson Instruments - серия DDX ® - цифровых детекторов частичных разрядов, выпускаемых с 1998 г.

(типы DDX® -7000 и DDX® 8003). Эти устройства позволяют измерять параметры ЧР с помощью узкополосных антенных усилителей с полосой -500кГц, либо с помощью соединительных конденсаторов или трансформаторов тока. Система позволяет одновременно выделять два импульса в двух каналах.

Подобными характеристиками обладает и отечественная система СКИ 2 [49]. Она представляет собой систему сбора и обработки информации, поступающей от электрических, акустических и электромагнитных датчиков ЧР, размещенных на контролируемом объекте. В качестве 41 [ РОССИЙСКАЯ !гОСУДАРСТе!Н!-!НАЯ Б Й БП УЮ '[сЛЛ I датчиков электрических сигналов используются в'ьгсокочастотные трансформаторы тока, надетые на нровода заземления контролируемых объектов, с расширенным диапазоном частот 1-50 МГц. Датчики электрических сигналов ЧР имеют дополнительный выход для подключения датчиков электромагнитных сигналов ЧР. Наличие трансформатора тока на выходе датчика обеспечивает возможность одновременного с электрическими датчиками подключать любые контрольные приборы и датчики, и параллельно с регистрацией ЧР проводить tg и токов комплексной проводимости изоляции объекта под рабочим напряжением.

В качестве акустических датчиков в системе СКИ - 2 используются пьезоэлектрические датчики с полосой частот 20 - 200 кГц, присоединенные к корпусам измеряемых объектов. По суш;

еству СКИ-2 - это компьютерная система сбора и обработки информации, поступаюш;

ей от датчиков ЧР, размеш;

енных на контролируемом объекте. Система СКИ-2 предназначена для контроля состояния высоковольтной изоляции трансформаторов, вводов, элегазового оборудования, ТН и ТТ. Пока она является единственным измерителем ЧР, разрешенном к применению в России.

К сожалению, оба описанных выше устройства (СКИ-2 и nipotronics), предназначены только для контроля изоляции определенных высоковольтных электрических устройств: трансформаторов, кабелей и электрических машин. Ни одно из современных устройств не предназначено для определения рабочего состояния высоковольтных опорных, проходных и подвесных изоляторов. Более того, в описании принципов работы СКИ- указываются на наибольшие трудности, возникаюш,ие при измерении сигналов ЧР в условиях эксплуатации. К источникам помех, мешаюш;

их контролю трансформаторов, вводов и элегазового оборудования, в частности являются дефектные изоляторы. Но никаких рекомендаций по их контролю не содержится. Анализ доступной нам отечественной и зарубежной литературы показал, что практически нет статей но контролю высоковольтных изоляторов методами с иснользованием ЧР.

Нам не известны какие либо устройства для детектирования ЧР, в которых бы одновременно иснользовались различные типы датчиков в том числе и акустические микрофоны, т.е полностью бесконтактные устройства, необходимые для определения места дефектов в высоковольтных изоляторов. Наиболее близкая система но параметрам для контроля изоляторов система (PRPDA -Phase Resolved Partial Discharge Analysis CIIIA)[54] имеет три типа устройств с акустическим, прямым и косвенным электрическими детектированием. Но эти устройства работают порознь и их совместное иснользование не нредполагается.

Нодобным образом работает и ультразвуковой дефектоскоп УД-8В, нредназначенный для контроля изоляции контактной сети железных дорог.

Эти обстоятельства в сочетании с нрактической необходимостью создания систем для контроля высоковольтных изоляторов явились нричиной для разработки универсальной методики и соответствующего устройства для измерения характеристик ЧР, необходимых для контроля и диагностики параметров высоковольтных изоляторов. Носкольку в настоящее время помимо изоляторов из электротехнического фарфора все большее нрименение находят изоляторы из высокополимерных материалов, то нредставлялось необходимым разработку более общей методики для диагностики любых высоковольтных изоляторов с выявленными на первом этапе дефектных изоляторов, не пригодных для дальнейшей эксплуатации.

2.2 Система для измерения и анализа ЧР в модельных образцах и реальных высоковольтных изоляторах На основе разработанного метода компьютерной регистрации характеристик ЧР [65 - 69] был создан универсальная измерительная система для исследования ЧР в модельных образцах диэлектриков, а также изоляторах из электротехнического фарфора и высокополимерных материалов [75]. Эти материалы являются одним из основных материалов, из которых изготавливается широкий спектр изоляторов опорного и проходного типа. Решение проблемы неразрушаюш;

ей диагностики состояния изоляторов на различных электроэнергетических объектах и оборудовании в настояш;

ее время является определяюп];

им для повышения их надежности. Стендовые исследования в данной области позволят определить основные параметры ЧР электротехнического фарфора и высоконолимерных материалов и сформировать теоретическую и экспериментальную базу для контроля изоляторов из фарфора и высоко полимерных материалов в рабочих установках.

Устройство разработанной системы и его возможности имеют обш;

ие принципы построения со стендами и системами, описанными в статьях [63, 64].

Данная система состоит из сяедующих элементов и устройств:

- Установка контроля и диагностики диэлектриков УКД-70, состояп];

ая из пульта управления и высоковольтного генератора нозволяюш;

его плавно изменять подаваемое напряжение переменного тока частотой 50Гц на диагностируемый изолятор в диапазоне от О до 50кВ(действуюп];

ее значение).

- Цифровой осциллограф марки TDS1002, выполняющий функцию непосредственного отображения усиленного сигнала с индукционного, акустических датчиков, амплитудно-частотной характеристики.

- Индукционный датчик и операционный усилитель, установленные в одну головку. Операционный усилитель экранирован фольгой на обилий провод.

- Акустические датчики в количестве двух экземпляров и активная антенна - Блок регистрации сбора и обработки характеристик ЧР (РЧР) нодключенный к персональному компьютеру.

- Система электродов. Первый крепится на один из концов изолятора, второй кренится к середине или второму концу испытуемого изолятора.

В схеме рис.2.1 источником высокого напряжения является высоковольтный трансформатор ВТ и повышающий автотрансформатор AT.

Численное значение нодаваемого питающего напряжения контролируется измерительным вольтметром Автоматический выключатель АВ ИВ.

предназначен для защиты от токовых перегрузок. Измерительная система позволяет проводить исследования пробоя модельных образцов при различных значениях питающего напряжения в диапазопе 0 70кВ.(амнлитудное значение) \ _к АД АВ AT И ВТ -4 -^220 —1/ 1 Si ИВ М ик РЧР ИД /•КД-7С \ Рис. 2.1. Блок-схема системы для исследования пробоя модельных образцов и реальных изоляторов.

Измерительный тракт системы составляют: индукционный датчик и акустические датчики, регистрирующие вызванные ЧР импульсы тока в цепи разрядной ячейки;

устройство амплитудно-фазовой регистрации ЧР, выполненное авторами для неразрушающего контроля состояния изоляции РЧР [67] и персональный комньютер, осуществляющий управление процессом измерения, отобралсением и архивацией данных о ЧР.

На расстояние L на диэлектрической штанге к иснытуемому изолятору подводятся датчики, сигналы от которых поступают на блок регистрации параметров частичных разрядов РЧР или цифровой осциллограф.

Внешний вид измерительной системы представлен на рис. 2.2.

Измерения проводятся следующим образом. Система включается в сеть переменного напряжения ~220В, 50Гц. Далее на панели управления установки УКД-70 автоматический выключатель приводится в рабочее состояние. Выбирается тин подаваемого напряжения, в нашем случае оно Рис.2.2 Система для измерения и анализа ЧР в модельных образцах и реальных высоковольтных изоляторах переменное. Далее но измерительному вольтметру и измерительному миллиамперметру (он служит для контроля тока пробоя) при помощи автотрансформатора устанавливается требуемое значение питающего напряжения. На осциллографе наблюдается сигнал с датчиков. Далее наблюдая за сигналом на дисплее осциллографа, подбираем оптимальное расстояние L от изолятора до самого датчика. Амплитуда сигнала ЧР с ИД или АД (акустический датчик) должна находиться в нределах от 100 до мВ. Это необходимо для обеспечения нормальной работы установки регистрации параметров ЧР РЧР, а такж:е этим будет обеспечена наиболее оптимальная регистрация нараметров ЧР. Изначально при подаче высокого напряжения на исследуемый изолятор ИД (АД) должен находится на максимально большом расстоянии (не менее 0,5 м), далее, когда подано высокое нанряжение на изолятор, к нему нодносится ИД (АД), необходимое расстояние определяется по отображенному сигналу на дисплее осциллографа, как уже описывалось выше. На персональном компьютере уже должна быть запущена программа управления измерением PDStore, разработанная для измерительной системы. Затем устройство РЧР приводится в состояние ожидания команд от ШС. Ждущий режим устройства будет нродолжаться до тех нор, нока на ПК не будут установлены параметры измерения (начальная амнлитуда ЧР, конечная амнлитуда ЧР и шаг приращения амплитуды) и не запущен процесс измерения. После запуска измерения проходят в автономном режиме: прибор РЧР по сигналам датчика и сигнала синхронизации питающей сети считывает число имнульсов ЧР данной амнлитуды, затем передает серию данных на ПК, метку окончания серии. Далее, амплитуда сканирования ЧР изменяется на величину установленного шага, устройство снова проводит измерение, снова передает данные на ПК, и так до максимальной амнлитуды. Подробная информация об амплитудно-фазовом методе регистрации ЧР - в работах [67- 69]. По окончании на ПК передается метка окончания измерения и запущенная программа переходит в режим отображения. Использовалась программа PDStore - Windows 9x приложение, в которой использованы современные средства визуализации данных, позволяющие быстро и удобно менять тин диаграмм, их ориентацию, масштаб, сохранять их на жесткий диск и выводить на нринтер.

2.3 Измерительные датчики Как уже отмечалось выше, ЧР проявляются в виде имнульсов электромагнитного излучения, акустических волн, оптического излучения в широком спектре от инфракрасного до ультрафиолетового.

Следовательно все детекторы ЧР можно условно разбить на две грунны:

электрического и не электрического типов.

К электрическим типам детекторов относятся собственно электрические, индукционные и электромагнитные.

К неэлектрическим датчикам относятся акустические, ультразвуковые, акустоэмиссионные, онтические, тепловизионные датчики.

По другой классификации датчики можно разделить на контактные и бесконтактные. К контактным датчикам относятся электрические (контакт через связываюш;

ий конденсатор), акустоэмиссионные, ультразвуковые.

Все остальные типы датчиков являются бесконтактными.

Поскольку нас интересовали только бесконтактные датчики, то мы ограничились рассмотрением наиболее эффективных, но нашему мнению, основанному на анализе известных данных и наших экснериментах, индукционных, электромагнитных, радиочастотных и акустических датчиках. Следует отметить, что каждый из датчиков имеет присуш;

ие ему преимуп];

ества и одновременно с этим недостатки. Поэтому только одновременное иснользование нескольких типов датчиков позволит повысить точность и чувствительность измерений нараметров ЧР.

2.3.1 Индукционный датчик Индукционный датчик, по существу, является высокочастотным преобразователем (трансформатором) переменного напряжения.

Принцип работы индукционного датчика основан на эффекте электромагнитной индукции, возникающей в электрическом контуре при изменении магнитного поля. Электродвижущая сила на выходе индукционного датчика, пропорциональна скорости изменения магнитного поля, пересекающего витка катушки, она определяется выражением:

(2.1) Е = -d/dt (\х WSBsina), где (J, - эффективная магнитная проницаемость, ^* - площадь витка S катушки, W- число витков катушки, В - индукция воздействующего поля, а - угол между вектором магнитной индукции и плоскостью витка катушки.

Выходная ЭДС является функцией изменения параметров во времени.

Произведение WiiS есть коэффициент преобразования, зависящий только от конструктивных характеристик преобразователя. С укорочением длины сердечника при сохранении его диаметра коэффициент преобразования уменьшается. Стабильность коэффициента преобразования зависит от стабильности свойств сердечника, часто используемого в датчиках, поэтому необходимо учитывать изменение магнитной проницаемости от температуры, частоты и изменения магнитного поля, величины постоянного поля. Одпако в используемом для измерений датчике сердечника нет, поэтому эффективная относительная магнитная нроницаемость ц = 1.

Обычно магнитный сердечник используется для снижения шума индукционного датчика и повышения ЭДС. Однако в данном датчике как показали эксперименты уровень шумов ниже внешних шумов. Кроме того, потенциальные возможности индукционного датчика с магнитным сердечником ограничиваются фактором размагничивания. Конечно на низких частотах ~ 0,1 - 1 кГц происходят некоторые потери в чувствительности, но на более высоких частотах (/" 1 кГц) потери в чувствительности по с равнению с датчиком, содержащим ферритовый стержень, невелики [71].

Устойчивость датчика к внешним помехам электромагнитного типа достигается экранированием всего пространства вокруг катушки, за исключением основного направления чувствительности - по нормали к оси катушки. Экраном служит оболочка из фольги с заземлением на общем контакте. В рассматриваемом устройстве индукционный датчик был выполнен в виде катушки, содержащей 34 витка провода сечением 0,3 мм и сопротивлением 20 Ом.

Основные требования, предъявляемые к индукционным датчикам:

большой диапазон измерения, высокая линейность характеристики, помехоустойчивость. В этой связи приемлемые результаты достигаются путем включения катушки в фильтрующие и усилительные цепи.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.