Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы

Подождите немного. Документ загружается.

ñàìè ñèãíàëû íå èñêàæàþòñÿ ïðè ïðîõîæäåíèè ïî èçìåðèòåëüíûì öåïÿì. Ýòè

óñëîâèÿ âûïîëíÿþòñÿ ïðè ðåãèñòðàöèè ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ â âûñîêîâîëüòíûõ

êàáåëÿõ, ýëåêòðè÷åñêèõ ìàøèíàõ è äðóãîì îáîðóäîâàíèè, à óäîâëåòâîðåíèå

ýòèõ òðåáîâàíèé â òðàíñôîðìàòîðíîì îáîðóäîâàíèè òðåáóåò äîïîëíèòåëüíîãî

ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ïîäòâåðæäåíèÿ.

Ê îñíîâíûì âèäàì äåôåêòîâ, ðàçâèâàþùèõñÿ â èçîëÿöèè òðàíñôîðìàòîðîâ,

îòíîñÿòñÿ ïðîáîé ìàñëÿíîãî êàíàëà, ðàçðÿäû â ìàñëÿíîì êëèíå, ïîëçóùèé

ðàçðÿä, ñêîëüçÿùèé ðàçðÿä. Ïîñêîëüêó äåòàëüíîå èçó÷åíèå õàðàêòåðèñòèê ×Ð

ïðè ðàçâèòèè ðàçëè÷íûõ âèäîâ äåôåêòîâ â ðåàëüíûõ ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðàõ

110 êÂ è âûøå ñâÿçàíî ñ îïðåäåëåííûìè îðãàíèçàöèîííûìè è ìàòåðèàëüíûìè

òðóäíîñòÿìè, íà ïåðâîì ýòàïå èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü íà ìîäåëüíûõ îáðàç-

öàõ èçîëÿöèè â ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ.

Ìîäåëü ðàçðÿäà â ìàñëÿíîì êàíàëå ïðåäñòàâëÿëà ñîáîé äâà ñêðåùåííûõ

ìåòàëëè÷åñêèõ öèëèíäðà ñ íàìîòàííîé íà íèõ áóìàãîé òîëùèíîé 1 ìì. Çàçîð

ìåæäó áóìàæíûìè ïîêðûòèÿìè ñîñòàâëÿë 1 ìì. Ìîäåëü ðàçðÿäà â ìàñëÿíîì

êëèíå àíàëîãè÷íàÿ, íî ñ îòñóòñòâèåì ìàñëÿíîãî êàíàëà. Äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ

ñêîëüçÿùåãî ðàçðÿäà èñïîëüçîâàëèñü äâà ïëîñêèõ êðóãëûõ ýëåêòðîäà äèàìåòðà-

ìè 114 è 40 ìì ñ ïðîëîæåííîé ìåæäó íèìè êàðòîííîé ïëàñòèíîé. Ïîëçóùèé

ðàçðÿä èññëåäîâàëñÿ ñ ïëîñêèìè ýëåêòðîäàìè îäèíàêîâîãî äèàìåòðà (114 ìì),

íî êàðòîííûé áàðüåð óñòàíàâëèâàëñÿ ïîä óãëîì ê ïîâåðõíîñòè ýëåêòðîäîâ, à

äëÿ çàðîæäåíèÿ ïîëçóùåãî ðàçðÿäà èìåëàñü èíèöèèðóþùàÿ èãëà. Ìîäåëè óñòà-

íàâëèâàëèñü â èñïûòàòåëüíîé êàìåðå, íà êîòîðóþ îò âûñîêîâîëüòíîé óñòà-

íîâêè ïîäàâàëîñü ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå, çíà÷åíèå êîòîðîãî ïëàâíî ïîäíè-

ìàëîñü äî ïîÿâëåíèÿ ×Ð ñ óðîâíåì êàæóùåãîñÿ çàðÿäà âûøå 50 ïÊë. Ïîñëå

ðåãèñòðàöèè õàðàêòåðèñòèê ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ íà äàííîì óðîâíå íàïðÿæåíèå

âûäåðæèâàëîñü 10 ìèí, ïîñëå ÷åãî ïðîèçâîäèëàñü ïîâòîðíàÿ ðåãèñòðàöèÿ. Â

ñëó÷àå åñëè ðàçâèòèå äåôåêòà íà ýòîì óðîâíå íå âûÿâëÿëîñü, íàïðÿæåíèå ïîä-

íèìàëîñü ñòóïåí÷àòî, ïî 2 êÂ. Ýòà ïðîöåäóðà ïîâòîðÿëàñü ëèáî äî ïîÿâëåíèÿ

ïîñòîÿííî ïîâòîðÿþùèõñÿ ìîùíûõ ×Ð, ëèáî äî âûÿâëåíèÿ ðàçâèòèÿ äåôåêòà.

Ïîñëå ýòîãî áåç èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ 1 ðàç â 10 ìèí ïðîèçâîäèëñÿ ñúåì õà-

ðàêòåðèñòèê ×Ð äî ïðîáîÿ îáðàçöà. Â õîäå ýêñïåðèìåíòîâ ïðè ïîìîùè ïðèáîðà

«ÑÊÈÒ ×Ð» îñóùåñòâëÿëàñü ðåãèñòðàöèÿ îñöèëëîãðàìì ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ,

èõ ôàçîâûõ äèàãðàìì è àìïëèòóäíûõ ñïåêòðîâ. Íà îñíîâàíèè ïîëó÷åííûõ ðå-

çóëüòàòîâ âûÿâëÿëèñü õàðàêòåðíûå îñîáåííîñòè äëÿ äàííîãî âèäà äåôåêòà. Ïî-

ñëå ïðîáîÿ ìîäåëüíîãî îáðàçöà åãî öåëëþëîçíàÿ èçîëÿöèÿ èçó÷àëàñü ñ öåëüþ

îáíàðóæåíèÿ íàãëÿäíûõ ïðèçíàêîâ äåôåêòà èññëåäóåìîãî âèäà äëÿ ïîäòâåðæ-

äåíèÿ êîððåêòíîñòè ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ.

Â õîäå ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ íà ìîäåëè ðàçðÿäà â ìàñëÿíîì êàíàëå

áûëî îïðåäåëåíî, ÷òî äåôåêò äàííîãî âèäà èìååò òðè ñòàäèè ðàçâèòèÿ.

Ïåðâàÿ ñòàäèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ ïîÿâëåíèåì ×Ð, íå ïðèâîäÿùèõ ê íåîáðà-

òèìûì èçìåíåíèÿì â îáðàçöå. Ðàçðÿäû ðàçâèâàþòñÿ â ìàñëÿíîì êàíàëå ïðè íà-

ïðÿæåííîñòÿõ, íåäîñòàòî÷íûõ äëÿ åãî ïîëíîãî ïåðåêðûòèÿ, èìåþò êàæóùèéñÿ

çàðÿä íå áîëåå 300 ïÊë è äëèòåëüíîñòü ôðîíòà èìïóëüñà ïîðÿäêà 10 íñ.

Âòîðàÿ ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ äåôåêòà íàñòóïàåò ïðè óâåëè÷åíèè âîçäåéñòâóþ-

ùåãî íà îáðàçöû íàïðÿæåíèÿ. Ïîÿâëÿþòñÿ ìîùíûå ×Ð, ïåðåêðûâàþùèå ìàñ-

ëÿíûé êàíàë è ìåõàíè÷åñêè âîçäåéñòâóþùèå íà áóìàæíóþ èçîëÿöèþ îáðàçöîâ.

Ðàçðÿä êàê èãëà ïðîêàëûâàåò áóìàãó. Â ðàçû ïî ñðàâíåíèþ ñ ïåðâîé ñòàäèåé

âîçðàñòàåò êàæóùèéñÿ çàðÿä ×Ð, õàðàêòåðíàÿ äëèòåëüíîñòü ôðîíòà èìïóëüñà

×Ð âîçðàñòàåò äî 15–20 íñ (ðèñ. 1).

Ðèñ. 1. Ðàçðÿä â ìàñëÿíîì êàíàëå. Îñöèëëîãðàììà ×Ð âòîðîé ñòàäèè

Âñëåäñòâèå äëèòåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ (60 ìèí è áîëåå) ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ

âòîðîé ñòàäèè ðàçâèòèÿ äåôåêòà ñíèæàåòñÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü òâåðäîé

èçîëÿöèè, ×Ð íà÷èíàþò ðàçâèâàòüñÿ íå òîëüêî â ìàñëå, íî è â áóìàãå, ïðî-

èñõîäèò ðåçêèé ïåðåõîä äåôåêòà â çàêëþ÷èòåëüíóþ, òðåòüþ ñòàäèþ. Ðàçðÿäû

íà÷èíàþò ðàçâèâàòüñÿ ñëîæíûìè êàñêàäàìè: ïîÿâëÿþòñÿ òàê íàçûâàåìûå äëèí-

íûå ðàçðÿäû (äëèòåëüíîñòè ôðîíòà èìïóëüñà ñîñòàâëÿåò îò ñîòåí íàíîñåêóíä

äî 1 ìêñ), íà êîòîðûå íàêëàäûâàþòñÿ «êîðîòêèå» ×Ð âòîðîé ñòàäèè (ðèñ. 2).

Äëèòåëüíîñòü êàñêàäà ñîñòàâëÿåò â ñðåäíåì îò 5 äî 10 ìêñ. Ìàêñèìàëüíûé êà-

æóùèéñÿ çàðÿä ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ äîñòèãàåò 8000 ïÊë. Î÷åâèäíî, ÷òî «êî-

ðîòêèå» ðàçðÿäû â êàñêàäå ñâÿçàíû ñ ïðîöåññàìè â ìàñëå, à «äëèííûå» – â öåë-

ëþëîçíîé èçîëÿöèè, îñëàáëåííîé âîçäåéñòâèåì «êîðîòêèõ». Íåñìîòðÿ íà òî

÷òî «äëèííûå» ×Ð çà÷àñòóþ çíà÷èòåëüíî óñòóïàþò «êîðîòêèì» ïî àìïëèòóäå

êàæóùåãîñÿ çàðÿäà, èõ ïîÿâëåíèå ãîâîðèò î ãëóáîêîì ðàçâèòèè äåôåêòà.

Äëÿ âñåõ ñòàäèé ðàçâèòèÿ ðàçðÿäîâ â ìàñëÿíîì êàíàëå õàðàêòåðíà òðåóãîëü-

íàÿ ôîðìà ôàçîâûõ äèàãðàìì. Ðàçðÿäû ñ ìàêñèìàëüíûì êàæóùèìñÿ çàðÿäîì

ïîÿâëÿþòñÿ ñ íàèáîëüøåé âåðîÿòíîñòüþ â îáëàñòè ýêñòðåìóìîâ ñèíóñîèäû ïî-

äàâàåìîãî íà îáðàçåö íàïðÿæåíèÿ (5 è 15 ìñ) ñî ñìåùåíèåì âïðàâî íà 1–2 ìñ

(íà ðèñ. 3 òðåíäîâûìè ëèíèÿìè îãðàíè÷åíû îáëàñòè, ïîÿâëåíèå ×Ð â êîòîðûõ

íàèáîëåå âåðîÿòíî). Àìïëèòóäíûå ñïåêòðû íà âñåõ ñòàäèÿõ ðàçâèòèÿ äåôåêòà

äàííîãî âèäà òàêæå èìåþò ñõîæóþ ìåæäó ñîáîé ôîðìó: íàèáîëüøàÿ ÷àñòîòà

ñëåäîâàíèÿ õàðàêòåðíà äëÿ ðàçðÿäîâ ñ ìèíèìàëüíûì êàæóùèìñÿ çàðÿäîì; ñ ðî-

ñòîì çàðÿäà ÷àñòîòà ïàäàåò ïî êðèâîé, íàïîìèíàþùåé ýêñïîíåíòó.

Ðèñ. 2. Ðàçðÿä â ìàñëÿíîì êàíàëå.

Îñöèëëîãðàììà êàñêàäà ×Ð òðåòüåé ñòàäèè

Ðèñ. 3. Ðàçðÿä â ìàñëÿíîì êàíàëå.

Ôàçîâàÿ äèàãðàììà ×Ð âòîðîé ñòàäèè

Â õîäå ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ íà ìîäåëè ðàçðÿäà â ìàñëÿíîì êëèíå

âûÿâëåíî, ÷òî íà÷àëüíàÿ ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ ×Ð â äåôåêòàõ äàííîãî âèäà (àíàëî-

ãè÷íàÿ îáðàçöàì ìàñëÿíîãî êàíàëà) ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò. Ïåðâàÿ ñòàäèÿ

îïðåäåëÿåòñÿ ðåçêèì ïîÿâëåíèåì ïîñòîÿííî ñëåäóþùèõ ×Ð ñ îïàñíûì êàæó-

ùèìñÿ çàðÿäîì (áîëåå 1000 ïÊë). Ðàçðÿäû ðàçâèâàþòñÿ êàñêàäàìè, ñîäåðæà-

ùèìè áîëåå 10 ×Ð (ðèñ. 4). Äëèòåëüíîñòü êàñêàäà ñîñòàâëÿåò â ñðåäíåì îò 5

äî 10 ìêñ. Îñíîâíàÿ ìàññà ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ â òàêèõ êàñêàäàõ ïðåäñòàâëÿåò

ñîáîé íàëîæåíèå «êîðîòêèõ» èìïóëüñîâ íà «äëèííûå» ëèáî òîëüêî îòäåëüíûå

«äëèííûå» èìïóëüñû. Äëèòåëüíîñòü ôðîíòà «äëèííûõ» èìïóëüñîâ ñîñòàâëÿåò

ïîðÿäêà 100 íñ, «êîðîòêèõ» 15–20 íñ. Ñ ðàçâèòèåì äåôåêòà äîëÿ îòäåëüíûõ

«äëèííûõ» èìïóëüñîâ â êàñêàäå âîçðàñòàåò. Íàèáîëåå âåðîÿòíûì ïðåäñòàâ-

ëÿåòñÿ, ÷òî «êîðîòêèå» èìïóëüñû ñâÿçàíû ñ ïåðåêðûòèåì ìàñëÿíîãî êëèíà, à

«äëèííûå» – ñ ðàçðÿäíûìè ïðîöåññàìè â öåëëþëîçå. Ïðè ðàçâèòèè äåôåêòà

äàííîãî âèäà «äëèííûå» ×Ð íà ïîðÿäîê óñòóïàþò «êîðîòêèì» ïî àìïëèòóäå

êàæóùåãîñÿ çàðÿäà, íî, íåñìîòðÿ íà ýòî, èõ ïîÿâëåíèå ñâèäåòåëüñòâóåò î ãëó-

áîêîì ðàçâèòèè äåôåêòà.

Ðèñ. 4. Ðàçðÿä â ìàñëÿíîì êëèíå. Îñöèëëîãðàììà êàñêàäà ×Ð ïåðâîé ñòàäèè

Äëÿ âñåõ ñòàäèé ðàçâèòèÿ ðàçðÿäîâ â ìàñëÿíîì êëèíå õàðàêòåðíà ôàçîâàÿ

äèàãðàììà, ïî ôîðìå íàïîìèíàþùàÿ äâà òðåóãîëüíèêà. Êîëè÷åñòâî è êàæó-

ùèéñÿ çàðÿä ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ âîçðàñòàþò ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ ê àìïëèòóä-

íîìó çíà÷åíèþ ïîäàâàåìîãî ñèíóñîèäàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, îäíàêî â îáëàñòè

ïåðåä ýêñòðåìóìàìè ïðîèñõîäèò íåêèé ïðîâàë, çàòåì ðîñò ÷àñòîòû ñëåäîâàíèÿ

è êàæóùåãîñÿ çàðÿäà ïîâòîðÿåòñÿ (íà ðèñ. 5 òðåíäîâûìè ëèíèÿìè îãðàíè÷åíû

îáëàñòè, ïîÿâëåíèå ×Ð â êîòîðûõ íàèáîëåå âåðîÿòíî). Àìïëèòóäíûå ñïåêòðû

íà âñåõ ñòàäèÿõ ðàçâèòèÿ äåôåêòà äàííîãî âèäà òàêæå èìåþò ñõîæóþ ìåæäó

ñîáîé ôîðìó, àíàëîãè÷íóþ ïðåäûäóùåé ìîäåëè.

Ðèñ. 5. Ðàçðÿä â ìàñëÿíîì êëèíå. Ôàçîâàÿ äèàãðàììà ×Ð ïåðâîé ñòàäèè

Âñëåäñòâèå ïðîäîëæèòåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ ðàçðÿäîâ â ìàñëÿíîì êëèíå ðàç-

âèòèå äåôåêòà ïåðåõîäèò â çàêëþ÷èòåëüíóþ, âòîðóþ ñòàäèþ, êîòîðàÿ îòëè÷à-

åòñÿ îò ïåðâîé òîëüêî ïîâûøåíèåì â íåñêîëüêî ðàç ÷àñòîòû ñëåäîâàíèÿ ×Ð,

â ñâÿçè ñ ÷åì ïðîáîé îáðàçöà ïîä äåéñòâèåì ×Ð âòîðîé ñòàäèè ïðîèñõîäèò â

òå÷åíèå î÷åíü êîðîòêîãî ïðîìåæóòêà âðåìåíè (äî 5 ìèí).

Â õîäå ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ íà ìîäåëè ñêîëüçÿùåãî ðàçðÿäà âûÿâëåíî,

÷òî íà÷àëüíàÿ ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ ×Ð â äåôåêòàõ äàííîãî âèäà, êàê è â ñëó÷àå ðàçâè-

òèÿ ðàçðÿäà â ìàñëÿíîì êëèíå, ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò. Ïîÿâèâøèåñÿ ïîñòîÿííî

ñëåäóþùèå ÷àñòè÷íûå ðàçðÿäû îáëàäàþò îñîáî îïàñíûì êàæóùèìñÿ çàðÿäîì (äî-

ñòèãàåò 10 000 ïÊë è áîëåå) è äëèòåëüíîñòüþ ôðîíòà èìïóëüñà 10–20 íñ (ðèñ. 6).

Äàëüíåéøåå ðàçâèòèå äåôåêòà (îò ïîÿâëåíèÿ ìîùíûõ ×Ð äî ïðîáîÿ ïðîõîäèò

ïîðÿäêà 30 ìèí) ìîæíî îòñëåäèòü ïî ôàçîâûì äèàãðàììàì. Îíî ïðîèñõîäèò ïî-

ñòåïåííî, ÿðêî âûðàæåííûõ ñòàäèé ðàçâèòèÿ íå íàáëþäàåòñÿ. Ñíà÷àëà ðàçðÿäû

ñ ìàêñèìàëüíûì êàæóùèìñÿ çàðÿäîì ïîÿâëÿþòñÿ ñ íàèáîëüøåé âåðîÿòíîñòüþ â

îáëàñòè ýêñòðåìóìîâ ñèíóñîèäû ïîäàâàåìîãî íà îáðàçåö íàïðÿæåíèÿ. Çàòåì ýòà

îáëàñòü ïîñòåïåííî ðàñøèðÿåòñÿ è çàõâàòûâàåò ïðàêòè÷åñêè âñþ ñèíóñîèäó (îá-

ëàñòü ïîìå÷åíà îâàëàìè íà ðèñ. 7, á). Òàêæå ãëóáîêîìó ðàçâèòèþ äåôåêòà äàííîãî

âèäà ñîîòâåòñòâóåò ïîÿâëåíèå íà àìïëèòóäíîì ñïåêòðå íåñêîëüêèõ ýêñòðåìóìîâ:

ìàêñèìàëüíîå êîëè÷åñòâî ×Ð âûïàäàåò íà ðàçðÿäû ñ ìèíèìàëüíûì êàæóùèìñÿ

çàðÿäîì, äâà ïîñëåäóþùèõ ýêñòðåìóìà ñîîòâåòñòâóþò îáëàñòÿì ñêîïëåíèÿ ìîù-

íûõ ×Ð íà ïîëîæèòåëüíîì è îòðèöàòåëüíîì ïîëóïåðèîäå ïîäàâàåìîãî íà îáðàçåö

ñèíóñîèäàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ (ðèñ. 8). Íàèáîëåå âåðîÿòíûì ïðåäñòàâëÿåòñÿ, ÷òî

äåôåêò äàííîãî âèäà ðàçâèâàåòñÿ ïî ñëåäóþùåìó ìåõàíèçìó. Â íà÷àëå ðàçâèòèÿ

ñêîëüçÿùèå ðàçðÿäû ïðîáåãàþò ðàçëè÷íóþ äëèíó è ñîîòâåòñòâåííî èìåþò ðàç-

ëè÷íûé êàæóùèéñÿ çàðÿä (âåëè÷èíà êàæóùåãîñÿ çàðÿäà ïðè ðàçâèòèè ×Ð â âèäå

ñêîëüçÿùåãî ðàçðÿäà çàâèñèò îò äëèíû åãî ïðîáåãà ïî ïîâåðõíîñòè êàðòîíà). Ìàê-

ñèìàëüíàÿ äëèíà îïðåäåëÿåòñÿ íàïðÿæåííîñòüþ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ.

Ðèñ. 6. Ñêîëüçÿùèé

ðàçðÿä

Ðèñ. 7. Ñêîëüçÿùèé ðàçðÿä. Ôàçîâûå äèàãðàììû:

à – íà÷àëî ðàçâèòèÿ äåôåêòà; á – ãëóáîêîå ðàçâèòèå

Ðèñ. 8. Ñêîëüçÿùèé ðàçðÿä, ãëóáîêîå ðàçâèòèå. Àìïëèòóäíûé ñïåêòð

Â äàëüíåéøåì ïîä äåéñòâèåì ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ íà ïîâåðõíîñòè êàðòîíà

îáðàçóþòñÿ íàóãëåðîæåííûå ïðîâîäÿùèå êàíàëû, îòõîäÿùèå îò êðàÿ âåðõíåãî

ýëåêòðîäà, ïðîèñõîäèò âûíîñ ïîòåíöèàëà ýëåêòðîäà íà èõ êîíöû, è ×Ð íà÷èíà-

þò ðàçâèâàòüñÿ óæå ñ êîíöîâ ýòèõ êàíàëîâ, ÷òî óâåëè÷èâàåò âåðîÿòíîñòü ïðî-

áåãà ñêîëüçÿùåãî ðàçðÿäà ïî ïîâåðõíîñòè êàðòîíà íà ìàêñèìàëüíóþ äëèíó. Ñ

ðàçâèòèåì ïðîâîäÿùèõ êàíàëîâ ðàñòåò äîëÿ ×Ð ñ ìàêñèìàëüíûì êàæóùèìñÿ

çàðÿäîì, ÷òî è íàáëþäàåòñÿ íà ôàçîâûõ äèàãðàììàõ è àìïëèòóäíûõ ñïåêòðàõ.

Ïî ìåðå óãëóáëåíèÿ ïðîâîäÿùèõ êàíàëîâ ñíèæàåòñÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü

öåëëþëîçû. Íàðÿäó ñ «êîðîòêèìè» ïîÿâëÿþòñÿ «äëèííûå» ðàçðÿäû, àíàëîãè÷-

íûå îïèñàííûì ïðè èçó÷åíèè ðàçðÿäîâ â ìàñëÿíîì êëèíå.

Â õîäå ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ íà ìîäåëè ïîëçóùåãî ðàçðÿäà âûÿâëå-

íî, ÷òî íà÷àëüíàÿ ñòàäèÿ ðàçâèòèÿ ×Ð â äåôåêòàõ äàííîãî âèäà, êàê è â äâóõ

ïðåäûäóùèõ ñëó÷àÿõ, ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò. Ðàçðÿäû íà÷èíàþò ðàçâèâàòüñÿ

ñëîæíûìè êàñêàäàìè: ïîÿâëÿþòñÿ ìîùíûå (ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ òûñÿ÷ ïèêî-

êóëîí) «äëèííûå» (ïîðÿäêà ñîòåí íàíîñåêóíä) ðàçðÿäû, íà êîòîðûå íàêëàäû-

âàþòñÿ «êîðîòêèå» ×Ð äëèòåëüíîñòüþ îò 20 äî 40 íñ. Äëèòåëüíîñòü êàñêàäà

ñîñòàâëÿåò â ñðåäíåì îò 5 äî 10 ìêñ.

Íàèáîëåå âåðîÿòíûì ïðåäñòàâëÿåòñÿ, ÷òî äåôåêò äàííîãî âèäà ðàçâèâàåò-

ñÿ ïî ñëåäóþùåìó ìåõàíèçìó. Âíà÷àëå ïðè ïîÿâëåíèè ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ

áîëüøàÿ èõ ÷àñòü ÿâëÿåòñÿ ñêîëüçÿùèìè. Çàòåì ïîä äåéñòâèåì íîðìàëüíîé

ñîñòàâëÿþùåé íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íà÷èíàåò ôîðìèðîâàòüñÿ

íàóãëåðîæåííûé êàíàë ïîëçóùåãî ðàçðÿäà â òîëùå êàðòîíà. Îí øóíòèðóåò

ñêîëüçÿùèå ðàçðÿäû è âûíîñèò ïîòåíöèàë ñ âåðõíåãî ýëåêòðîäà â òîëùó èçî-

ëÿöèè. Âåëè÷èíà êàæóùåãîñÿ çàðÿäà ïåðâîãî è íàèáîëåå ìîùíîãî â êàñêàäå

÷àñòè÷íîãî ðàçðÿäà ïðè ðàçâèòèè ×Ð â âèäå ïîëçóùåãî ðàçðÿäà îïðåäåëÿåòñÿ

äëèíîé ïåðåêðûâàåìîãî ïðîìåæóòêà â òîëùå êàðòîíà, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü,

îïðåäåëÿåòñÿ äëèíîé âîëîêîí öåëëþëîçû.

Ðèñ. 9. Ïîëçóùèé ðàçðÿä

Ïîýòîìó íàèáîëåå ìîùíûå ×Ð ïðè ðàçâèòèè ïîëçóùåãî ðàçðÿäà ëîêàëèçó-

þòñÿ íà îïðåäåëåííîì óðîâíå êàæóùåãîñÿ çàðÿäà. Ýòî íàáëþäàåòñÿ íà ôàçîâûõ

äèàãðàììàõ è àìïëèòóäíûõ ñïåêòðàõ, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ îò ñëó÷àÿ ñêîëüçÿ-

ùåãî ðàçðÿäà ïðàêòè÷åñêè ïîëíûì ñîñðåäîòî÷åíèåì ×Ð íà îïðåäåëåííûõ óðîâ-

íÿõ êàæóùåãîñÿ çàðÿäà.

Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ïðè ðàçâèòèè õàðàêòåðíûõ äëÿ

òðàíñôîðìàòîðíîé èçîëÿöèè äåôåêòîâ íàáëþäàþòñÿ ÷àñòè÷íûå ðàçðÿäû, èìå-

þùèå ðàçíóþ êðóòèçíó ôðîíòà èìïóëüñîâ â äèàïàçîíå îò åäèíèö íàíîñåêóíä

äî åäèíèö ìèêðîñåêóíä. Ïðè ýòîì èìïóëüñû ñ äëèííûì ôðîíòîì ìîãóò èìåòü

ìàëóþ àìïëèòóäó, íî ÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå îïàñíûìè, òàê êàê ïîÿâëÿþòñÿ íà çà-

êëþ÷èòåëüíîé ñòàäèè ðàçâèòèÿ äåôåêòîâ. Â ýòèõ óñëîâèÿõ èñïîëüçîâàíèå âûñî-

êî÷àñòîòíîé èçìåðèòåëüíîé àïïàðàòóðû ïðèâîäèò ê ïîëó÷åíèþ ñóùåñòâåííûõ

îøèáîê ïðè èçìåðåíèÿõ è â ðÿäå ñëó÷àåâ ê íåâîçìîæíîñòè âûÿâëåíèÿ îïàñ-

íûõ äåôåêòîâ. Â õîäå èññëåäîâàíèé áûëè ïîëó÷åíû íåêîòîðûå îòëè÷èòåëüíûå

ïðèçíàêè äåôåêòîâ è ñòàäèé èõ ðàçâèòèÿ, êîòîðûå ìîãóò ÿâëÿòüñÿ êðèòåðèÿìè

èäåíòèôèêàöèè äåôåêòà ïî õàðàêòåðèñòèêàì ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ.

Äëÿ èññëåäîâàíèÿ èñêàæåíèÿ ñèãíàëà ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ ïðè ïðîõîæäå-

íèè âäîëü îáìîòêè ê èçìåðèòåëüíîìó ýëåìåíòó áûëà ñîñòàâëåíà ýêâèâàëåíò-

íàÿ ñõåìà èçìåðåíèÿ ×Ð, ïàðàìåòðû êîòîðîé áûëè ðàññ÷èòàíû ïî êàòàëîæíûì

äàííûì òðàíñôîðìàòîðà òèïà ÒÐÄÖÍ-63000/220. Â êà÷åñòâå ðàñ÷åòíîãî ïàðà-

ìåòðà èñïîëüçîâàëñÿ «êîýôôèöèåíò äîñòîâåðíîñòè», ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé

îòíîøåíèå âåëè÷èíû êàæóùåãîñÿ çàðÿäà, èçìåðåííîãî íà èçìåðèòåëüíîì èì-

ïåäàíñå (q

×Ð1

), ê âåëè÷èíå êàæóùåãîñÿ çàðÿäà, ââîäèìîãî â îáìîòêó (q

×Ð0

). Â

èäåàëå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà äîñòîâåðíîñòè äîëæíî ñîñòàâëÿòü åäèíèöó.

Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïîêàçàëè, ÷òî îáùèé óðîâåíü äîñòîâåðíîñòè èçìåðå-

íèé õàðàêòåðèñòèê ×Ð äàæå áåç ó÷åòà âíåøíèõ ïîìåõ äîñòàòî÷íî íèçêèé (ñì.

òàáëèöó, ñëó÷àé áåç ôèëüòðà).

Êîýôôèöèåíòû äîñòîâåðíîñòè èçìåðåíèé ×Ð äëÿ ñëó÷àåâ èñïîëüçîâàíèÿ

ñ ôèëüòðàìè è áåç ôèëüòðà â èçìåðèòåëüíîé öåïè

ß÷åéêà

×Ð

íñ

tr =

= 20 íñ

tr =

= 60 íñ

tr =

= 100 íñ

tr =

= 20 íñ

tr =

= 60 íñ

tr =

= 100 íñ

Áåç ôèëüòðà Ïàññèâíûé òðåõñòóïåí÷àòûé RC-

ôèëüòð ñ ÷àñòîòîé ñðåçà 200 êÃö

1 10 0,003 0,013 0,022 0,12 0,12 0,12

100 0,002 0,007 0,012 0,12 0,12 0,12

1000 0,001 0,005 0,009 0,12 0,12 0,12

6 10 0,033 0,127 0,215 0,67 0,67 0,67

100 0,019 0,074 0,125 0,67 0,67 0,67

1000 0,009 0,035 0,059 0,67 0,67 0,67

10 10 0,118 0,453 0,767 1,00 1,00 1,00

100 0,068 0,260 0,441 1,00 1,00 1,00

1000 0,017 0,067 0,113 1,00 1,00 1,00

Îøèáêà ïðè èçìåðåíèÿõ ìåíåå ÷åì íà ïîðÿäîê âîçìîæíà òîëüêî â ñëó÷àå

ðàçâèòèÿ ðàçðÿäîâ â áëèæàéøåé ê ââîäó ÷àñòè îáìîòêè, ó çàçåìëåííîãî êðàÿ

îáìîòêè îøèáêà ñîñòàâëÿåò íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ. Êðîìå òîãî, îáíàðóæèâàåòñÿ

ñóùåñòâåííàÿ çàâèñèìîñòü äîñòîâåðíîñòè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé îò äëèòåëü-

íîñòè ôðîíòà èìïóëüñà ÷àñòè÷íîãî ðàçðÿäà. Â çàâèñèìîñòè îò äëèòåëüíîñòè

ôðîíòà èìïóëüñà ×Ð ðàçëè÷èå â äîñòîâåðíîñòè èçìåðåíèÿ ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ

âíóòðè îäíîé ÿ÷åéêè ìîæåò ñîñòàâëÿòü îò 2 (äëÿ ïåðâîé ÿ÷åéêè) äî 7 (äëÿ äå-

ñÿòîé ÿ÷åéêè) ðàç. Â ðåçóëüòàòå, ó÷èòûâàÿ ÷òî â ðÿäå ñëó÷àåâ «äëèííûå» ×Ð

èìåþò êàæóùèéñÿ çàðÿä, íà ïîðÿäîê ìåíüøèé «êîðîòêèõ», ðåãèñòðàöèÿ «äëèí-

íûõ» ×Ð ñòàíîâèòñÿ êðàéíå çàòðóäíèòåëüíîé, ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíîé.

Ìåæäó òåì íàëè÷èå èìåííî «äëèííûõ» ðàçðÿäîâ ñâèäåòåëüñòâóåò î íàèáîëåå

ãëóáîêîì ðàçâèòèè äåôåêòà – ðàçðÿäàõ â öåëëþëîçå. Êðîìå òîãî, â ðåçóëüòàòå

çàâèñèìîñòè äîñòîâåðíîñòè èçìåðåíèé îò ôðîíòà èìïóëüñà ÷àñòè÷íîãî ðàçðÿäà

ñåðüåçíî íàðóøàåòñÿ ãåîìåòðèÿ ðèñóíêîâ ôàçîâûõ äèàãðàìì è àìïëèòóäíûõ

ñïåêòðîâ. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ïîâûøåíèÿ îáùåé äèàãíîñòè÷åñêîé öåííîñòè

ýëåêòðè÷åñêîãî ìåòîäà èçìåðåíèÿ ×Ð è âîçìîæíîñòè óñïåøíîãî ïðèìåíåíèÿ

âûÿâëåííûõ êðèòåðèåâ èäåíòèôèêàöèè äåôåêòîâ ïî õàðàêòåðèñòèêàì ×Ð íå-

îáõîäèìî ïîâûñèòü îáùèé óðîâåíü äîñòîâåðíîñòè èçìåðåíèÿ ÷àñòè÷íûõ ðàç-

ðÿäîâ è ìèíèìèçèðîâàòü çàâèñèìîñòü äîñòîâåðíîñòè îò äëèòåëüíîñòè ôðîíòà

èìïóëüñà ×Ð.

Ðàñ÷åòû ïîêàçàëè, ÷òî íàèáîëåå ýôôåêòèâíî ñ äàííûìè çàäà÷àìè ñïðàâëÿ-

þòñÿ íèçêî÷àñòîòíûå ôèëüòðû (ñì. òàáëèöó, ñëó÷àé èñïîëüçîâàíèÿ ôèëüòðà).

Òàê, òðåõñòóïåí÷àòûé ïàññèâíûé RC-ôèëüòð ñ ÷àñòîòîé ñðåçà 200 êÃö ïîçâî-

ëÿåò ñóùåñòâåííî ïîâûñèòü îáùóþ äîñòîâåðíîñòü èçìåðåíèé ×Ð (â äåñÿòîé

ÿ÷åéêå èìååì îïòèìàëüíûå êîýôôèöèåíòû, â ïåðâîé – çàòóõàíèå íå ïðåâûøàåò

îäíîãî ïîðÿäêà) è ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ èñêëþ÷èòü çàâèñèìîñòü äîñòîâåð-

íîñòè îò äëèòåëüíîñòè ôðîíòà èìïóëüñà ×Ð.

Â ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè ðàç-

âèòèè õàðàêòåðíûõ äëÿ òðàíñôîðìàòîðíîé èçîëÿöèè äåôåêòîâ íàáëþäàåòñÿ ñó-

ùåñòâåííîå (áîëåå äâóõ ïîðÿäêîâ) èçìåíåíèå äëèòåëüíîñòè ôðîíòà èìïóëüñîâ

÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ, ïðè ýòîì ðàçðÿäû ñ áîëüøèì ôðîíòîì ÿâëÿþòñÿ áîëåå

îïàñíûìè, íåñìîòðÿ íà ìåíüøóþ èõ âåëè÷èíó. Ïðè ïðîõîæäåíèè èìïóëüñîâ

âäîëü îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà èìïóëüñû ñ ðàçëè÷íîé äëèòåëüíîñòüþ ôðîíòà

ñîçäàþò íà èçìåðèòåëüíîì ýëåìåíòå (ïðè èñïîëüçîâàíèè âûñîêî÷àñòîòíîé èç-

ìåðèòåëüíîé àïïàðàòóðû) ñèãíàëû ñóùåñòâåííî ðàçíîé àìïëèòóäû, ÷òî ïðèâî-

äèò ê áîëüøèì ïîãðåøíîñòÿì èçìåðåíèé. Èñõîäÿ èç ýòîãî, èñïîëüçîâàíèå âû-

ñîêî÷àñòîòíîé àïïàðàòóðû äëÿ êîíòðîëÿ èçîëÿöèè ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðîâ

ìàëîýôôåêòèâíî.

Â äàííîé ðàáîòå â ðåçóëüòàòå ïðîâåäåíèÿ îïûòîâ íà ìîäåëüíûõ îáðàçöàõ

èçîëÿöèè ïîëó÷åíû îòëè÷èòåëüíûå ïðèçíàêè èäåíòèôèêàöèè äåôåêòîâ òðàíñ-

ôîðìàòîðîâ ïî õàðàêòåðèñòèêàì ÷àñòè÷íûõ ðàçðÿäîâ. Íà ïðèìåðå òðàíñôîðìà-

òîðîâ òèïà ÒÐÄÖÍ-63000/220 ïîäîáðàíû îïòèìàëüíûå ïàðàìåòðû èçìåðèòåëü-

íîé öåïè, ÷òî ïîçâîëÿåò óéòè îò âëèÿíèÿ äëèòåëüíîñòè ôðîíòà èìïóëüñà ×Ð

íà äîñòîâåðíîñòü èçìåðåíèé, ìàêñèìàëüíî òî÷íî ïåðåäàâàòü ãåîìåòðè÷åñêèé

ðèñóíîê ôàçîâûõ äèàãðàìì è äèôôåðåíöèàëüíûõ ñïåêòðîâ è òåì ñàìûì ýôôåê-

òèâíî ïðèìåíÿòü âûÿâëåííûå êðèòåðèè. Êðîìå òîãî, â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ

ôèëüòðà ñ ïðèâåäåííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè çíà÷èòåëüíî ïîâûøàåòñÿ îáùèé

óðîâåíü äîñòîâåðíîñòè èçìåðåíèé, ìàêñèìàëüíî ïîâûøàåòñÿ äîñòîâåðíîñòü

èçìåðåíèÿ íàèáîëåå îïàñíûõ «äëèííûõ» ×Ð. Ïðèìåíåíèå âûÿâëåííûõ êðèòå-

ðèåâ èäåíòèôèêàöèè äåôåêòîâ â ñî÷åòàíèè ñ ìåðàìè ïî ïîâûøåíèþ äîñòîâåð-

íîñòè èçìåðåíèÿ ×Ð ïîçâîëÿåò ìàêñèìàëüíî èñïîëüçîâàòü äèàãíîñòè÷åñêèå

âîçìîæíîñòè äàííîãî ìåòîäà, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, äàåò âîçìîæíîñòü óñêîðèòü,

óïðîñòèòü, óäåøåâèòü ïîèñê äåôåêòîâ â ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðàõ è â êîíå÷-

íîì ñ÷åòå ïîâûñèòü íàäåæíîñòü èõ ðàáîòû.

DIELECTRIC FREQUENCY RESPONSE

AND TEMPERATURE DEPENDENCE OF POWER FACTOR

M. Karlstrom, M. Ohlen, P. Werelius,

Company MEGGER Ltd

Introduction

With an aging power component population, today’s electrical utility industry

faces a tough challenge as failures and consequent repair and revenue loss may

inflict major costs. Transformers have become one of the most mission critical co-

mponents in the electrical grid. The need for reliable diagnostic methods drives the

world’s leading experts to evaluate new technologies that improve reliability and

optimize the use of the power network.

The condition of the insulation is an essential aspect for the operational relia-

bility of electrical power transformers, generators, cables and other high voltage

equipment. Transformers with high moisture content can not without risk sustain

higher loads. Bushings and cables with high dissipation factor at high temperature

can explode due to “thermal runaway”.

On the other hand it is also very important to identify “good” units in the ag-

ing population of equipment. Adding just a few operating years to the expected

end-of-life for a transformer or cable means substantial cost savings for the power

company.

Traditional Dissipation Factor Measurements

The most common insulation diagnostic test is measuring capacitance and pow-

er factor at 50/60 Hz. This is the standard test performed whenever there is a need

for investigating insulation properties. Most tests are done at 10 kV and operating

temperature but there are also tests with variable voltage (tip-up) as well as tests

where power factor versus temperature is measured. Analysis is based on (historic-

al) statistics and comparing factory values. Since insulation properties are pending

temperature, temperature compensation has to be used for measurements not per-

formed at 20 °C, this is normally achieved by using temperature correction table

values for certain classes of devices [1].

In IEEE 62-1995, typical power factor measurement values for transformers and

bushings are categorized.

Table 1

TYPICAL POWER FACTOR VALUES (IEEE)

Typical power factor values @ 20 °C

“New”, % “Old”, % Warning-alert limit, %

Power transformers, oil insulated 0,2–0,4 0,3–0,5 > 0,5

Bushings 0,2–0,3 0,3–0,5 > 0,5

Typical temperature corrections are shown in Fig 1.

Fig. 1. Typical power factor temperature corrections