Датчики для измерения частичных разрядов, конструкция, область применения. Градуировочные калибраторы и тестовое оборудование Русов В. А. ООО «DIMRUS»
Датчики частичных разрядов в изоляции для высоковольтного электротехнического оборудования Важным элементом всех систем измерения частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования являются первичные датчики. Жесткие требования, предъявляемые к датчикам ЧР, кроме необходимости обеспечения очень высокой чувствительности, обусловлены двумя особенностями – частичные разряды происходят в наименее доступном месте – в высоковольтных цепях, и кроме того, в высоковольтном оборудовании вообще мало мест, где такие датчики могут быть установлены. Наиболее часто используемые датчики для измерения частичных разрядов в высоковольтной изоляции, по принципу своего действия, можно разделить на пять основных групп: - Высоковольтные конденсаторы связи. - Высокочастотные трансформаторы тока. - Емкостные датчики. - Электромагнитные антенны. - Акустические датчики частичных разрядов. Для каждого типа высоковольтного оборудования существуют «свои» датчики, оптимально подходящие по своему принципу действия и конструктивным параметрам.
Измерительные конденсаторы связи Требования к высоковольтным конденсаторам связи Измерительные конденсаторы связи подключаются к полному напряжению высоковольтного оборудования, поэтому к нему применяются очень жесткие требования с точки зрения надежности и безопасности эксплуатации в рабочих и специальных режимах. 1. Конденсатор связи должен обладать такой же электрической стойкостью к испытательным и импульсным воздействиям, как и основная изоляция контролируемого оборудования, или изоляция опорных изоляторов, которые они заменяют. 2. Используемый в конденсаторе связи диэлектрик должен обеспечивать работу конденсаторов в достаточно широком температурном диапазоне. 3. При использовании составных конденсаторов связи должна обеспечиваться возможность их подключения к постоянному напряжению, для чего внутри предусматриваются специальные выравнивающие элементы. 4. Для возможности установки конденсаторов связи вместо опорных изоляторов они должны обладать стандартными геометрическими размерами, и допускать приложение к ним нормированных нагрузок. 5. В нижнем плече емкостного делителя, составленного из конденсатора связи, должен находится также емкостный элемент.
Измерительные конденсаторы связи Конденсаторы связи для индикаторов напряжения Измерительные конденсаторы связи марки «CC-xx/I» (Coupling Capacitor, Indicator type) устанавливаются на место стандартных опорных изоляторов на шинах с напряжением 6 ÷ 36 к. В. При помощи конденсаторов связи «CC-xx/I» в КРУ решаются два основных вопроса: - обеспечивается энергонезависимая индикация наличия высокого напряжения на контролируемых шинах; - может производиться регистрация частичных разрядов в изоляции КРУ и отходящих кабельных линий. Конденсаторы «CC-xx/I» обычно выпускаются на рабочее напряжение 12 ÷ 36 к. В, и имеют рабочую емкость 20 ÷ 10 пф. Чем выше рабочее напряжение конденсатора, тем меньше должна быть его емкость, что позволяет использовать универсальные индикаторные приборы. Для регистрации частичных разрядов в КРУ применяются специализированные измерительные приборы, рассчитанные на малую емкость конденсаторов серии «I» , например, защитное реле «IDR-10» .
Измерительные конденсаторы связи Конденсаторы связи со слюдяным диэлектриком Измерительные конденсаторы связи со слюдяным диэлектриком марки «CC-xx/M» (Coupling Capacitor, Motor type) в основном предназначены для контроля изоляции обмоток статоров крупных электрических машин, генераторов и электродвигателей с рабочим напряжением 6 ÷ 36 к. В. Конденсаторы «CC-xx/M» выпускаются на рабочее напряжение 6 ÷ 36 к. В, и для всех классов напряжений имеют величину емкости в 80 пф. Такая величина является своеобразным стандартом для слюдяных конденсаторов связи, используемых для регистрации частичных разрядов в электрических машинах. Достоинствами слюдяной изоляции является ее высокое качество и электрическая прочность, а также широкий температурный диапазон работы. Недостатками конденсаторов со слюдяной изоляцией являются их сравнительно высокая стоимость и невозможность создания конденсаторов с большим значением емкости.
Измерительные конденсаторы связи Конденсаторы с полимерным и керамическим диэлектриком Измерительные конденсаторы связи с полимерным или керамическим диэлектриком марки «CC-xx/U» (Coupling Capacitor, Universal type) предназначены для контроля частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования, там, где нужна повышенная чувствительность. Конденсаторы «CC-xx/U» выпускаются на рабочее напряжение 6 ÷ 36 к. В, и имеют величину емкости от 500 до 2000 п. Ф. Чем больше величина емкости конденсатора связи, тем выше его чувствительность для частичных разрядов, и меньше влияние помех, наводимых в соединительных кабелях. Эксплуатационные свойства таких конденсаторов связи определяются типом диэлектрика элементарных конденсаторов, из которых сделана внутренняя сборка, залитая эпоксидным компаундом.
Высокочастотные трансформаторы тока Особенности конструкции и применения Высокочастотные трансформаторы тока марки «RFCT» (Radio Frequency Current Transformer), предназначены для бесконтактной регистрации частичных разрядов в различном высоковольтном оборудовании в HF диапазоне частот. По этой причине у некоторых фирм изготовителей таких датчиков используется обозначение «HFCT» . Конструктивно датчики «RFCT» похожи на обычные измерительные трансформаторы тока, но вместо ферромагнитного сердечника в них используются высокочастотные ферриты. Датчики марки «RFCT» всегда устанавливаются на заземленных частях оборудования, или на проводниках заземления. Изготовить такой датчик с изоляцией более 1000 В достаточно сложно и дорого. Изготавливаются конструктивно различные датчики типа «RFCT» : - неразъемные кольцевые датчики, обычно стационарного применения; - разъемные датчики для стационарного применения; - разъемные быстросъемные датчики – токовые клещи. - комбинированные датчики, с измерением нескольких параметров. При проведении измерений частичных разрядов при помощи датчиков типа «RFCT» наиболее просто можно провести градуировку измерительной цепи.
Высокочастотные трансформаторы тока Конструктивные исполнения Датчик марки «RFCT-1» с неразъемным сердечником имеет универсальное применение, используется для контроля изоляции практически во всех типах высоковольтного оборудования. Датчик, в соответствии с техническим заданием, выпускается с коаксиальными разъемами различного типа, или с уже подключенным измерительным коаксиальным кабелем необходимой длины. Датчик частичных разрядов марки «RFCT-2» с встроенным высокочастотным трансформатором и разделительным конденсатором предназначен для измерения импульсов частичных между двумя элементами конструкции, между которыми возможно возникновение потенциала в несколько вольт. Например, при помощи этого датчика можно измерять частичные разряды между корпусом генератора и корпусом шинопровода.
Высокочастотные трансформаторы тока Конструктивные исполнения Датчик марки «RFCT-3» представляет собой изолирующий высокочастотный трансформатор в корпусе. С его помощью можно гальванически разделять цепи, имеющие небольшую разность потенциалов. Трансформатор используется при многоканальном измерении частичных разрядов в высоковольтном оборудовании при использовании нескольких датчиков. Датчик частичных разрядов марки «RFCT-4» имеет разъемный ферритовый сердечник большого диаметра, что позволяет монтировать его на проводниках и шинах большого сечения. Поскольку сечение сердечника датчика «RFCT-4» уже достаточно велико, то во вторичной цепи могут наводиться высокочастотные импульсы с большой энергией, например, при коммутационных процессах. Для защиты входных цепей измерительных приборов от таких мощных импульсов внутрь датчика встроена специализированная защита.
Высокочастотные трансформаторы тока Конструктивные исполнения Датчик марки «RFCT-5» , по своей конструкции, является компактными высокочастотными токовыми клещами, предназначенными для оперативной регистрации ЧР в проводниках заземления. Датчик имеет универсальное применение, используется для контроля частичных разрядов в изоляции любого высоковольтного оборудования. Датчик марки «RFCT-6» является индикаторным устройством для оперативной регистрации ЧР в проводниках и на поверхности корпусов высоковольтного оборудования. С его помощью одним переносным прибором можно произвести измерение частичных разрядов в большом количестве точек контроля.
Высокочастотные трансформаторы тока Конструктивные исполнения Датчик марки «RFCT-7» с разъемным сердечником предназначен для регистрации ЧР в проводниках и шинах заземления экранов высоковольтных кабельных линий без их разрыва. Специальная конструкция сердечника датчика обеспечивает защиту измерительного оборудования от импульсных токов промышленной частоты, возникающих в экране кабеля при коммутационных процессах. Датчик частичных разрядов марки «SCM-1» предназначен для включения в разрыв цепи заземления экрана высоковольтной кабельной линии. Выпускаются модификации этого датчика, в выходном сигнале которых наряду с высокочастотными импульсами ЧР присутствует ток промышленной частоты, пропорциональный емкостному току утечки изоляции кабельной линии.
Высокочастотные трансформаторы тока Конструктивные исполнения Датчик марки «DRTD-3» предназначен для регистрации частичных разрядов в изоляции обмоток статоров крупных электрических машин, который в качестве антенн использует термометры сопротивления. Датчик представляет собой три трансформатора марки «RFCT» , смонтированные на одной плате. Через каждый трансформатор проходят все проводники, при помощи которых подключены термометры сопротивления внутри обмотки статора. Датчик частичных разрядов марки «DB-2» с встроенным высокочастотным трансформатором «RFCT» предназначен для регистрации высокочастотных сигналов с измерительного вывода высоковольтных вводов. В выходном сигнале датчика присутствует ток проводимости изоляции ввода промышленной частоты, и высокочастотные импульсы ЧР. Это наиболее легко монтируемый и самый эффективный тип датчика для измерения частичных разрядов в изоляции, который применяется в силовых и измерительных трансформаторах.
Емкостные датчики частичных разрядов Особенности конструкции и применения Емкостные датчики для регистрации высокочастотных поверхностных токов растекания марки «TEV» (Transient Earth Voltage) предназначены для монтажа на поверхности заземленных корпусов и шкафов высоковольтного электротехнического оборудования. Частичный разряд, возникнув внутри оборудования, наводит на экранирующих корпусах напряжения, которые замыкаясь создают поверхностные высокочастотные токи. Если к поверхности приложить «обкладку» конденсатора, то в ней будет наводится потенциал, пропорциональный протекающим токам. Датчики марки «TEV» всегда устанавливаются на заземленных частях оборудования, или на проводниках заземления. Изготовить такой датчик с изоляцией более 1000 В невозможно, так как это увеличивает зазор и уменьшает емкость конденсатора. Изготавливаются конструктивно различные датчики типа «TEV» : - датчики, монтируемые на плоской поверхности оборудования; - гибкие датчики, монтируемые на поверхности кабельных линий. Датчики типа «TEV» для монтажа на плоских поверхностях обычно изготавливаются с магнитным креплением, это увеличивает оперативность работы с ними.
Емкостные датчики частичных разрядов Конструктивные исполнения Емкостный датчик марки «TSM» предназначен для регистрации импульсов частичных разрядов на поверхности металлических корпусов высоковольтного оборудования. Фирмой «DIMRUS» производятся три модификации датчика «TSM» : UHF датчик без встроенной электроники, HF датчик со встроенной электроникой и автономным питанием, HF датчик со встроенной электроникой и внешним питанием. Емкостный датчик марки «CDR-S» предназначен для измерения частичных разрядов. Датчик монтируется на поверхности высоковольтных кабельных линий и регистрирует высокочастотные импульсы, протекающие по экрану кабеля. Основным достоинством датчика марки «CDR-S» , как и всех других емкостных датчиков, является простота установки. Наиболее важным недостатком применения емкостных датчиков является подверженность влиянию электромагнитных помех, возникших снаружи контролируемого объекта.
Электромагнитные высокочастотные антенны Особенности конструкции и применения Электромагнитные высокочастотные антенны предназначены для регистрации импульсов частичных разрядов в UHF (СВЧ) диапазоне частот. Обычный диапазон регистрируемых импульсов составляет от 300 до 1000 МГц, иногда этот диапазон существенно шире. Основные достоинства практического применения электромагнитных антенн UHF диапазона частот для регистрации частичных разрядов: - Большинство типов дефектов в изоляции «генерируют» высокочастотные электромагнитные импульсы в UHF диапазоне частот, распространяющиеся непосредственно «по воздуху» . Это самый первый этап «проявления» дефекта в изоляции в виде частичного разряда. (Далее следует электромагнитный импульс по проводящим средам – проводникам, и последняя стадия проявления ЧР – акустический импульс, «взрывная волна» ). - Использование электромагнитных антенн различной конструкции позволяют проводить регистрацию частичных разрядов «бесконтактно» и «направленно» , что очень важно для проведения оперативной диагностики. - Современный комплект оборудования, работающий в UHF диапазоне частот, состоящий из антенны и регистрирующего прибора, в настоящее время является наиболее эффективным устройством, имеющим минимальную стоимость.
Электромагнитные антенны UHF диапазона частот Конструктивные исполнения Электромагнитная антенна (датчик) марки «AES» предназначена для регистрации импульсов частичных разрядов через радиопрозрачный стык двух смежных объемов КРУЭ. Такой радиопрозрачный стык возникает в том случае, когда поддерживающий токоведущую шину дисковый изолятор одновременно является и герметизирующей прокладкой на стыке корпусов. Импульсы частичных разрядов от дефектов в изоляции КРУЭ проникают наружу через прокладку. Датчик марки «AES» монтируется на стыке при помощи накидных хомутов. При необходимости, для уменьшения уровня наведенных извне помех, остальная часть стыка корпусов КРУЭ закрывается экранирующей металлической лентой. Широкополосная антенна марки «AES» регистрирует высокочастотные импульсы в диапазоне частот от 500 до 1000 МГц.
Электромагнитные антенны UHF диапазона частот Конструктивные исполнения Очень часто радиопрозрачные уплотнения между корпусами КРУЭ отсутствуют, а встроенные датчики не были предустановлены заранее на заводе – изготовителе. В этом случае приходится монтировать электромагнитные антенны на смотровых прозрачных окнах, предназначенных для визуального контроля за состоянием замыкателей и разъединителей. Для этой цели используются высокочастотные электромагнитные антенны марки «AES/W» , специально предназначенные для установки на наблюдательных окнах КРУЭ. Сам датчик марки «AES/W» имеет универсальную конструкцию, в зависимости от размеров смотрового окна изменяются размеры дисковой антенны и элементы крепления на корпусе КРУЭ. Конструкция крепления выполнена таким образом, чтобы обеспечить оперативный демонтаж датчика для визуального контроля состояния элементов КРУЭ.
Электромагнитные антенны UHF диапазона частот Конструктивные исполнения Электромагнитная антенна марки «ACS» предназначена для внутренней установки внутри объемов КРУЭ. Такие работы могут выполнены только на заводе изготовителе, и только в том случае, когда еще на этапе проектирования были заранее предусмотрены необходимые технические решения для монтажа датчика. Электромагнитная антенна марки «BA-1» предназначена для внутренней установки внутри статоров крупных электрических машин, в зоне лобовых частей обмотки. Такие электромагнитные антенны имеют высокую чувствительность, и мало подвержены влиянию внешних помех, так хорошо заэкранированы металлическим корпусом статора электрической машины.
Электромагнитные антенны UHF диапазона частот Конструктивные исполнения Переносная компактная логопериодическая антенна марки «LPA-1» предназначен для дистанционной регистрации импульсов частичных разрядов на поверхности металлических корпусов высоковольтного оборудования. Используется преимущественно с переносными приборами регистрации частичных разрядов, хотя может быть использована и в составе систем непрерывного мониторинга состояния изоляции.
Акустические датчики частичных разрядов Особенности конструкции и применения Акустические датчики предназначены для регистрации импульсов частичных разрядов в ультразвуковом диапазоне частот. Обычный диапазон регистрируемых импульсов составляет от 30 до 300 к. Гц, за пределы этого диапазона обычно не выходят. Основные достоинства практического применения акустических датчиков регистрации частичных разрядов: - Простота проведения измерений и интуитивная понятность получаемых результатов. - Максимальная эффективность проведения измерений ЧР в баковом оборудовании, в котором жидкая среда является идеальной средой для распространения акустических импульсов. - Возможность проведения оперативной геометрической локации места возникновения частичных разрядов внутри оборудования. Наибольшим недостатком использования акустических датчиков является их низкая помехозащищенность. Акустический датчик, установленный на корпусе оборудования, имеет одинаковую чувствительность к «внутренним» и «внешним» акустическим импульсам.
Акустические датчики частичных разрядов Конструктивные исполнения Акустический датчик марки «AC-Sensor» предназначен для регистрации импульсов частичных разрядов на поверхности металлических корпусов высоковольтного оборудования. По принципу действия датчик «AC-Sensor» является «зарезонансным» , так как частота механического резонанса датчика находится ниже контролируемого диапазона частот. Акустический датчик марки «AR-Sensor» предназначен для дистанционного измерения частичных разрядов. Наиболее эффективно использовать этот датчик для оперативной диагностики совместно с переносным прибором регистрации ЧР. По принципу своего действия акустический датчик марки «AR-Sensor» является резонансным, так как частота механического резонанса чувствительного элемента датчика находится внутри контролируемого диапазона частот.
Градуировка схем измерения частичных разрядов Особенности проведения градуировки Оборудование для измерения частичных разрядов не может быть метрологически поверено, а может быть только калибровано. Причин этому несколько: - Различные дефекты в изоляции генерируют частичные разряды с различными параметрами. Поскольку все оборудование является частотно – зависимым, начиная от датчиков, включая измерительные приборы, то чувствительность измерительной схемы к разным дефектам будет различна. - Внутри оборудования происходит нелинейное затухание импульсов частичных разрядов. Поэтому амплитуда сигнала на выходе датчика не всегда однозначно связана с амплитудой импульса частичного разряда в месте возникновения дефекта. - Место установки датчика, его удаление от места возникновения дефекта, очень сложно влияет на параметры регистрируемых импульсов. Единственным способом повышения достоверности измерения частичных разрядов является процедура градуировки всей измерительной цепи «на месте проведения измерений» с использованием специализированного оборудования – градуировочных калибраторов.
Градуировочные калибраторы Конструктивные исполнения Простейший градуировочный калибратор цепей измерения частичных разрядов марки «GKI-1» . Параметры выходного сигнала этого калибратора являются постоянными, не зависящими от типа калибруемого оборудования. Универсальный градуировочный калибратор марки «GKI-2» предназначен для использования с различными типами контролируемого оборудования. Все параметры выходных импульсов калибратора настраиваются в широких пределах, кроме того осуществляется выходной контроль этих импульсов.
Градуировочные калибраторы Конструктивные исполнения Калибратор марки «GKI-3» предназначен для двух практических целей: - калибровки цепей измерения частичных разрядов. - генерации прямоугольных импульсов до 400 В для контроля геометрической формы обмоток по методу прямоугольных импульсов. Калибратор марки «GKI-4» предназначен для калибровки высоковольтных объектов несколькими тестовыми импульсами. Выбор тестовых импульсов с необходимыми параметрами производится при помощи двух кнопок.
Градуировочные калибраторы Конструктивные исполнения Градуировочный калибратор марки «GTI-5/UHF» отличается тем, что может генерировать тестовые импульсы в двух диапазонах частот – HF и UHF.
Имитаторы тестовых сигналов Особенности конструкции и применения Имитаторы тестовых сигналов применяются для проверки работоспособности и функциональных возможностей переносного и стационарного диагностического оборудования. Применение имитаторов обусловлено тем, что для целей проверки нужны сигналы с определенными параметрами, имитирующими те или иные состояния оборудования, диагностику которого предполагается проводить. Различаются имитаторы видом выходных сигналов: - Имитаторы с неизменными выходными сигналами. - Имитаторы, выходные сигналы которых можно ступенчато изменять при помощи переключателей. - Имитаторы, выходные сигналы которых управляются при помощи специализированной программы, работающей на персональном компьютере или микроконтроллере. По конструктивному исполнению различают имитаторы, предназначенные для работы в условиях производства, или диагностической лаборатории, и имитаторы, предназначенные для проведения испытаний на месте эксплуатации оборудования, «в поле» .
Имитаторы тестовых сигналов Конструктивные исполнения Имитатор тестовых сигналов марки «ИТТ-1» предназначен для проверки работоспособности оборудования на месте эксплуатации. Прибор имитирует 6 сигналов: - 3 трехфазных тока проводимости; - 3 сигнала частичных разрядов. Имитатор тестовых сигналов марки «ИТТ-2» предназначен для проверки работоспособности оборудования в условиях производства и в лабораториях. При помощи симулятора «ИТТ-2» можно симулировать сигналы с двух обмоточного трансформатора, всего до 19 сигналов: - 6 сигналов токов проводимости; - 6 сигналов частичных разрядов - 3 сигнала от измерительных ТТ; - 3 сигнала от датчиков температуры; - 1 сигнал от датчика влажности воздуха.
Имитаторы тестовых сигналов Конструктивные исполнения Имитатор тестовых сигналов марки «ИТТ-3» предназначен для работы в составе автоматизированных испытательных стендов в условиях производства. Имитатор создает до 26 сигналов, соответствующих нормальному и дефектному состоянию силовых трансформаторов, имеющего до 3 обмоток: - 9 сигналов токов проводимости; - 15 сигналов частичных разрядов; - 3 сигнала фазных токов нагрузки; - 4 сигнала от датчиков температуры; - 1 сигнал от датчика влажности воздуха. Симулированные сигналы регистрирует испытуемый прибор. Зарегистрированные сигналы передаются в управляющий компьютер, где автоматически сравниваются с заданными. На основании сравнения программой принимается решение о правильности работы диагностируемой функции. Симулируются сигналы для следующей функции прибора, и идет повторная диагностики.
Симуляторы сигналов частичных разрядов Особенности конструкции и применения Испытательное оборудование этого типа предназначено для симулирования различных дефектов, возникновение и развитие которых сопровождается появлением частичных разрядов. Симуляторы имитируют дефекты (частичные разряды) двумя способами: - Симуляторы дефектов в высоковольтной изоляции, работающие «на физическом уровне» . В этих симуляторах используются реальные макеты дефектов, приложении высокого напряжения генерирующие частичные разряды определенной формы и распределения. Эти симуляторы более наглядны, но их параметры меняются с течением времени, так как частичные разряды имеют тенденцию к развитию. - Симуляторы дефектов в высоковольтной изоляции, работающие на уровне сигналов частичных разрядов. В этих симуляторах программой генерируются электрические импульсы частичных разрядов. Такая симуляция менее наглядна, но обладает более гибкими свойствами.
Симуляторы сигналов частичных разрядов Конструктивные исполнения Физический симулятор дефектов в изоляции марки «PD-Simulator» . Симулирует 6 дефектов: - Частичный разряд в изоляции - Плавающий потенциал - Поверхностный разряд с земляного электрода - Поверхностный разряд с высоковольтного электрода - Корона с земляного электрода. Программный симулятор марки «IDS» предназначен для симуляции сигналов дефектов в изоляции высоковольтного оборудования. Возможности симулятора: - Симуляция сигналов, созданных программой, связанных с PRPD распределением. - Точная симуляция сигналов, зарегистрированных на практике на реальных объектах. - Симуляция нескольких дефектов и шума. - Симуляция в двух диапазонах частот, HF и UHF.
Скачать презентацию Датчики для измерения частичных разрядов конструкция область применения
40f0972e9e0816e9de1014a9de5290b7.ppt