Диагностирование изоляции регистрацией инфракрасного излучения

Повышенный нагрев изоляторов и их элементов при их функционировании происходит за счет потерь энергии на переходном сопротивлении контактов, увеличения токов утечки и диэлектрических потерь в изоляции.

Применительно к изоляции линий, находящихся под напряжением, тепловое излучение определяется уровнем диэлектрических потерь

а также токами утечки по поверхности изолятора

где U – падение напряжения на изоляторе;

– угловая частота;

С – емкость изолятора, ф;

tg – тангенс угла диэлектрических потерь при рабочей температуре Т_р;

R_из – активное сопротивление изолятора, МОм.

Диэлектрические потери в изоляторах создают температурный перепад между изолятором и окружающей средой, а также температурный перепад между изоляторами в гирлянде при наличии дефектных изоляторов.

Для целей диагностирования изоляции линии измерение температурного излучения более предпочтительно, чем измерение падения напряжения на изоляторе, т.к. температура возрастает в квадратичной зависимости от падения напряжения. Величина значения интегрального теплового излучения изолятора оценивается по закону Стефана-Больцмана следующим образом:

где – приведенный коэффициент теплового излучения (для фарфора 0,9–0,94); – коэффициент излучения абсолютно черного тела, = 5,6687 Вт/(м²К^-4);
Т₀ – абсолютная температура излучения, К; S – поверхность шапки изолятора, м².

Исходя из граничных значений температурного диапазона, в котором оцениваются линейные изоляторы в условиях эксплуатации (–60 – 50 ⁰С), длины волн диапазона в максимуме теплового излучения могут быть определены из закона смещения Вина:

где – длина волны в максимуме излучения при абсолютной температуре излучения Т₀, (мкм); Т₀ – абсолютная температура излучения, К.

Максимум теплового излучения изоляторов занимает полосу спектра электромагнитных колебаний от 9 до 13 мкм, т.е. находится в средневолновой области инфракрасного диапазона. Используя формулы, можно оценить тепловое равновесие при рассеивании тепловой энергии в окружающую среду изолятором при нагреве его диэлектрическими потерями и токами утечки, а затем рассчитать температуру перегрева каждого изолятора для гирлянд без дефектных изоляторов при нормальном распределении напряжения по изоляторам и для гирлянд с одним дефектным изолятором при разном расположении этого изолятора по формуле:

где t₀ – температура окружающей среды,⁰С.

Для выявления дефектных изоляторов в гирлянде сравнивают температуру дефектного изолятора с температурой соседних изоляторов (верхнего и нижнего).

Поэтому регистрация теплового (инфракрасного) излучения и последующее сравнение с нормированными значениями электрооборудования могут служить основой для диагностирования состояния изоляции. Метод регистрации теплового излучения в труднодоступных местах на безопасном расстоянии является перспективным для оборудования высокого класса напряжения.

Для тепловизионного диагностирования применяют пирометры, тепловизоры, томографы, термографы (IRTIS-200). В настоящее время одной из иностранных фирм, осуществляющих поставку тепловизоров в Россию, является шведская фирма FLIR Systems (AB World Wide Termography Center) через фирму «Пергам», Москва (www. pergam.ru).

Пирометр позволяет измерить поток излучения части поверхности объекта, перекрывающей его поле зрения (измерительное поле зрения). При наличии сведений об излучающей способности этой поверхности по данным измерений может быть определена ее температура.

Пирометр(рис. 10, а) состоит из оптической системы 1, приемника теплового излучения 2 и индикатора 3.

Рис. 10. Структурная схема устройства радиометрического контроля:

а – пирометр; б – тепловизор

Тепловизор – устройство для оценки тепловых полей объектов. Современные тепловизоры, кроме получения видимого изображения нагретых объектов по их тепловому излучению, позволяют измерить их тепловые (температурные) поля, т.е. получить количественную характеристику теплового состояния.

Тепловизор обеспечивает возможность панорамного обзора всего оборудования распределительного устройства. Таким образом, достаточно быстро могут быть выявлены элементы с повышенным тепловыделением. Определение температуры этих элементов лучше производить пирометром, обеспечивающим большую точность измерения и более удобным в применении.

Тепловизор (рис. 10, б), принцип действия которого — последовательный просмотр контролируемой поверхности объекта узким лучом (сканирование), кроме упомянутых выше элементов структурной схемы пирометра, имеет узел сканирования 4. Сканирование обеспечивает просмотр поля обзора с помощью растра (например, тепловизионного типа) и осуществляется обычно оптико-механическим устройством, поочередно проецирующим на активную поверхность приемника излучения малый участок поверхности объекта. Все поле зрения (кадр) при этом располагается построчно на достаточно большое количество малых областей (мгновенных полей зрения), каждой из которых на выходе приемника соответствует определенный сигнал (видеосигнал).

Оптическая система обеспечивает получение изображения объекта в плоскости приемника. Объективы изготавливаются из материалов, прозрачных в контролируемой области излучения. В спектральной области излучения, соответствующей диапазону температур контролируемого электрооборудования, применяются объективы из бария, кремния и т. п. Приемник преобразует тепловое излучение в электрический сигнал, пропорциональный потоку излучения.

Следует учитывать, что приборы, основанные на измерении теплового излучения, определяют температуру только очень тонкого слоя поверхности. Дефекты внутри изоляции могут быть выявлены лишь тогда, когда они создают изменения температуры поверхности объекта, достаточные для измерения. Поэтому для решения задач диагностирования необходимо выявить связь между процессами, возникающими при развитии дефекта внутри объекта, и процессами на его поверхности, т.е. определить тепловой образ дефекта на его поверхности. Ввиду такой особенности тепловизионной проверки изоляции достаточно развитой и проверенной в эксплуатации системы диагностирования, полностью отвечающей сформулированным выше условиям, пока еще не разработано.

В настоящее время в достаточной мере отработана методика диагностирования открытых соединений токоведущих частей электрооборудования (контактных соединений шин, ВЛ, кабелей, разъемных контактов коммутационной аппаратуры). Выявляются дефекты, приводящие к увеличению переходного сопротивления контакта.

Способы проверки другого электрооборудования, в том числе и линейной изоляции распределительных сетей 10 кВ, находятся пока еще в стадии разработки. Поэтому описанный метод проверки непригоден для выявления дефектов внутри штыревых изоляторов, находящихся на ранней стадии развития дефектов.

Оценка полученных данных о тепловом состоянии изоляторов производится лишь путем сравнения между собой результатов измерений на однотипных объектах. Это дает возможность выявлять объекты с повышенным нагревом. Определение вида дефекта и оценка его опасности пока невозможны. Поэтому метод диагностирования состояния изоляции путем регистрации теплового излучения следует отнести к числу экспресс-методов для выявления отклонения параметров изоляторов от нормального состояния.

3. Регистрация оптического излучения для обнаружения разрядов
по поверхности изоляции

Большинство видов электрического разряда сопровождается оптическим излучением достаточно высокой степени интенсивности. Этот факт в настоящее время широко привлекает внимание для использования его при контроле состояния изоляции электрооборудования и линии электропередачи ввиду интенсивного развития оптических методов исследования процессов протекания поверхностных разрядов, позволивших создать множество типов электронно-оптических преобразователей. Базируясь на достижениях техники измерения оптического излучения, стало возможным создание устройств, определяющих место возникновения разряда в электрооборудовании, контролирующем динамику процесса деградации.

Для высоковольтного оборудования отсутствие поверхностных разрядных процессов служит необходимым, а иногда и достаточным признаком его нормального функционирования. Однако возникновение таких разрядов на поверхности изолятора исключить полностью невозможно из-за влияния целой совокупности внешних факторов. Интенсивность разрядов увеличивается по мере снижения изоляционных характеристик изолятора, что, в свою очередь, можно использовать для целей диагностирования изоляции распределительных сетей.

В качестве приемника оптического излучения применяются фотоэлектронные умножители — приборы, преобразующие оптическое излучение в электрические сигналы. Установлена зависимость выходного сигнала умножителя, регистрирующего свечение поверхностных частичных разрядов на отдельном изоляторе, от величины приложенного напряжения, степени загрязнения и увлажнения изоляции. Устройство регистрации поверхностных разрядных процессов обладает двумя существенными недостатками. Во-первых, регистрация световых сигналов производится интегрально в пространстве поля наблюдения. Вследствие этого невозможно отличить поверхностные разрядные процессы, перемежающиеся по поверхности работоспособного изолятора от неперемежающихся (стационарных), связанных с дефектами изоляции. Во-вторых, в приборе отсутствует селекция полезного сигнала во время наблюдения. Прибор регистрирует поверхностные разрядные процессы непрерывно, хотя они возникают лишь при определенной пороговой амплитуде напряжения. В приборе не использовано подавление собственных помех от фотоэлектронного умножителя, что ограничивает чувствительность регистрации интенсивности поверхностных разрядов. Ряд вышеперечисленных недостатков был исключен в реализации портативного электронно-оптического дефектоскопа «ФИЛИН-3У», предназначенного для дистанционной проверки внешней изоляции линий электропередачи (рис. 11).

Рис. 11

Наряду с такими явными преимуществами, как широкая область классов напряжений, портативность, а также высокая чувствительность и помехоустойчивость к внешним помехам, основным недостатком метода проверки изоляции с помощью названного прибора является тот факт, что работа с ним возможна при освещенности, не превышающей освещенность ночного времени при полной луне. Также строго запрещается направлять прибор на ярко освещенные объекты: солнце, луну, электролампы.

Однако несомненно то, что электронно-оптическое диагностирование является более совершенным методом по сравнению со способом визуального профилактического осмотра линии электропередачи, но электронно-оптический метод обеспечивает только лишь послеаварийную проверку изоляции. Несмотря на широкие возможности указанного метода диагностирования, еще предстоит большая работа по обоснованию нормативов и созданию соответствующих методик проверки состояния изоляции линии электропередачи.

<1 234 5 6 7 >

Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 2118;