Электроискровые, трибоэлектрические и электростатические приборы

Для контроля сплошности диэлектрических покрытий (эмаль, стекло, эпоксидная смола) на внутренней поверхности труб применяют электроискровые приборы. Работа основана на электроискровом пробое дефектных мест в диэлектрическом покрытии высоким выпрямленным напряжением Контроль осуществляется с помощью сменных электроискровых головок вставленных в трубу на металлической штанге.

Для контроля диэлектрических материалов и композиции на их основе применяют импульсные высокочастотные дефектоскопы, использующие электромагнитные поля высокой напряженности (эффект Кирлиан).

В энергетике для диагностики электрооборудования в основном используют два метода для обнаружения дефектов: импульсный метод и Метод колебательного разряда.

Импульсный метод

Этот метод применяется для определения зоны повреждения кабеля в любых случаях, кроме заплывающего пробоя, при переходном сопротивлении до 150 Ом.

Метод основан на измерении интервала времени между моментами подачи зондирующего импульса переменного тока и приема отраженного импульса от места повреждения. Скорость распространения импульсов в кабельных линиях высокого и низкого напряжения величина постоянная и равна 160 м/мкс. Поэтому по времени пробега импульса до места повреждения и обратно определяют расстояние до точки повреждения кабеля.

Измерения производятся прибором, например, рефлектометром РЕЙС-105Р. На экране прибора имеется линия масштабных отметок и линия импульсов. По форме отраженного импульса можно судить о характере повреждения. Отрицательное значение отраженный импульс имеет при коротких замыканиях и положительное при обрыве жил.

Метод колебательного разряда

Рисунок 21- рефлектометр

Этот метод применяется при заплывающих пробоях кабелей. Для измерения на поврежденную жилу подается от кенотронной испытательной установки напряжение, которое плавно поднимается до напряжения пробоя. В момент пробоя в кабеле возникает разряд колебательного характера. Период колебаний определяет

расстояние до точки повреждения, так как скорость электромагнитная волна распространяется в кабеле с постоянной скоростью. Измерение выполнятся рефлектометром РЕЙС-105Р.

Трибодиагностика

Трибодиагностика – оценка технического состояния по составу и концентрации продуктов износа в рабочем масле для маслонаполненного оборудования.

Маслонаполненное оборудование - это такое оборудование, в котором в качестве дугогосительной, изолирующей и охлаждающей среды используется масло. На сегодняшний день на электрических станциях и подстанциях применяют и эксплуатируют следующее маслонаполненное оборудование:

1. Силовые трансформаторы

2. Измерительные трансформаторы

3. Шунтирующие реакторы

4. Выключатели

5. Высоковольтные вводы

Основные возможные дефекты маслонаполненного оборудования:

1. локальные перегревы

2. разряды в масле

3. искрения

4. загрязнение изоляции

5. увлажнение изоляции

6. попадания воздуха

7. старение самого масла

В рассматриваемом оборудовании масло является одним из важных элементов изоляционной конструкции. Основными параметрами, определяющими свойства масла как диэлектрика, являются:

1. электрическая прочность,

2. проводимость;

3. диэлектрические потери.

4. газо- и влагосодержания, наличия загрязнений (твердых частиц), содержания кислот и щелочей;

5. фракционный состав масла определяет температуру его вспышки.

В масле содержится около 70% информации о состоянии оборудования.

Минеральное масло – сложная многокомпонентная смесь углеводородов ароматического, нафтенового и парафинового рядов, а также относительно количества кислородных, сернистых и азотосодержащих производных этих углеродов.

1. Ароматические ряды – отвечают за стабильность против окисления, термическую устойчивость, вязкостно-температурные и электроизоляционные свойства.

2. Нафтеновые ряды – отвечают за температуру кипения, вязкость и плотность масла.

Парафиновые ряды

Химический состав масел обусловлен свойствами исходного нефтяного сырья и технологией производства.

В среднем, для маслонаполненного оборудования периодичность обследования и объем испытаний оборудования составляет 1 раз в два (в четыре) года.

Электрическая прочность, характеризуемая пробивным напряжением в стандартом разряднике или соответствующей напряженностью электрического поля, меняется при увлажнении и загрязнении масла и поэтому может служить диагностическим признаком. При снижении температуры избыток воды выделяется в виде эмульсии, которая вызывает снижение пробивного напряжения, особенно при наличии загрязнений.

Информацию о наличии увлажнения масла может также дать его tg δ, однако лишь при больших количествах влаги. Это можно объяснить малым влиянием на tg δ масла растворенной в нем воды; резкий рост tg δ масла происходит при возникновении эмульсии.

В изоляционных конструкциях основной объем влаги находится в твердой изоляции. Между ней и маслом, а в негерметизированных конструкциях еще и между маслом и воздухом постоянно происходит влагообмен. При стабильном температурном режиме наступает равновесное состояние, и тогда по влагосодержанию масла можно оценить влагосодержание твердой изоляции.

Под влиянием электрического поля, температуры и окислителей масло начинает окисляться с образованием кислот и сложных эфиров, на более поздней стадии старения – с образованием шлама.

Последующее отложение шлама на бумажной изоляции не только ухудшает охлаждение, но и может привести к пробою изоляции, поскольку шлам никогда не отлагается равномерно.

Диэлектрические потери в масле определяются в основном его проводимостью и растут по мере накопления в масле продуктов старения и загрязнений. Начальные значения tg δ свежего масла зависят от его состава и степени очистки. Зависимость tg δ от температуры - логарифмическая.

Старение масла определяется окислительными процессами, воздействием электрического поля и присутствием конструкционных материалов (металлы, лаки, целлюлоза). В результате старения ухудшаются изоляционные характеристики масла и выпадает осадок, который затрудняет теплообмен и ускоряет старение целлюлозной изоляции. Значительную роль в ускорении старения масла играют повышенная рабочая температура и наличие кислорода (в негерметизированных конструкциях).

Необходимость контроля за изменением состава масла в процессе эксплуатации трансформаторов ставит вопрос о выборе такого аналитического метода, который смог бы обеспечить надежное качественное и количественное определение содержащихся в трансформаторном масле соединений. В наибольшей степени этим требованиям отвечает хроматография, представляющая собой комплексный метод, объединивший стадию разделения сложных смесей на отдельные компоненты и стадию их количественного определения. По результатам этих анализов проводится оценка состояния маслонаполненного оборудования.

Испытания изоляционного масла проводятся в лабораториях, для чего у оборудования отбираются пробы масла.

Методы определения их основных характеристик, как правило, регламентируются государственными стандартами.

Хроматографический анализ газов, растворенных в масле, позволяет выявить дефекты, например, трансформатора на ранней стадии их развития, предполагаемый характер дефекта и степень имеющегося повреждения. Состояние трансформатора оценивается сопоставлением полученных при анализе количественных данных с граничными значениями концентрации газов и по скорости роста концентрации газов в масле. Этот анализ для трансформаторов напряжением 110 кВ и выше должен осуществляться не реже 1 раза в 6 месяцев.

Хроматографический анализ трансформаторных масел включает:

1. определение содержания растворенных в масле газов;

2. определение содержания антиокислительной присадки - ионов и др.;

3. определение влагосодержания;

4. определение содержания азота и кислорода и т.д.

По результатам этих анализов проводится оценка состояния маслонаполненного оборудования.

Определение электрической прочности масла (ГОСТ 6581-75*) проводится в специальном сосуде с нормированными размерами электродов при приложении напряжения промышленной частоты.

Диэлектрические потери в масле измеряются мостовой схемой при напряженности переменного электрического поля, равной 1 кВ/мм (ГОСТ 6581-75*). Измерение производится при помещении пробы в специальную трехэлектродную (экранированную) измерительную ячейку (сосуд). Значение tg δ определяется при температурах 20 и 90ºС (для некоторых масел при 70ºС). Обычно сосуд помещают в термостат, однако это значительно увеличивает время, затрачиваемое на испытания. Более удобен сосуд со встроенным нагревателем.

Количественная оценка содержания механических примесей произ­водится путем фильтрования пробы с последующим взвешиванием осадка (ГОСТ 6370- 83*).

Применяют два метода определения количества воды, растворен­ной в масле. Метод, регламентированный ГОСТ 7822- 75*, основан на взаимодействии гидрида кальция с растворенной водой. Массовая доля воды определяется по объему выделившегося водорода. Этот метод сложен; результаты не всегда воспроизводимы. Предпочтитель­ней кулонометрический метод (ГОСТ 24614-81*), основанный на реак­ции между водой и реактивом Фишера. Реакция идет при прохожде­нии тока между электродами в специальном аппарате. Чувствитель­ность метода 2·10^-6 (по массе).

Кислотное число измеряется количеством гидроокисеткалия (в миллиграммах), затраченного для нейтрализации кислых соединений, извлеченных из масла раствором этилового спирта (ГОСТ 5985-79*).

Температурой вспышки называется самая низкая температура масла, при которой в условиях испытаний образуется смесь паров и газов с воздухом, способная вспыхивать от открытого пламени (ГОСТ 6356- 75*). Нагревание масла производится в закрытом тигле с перемешиванием; испытание смеси - через определенные интервалы времени.

Малый внутренний объем (вводов) оборудования при значении даже незначительного повреждения способствует быстрому росту концентрации сопровождающих их газов.

В этом случае появление газов в масле жестко связано с нарушением целостности изоляции вводов.

Общее газосодержание масла определяют путем извлечения газа из пробы масла, помещенной в вакуумированныи сосуд. Более удобный и точный метод - хроматографический (с вакуумным выделением газа). При этом дополнительно могут быть получены данные о содержании кислорода, который определяет окислительные процессы в масле.