Приложение А (справочное). Примеры диаграмм зависимости частичных разрядов от фазы питающего напряжения (PRPD)

Приложение А
(справочное)

Примеры диаграмм зависимости частичных разрядов от фазы питающего напряжения (PRPD)

А.1 Принципиальный вид PRPD

Некоторые примеры PRPD в стилизованной форме показаны на следующих рисунках, которые являются типичными для обнаружения дефектов в изоляционной системе статора. Следует отметить, что для различных источников ЧР могут встречаться диаграммы, отличные от приведенных. Пользователи должны осознавать, что при испытаниях на ЧР на включенных в сеть машинах могут проявляться различные дополнительные эффекты, не показанные здесь, что приведет к другим характерным диаграммам ЧР. В практических случаях возможно сильное наложение диаграмм ЧР, а также изменение их формы, частоты ЧР и других характеристик.

Рисунок А.1 - Стилизованные примеры диаграмм ЧР от фазы питающего напряжения

Даже если специфические диаграммы ЧР, полученные при измерениях, отличаются от приведенных на рисунке А.1, по ним можно сделать следующие общие выводы:

- Если импульсы ЧР наблюдаются в течение отрицательной полуволны напряжения и преобладают по величине [пример с) на рисунке А.1], причиной ЧР скорее всего является повреждение проводящего покрытия паза из-за ослабления запрессовки стержня или катушки в пазу, сопровождающееся их вибрацией. Этот процесс обычно более заметен при большой нагрузке.

- Если импульсы ЧР наблюдаются в течение положительной полуволны напряжения и преобладают по величине, ожидается, что источник ЧР находится внутри или около пучка медных жил, что может указывать не неполное прилегание изоляции к медному проводнику [пример d) на рисунке А.1]. В случае многовитковых катушек, это может указывать на плохое прилегание витковой изоляции к главной.

- Если импульсы ЧР в течение положительной и отрицательной полуволны имеют примерно одинаковую величину [примеры b), e), f), g) на рисунке А.1], то ожидается, что источником ЧР являются поверхностные разряды в лобовых частях обмотки или внутренние разряды в главной изоляции вследствие наличия в ней полостей или ее расслоения.

- Отметим, что примеры е) и f) на рисунке А.1 следует рассматривать совместно. Если происходят ЧР между двумя фазами, то ЧР, фиксируемый в одной фазе, смещается вправо (ближе к точке нулевого напряжения сети), в то время как тот же ЧР, зафиксированный в другой фазе, будет смещаться влево (ближе к точке максимума напряжения).

- Во время измерений могут возникать перекрестные эффекты между различными фазами, которые могут оказывать значительное влияние на картину ЧР. Такие эффекты обычно затрудняют идентификацию индивидуальных источников ЧР.

А.2 Примеры типичных диаграмм PRPD, записанных в лабораторных условиях

А.2.1 Общие положения

Был и проведены следующие измерения при хорошо контролируемых лабораторных условиях и очень низком уровне шума, так что процессы ЧР были хорошо известны. Для каждого дефекта, смоделированного в лаборатории, в течение длительного времени многократно записывались фазовые диаграммы -q-n, чтобы убедиться в их надежности.

А.2.2 Внутренние разряды

А.2.2.1 Внутренние полости

Внутренние ЧР генерируются в полостях главной изоляции, заполненных воздухом или газом. Они образуются во время производства и не являются факторами старения изоляции. В нормальных условиях внутренние разряды не приводят к заметному старению изоляции.

Рисунок А.2 иллюстрирует диаграмму PRPD, полученную в лаборатории, когда имеются только внутренние ЧР в стержне обмотки. Главной характеристикой результирующей картины PRPD является симметрия положительных и отрицательных ЧР в сочетании с их округленной формой. Типичным является наличие отрицательных ЧР в диапазоне от 0 до 90° и положительных ЧР в диапазоне от 180 до 270°.

Рисунок А.2 - Пример диаграммы PRPD при разрядах внутри полостей, полученной во время лабораторного моделирования

А.2.2.2 Внутреннее расслоение

ЧР при внутреннем расслоении изоляции генерируются в протяженных полостях, имеющихся в главной изоляции и заполненных воздухом или газом. Они часто появляются в результате перегрева или появления экстремальных механических напряжений. И то и другое приводит к разделению слоев изоляции на большой площади.

Типичная диаграмма PRPD для этого случая приведена на рисунке А.3. Как и в случае внутренних разрядов, диаграмма PRPD является симметричной по амплитуде и числу ЧР, вновь отражая симметрию дефекта. Даже если этот тип дефекта подобен разрядам при наличии внутренней полости, количество ЧР оказывается значительно большим, в основном благодаря большему числу мест их образования. Кроме того, диаграмма PRPD будет иметь менее округлую форму, чем при разрядах внутри полостей, в ряде случаев приближаясь к форме треугольника. Более старые изоляционные системы больше подвержены внутреннему расслоению, чем изоляция на базе слюды и эпоксидной смолы.

Рисунок А.3 - Пример диаграммы PRPD при внутреннем расслоении, полученной во время лабораторного моделирования

А.2.2.3 Отслоение изоляции от проводника

ЧР в этом случае генерируются в протяженных полостях, заполненных воздухом или газом, имеющихся между главной изоляцией и высоковольтным медным проводником. Они часто появляются в результате перегрева или появления экстремальных механических напряжений. И то и другое приводит к отслоению изоляции на большой площади.

Типичная диаграмма PRPD для этого случая приведена на рисунке А.4. Поскольку этот тип дефекта асимметричный (с одной стороны изоляция, с другой - проводник) соответствующая картина PRPD также будет асимметричной. Отрицательные ЧР во время положительной полуволны напряжения будут большими по амплитуде и количеству, чем положительные ЧР во время отрицательной полуволны напряжения.

Рисунок А.4 - Пример диаграммы PRPD при отслоении изоляции от проводника, полученной во время лабораторного моделирования

А.2.3 Частичные разряды в пазу

ЧР в этом случае генерируются в заполненных воздухом или газом полостях, находящимся между поверхностью стержня и сердечником статора. Эта активность проявляется в случае, когда электрический контакт между проводящим покрытием стержня и сердечником нарушен или когда он слишком велик.

Этот тип активности, смоделированный в лаборатории, показан в левой стороне рисунка А.5. Типичная диаграмма PRPD для этого случая показана на правой стороне рисунка А.5. Поскольку этот дефект является асимметричным (изоляция стержня с одной стороны и сердечник статора с другой), диаграмма PRPD также является асимметричной. Она характеризуется асимметрией в пользу положительных разрядов, происходящих в течение отрицательной полуволны напряжения, в сочетании с треугольной формой и резким спадом сразу после появления положительных разрядов.

Рисунок А.5 - Активность пазовых ЧР и соответствующая диаграмма PRPD, полученные во время лабораторного моделирования

А.2.4 Разряды в лобовых частях обмотки

А.2.4.1 Корона на поглощающем и выравнивающем электрическую напряженность покрытиях

Эта активность возникает в месте соединения выравнивающего и поглощающего покрытий в случае дефектов в системе выравнивания напряженности электрического поля, что приводит к появлению высоких местных напряженностей поля.

Этот тип активности, смоделированный в лаборатории, показан слева на рисунке А.6. На этом рисунке поглощающее покрытие находится слева, а покрытие, выравнивающее напряженность поля, справа. Типичная диаграмма PRPD для этого случая показана в правой части рисунка А.6. Она характеризуется асимметрией в пользу положительных разрядов, происходящих в течение отрицательной полуволны напряжения, наряду с их округлой формой. В некоторых случаях разница в максимальных амплитудах имеет тенденцию к нивелированию, асимметрия в количестве ЧР остается.

Рисунок А.6 - Коронная активность на поглощающем и выравнивающем электрическую напряженность покрытиях и соответствующая ей диаграмма PRPD, полученные во время лабораторного моделирования

А.2.4.2 Дорожка поверхностных разрядов

Этот тип активности возникает вдоль вылета лобовых частей обмотки из-за загрязнения на поверхности между воздухом и изоляцией. Этот вид активности, смоделированный в лаборатории, показан в левой части рисунка А.7. На этом рисунке поглощающее покрытие находится слева, а покрытие, выравнивающее напряженность поля, справа. Типичная диаграмма PRPD для этого случая показана в правой части рисунка А.7. ЧР, соответствующие поверхностным разрядам, обведены красным эллипсом. Главной характеристикой для этого случая является вертикальное облако ЧР в сочетании с их малым количеством. В некоторых случаях могут появиться ЧР обеих полярностей.

Рисунок А.7 - Дорожка поверхностных разрядов вдоль лобовых частей и соответствующая диаграмма PRPD, полученные во время лабораторного моделирования

А.2.4.3 Разряды в зазорах

Этот тип активности возникает в зазоре между двумя стержнями в лобовых частях обмотки или в зазоре между стержнем и прессующим сердечник пальцем. Два типа активности, смоделированные в лаборатории, показаны в левой части рисунка А.8. Верхний из них представляет активность ЧР между двумя стержнями, а нижний - между стержнем и нажимным пальцем. Типичные диаграммы PRPD для этих случаев показаны в правой части рисунка А.8. Главной характеристикой этого типа разрядов является горизонтальное облако ЧР относительно постоянной амплитуды, представленное в обеих полярностях напряжения. Поскольку оба дефекта аналогичны, диаграммы PRPD также выглядят аналогично, так что, основываясь только на диаграммах PRPD, практически невозможно отличить один из этих дефектов от другого.

Рисунок А.8 - Активность разрядов в зазорах и соответствующие им диаграммы PRPD, полученные во время лабораторного моделирования

А.3 Примеры типичных картин PRPD, записанные при онлайновых измерениях

А.3.1 Общие положения

Измерения взяты из онлайновых записей при установившемся температурном режиме машины. Все приведенные здесь диаграммы PRPD записаны в высокочастотном диапазоне (2 - 20 МГц) в попытке избежать влияния шумов. В некоторых случаях осуществлялось визуальное наблюдение после измерения ЧР. Приводятся иллюстрации старения изоляции.

А.3.2 Внутренние разряды

А.3.2.1 Внутренние полости

Внутренние ЧР генерируются в воздушных или газовых полостях, имеющихся в главной изоляции. Они образуются из-за недостатков технологического процесса и не указывают на процесс старения.

На рисунке А.9 показана записанная диаграмма PRPD, показывающая активность разрядов внутри полостей в изоляции. Главной характеристикой картины PRPD является симметрия положительных и отрицательных ЧР в сочетании с их округлой формой.

Рисунок А.9 - Пример диаграммы PRPD для случая разрядов внутри полостей

А.3.2.2 Внутреннее расслоение

ЧР при внутреннем расслоении генерируются в воздушных или заполненных газом протяженных полостях, имеющихся в изоляции. Эти полости часто являются следствием перегрева или чрезмерных механических сил, что приводит к отделению больших площадей изоляционных слоев друг от друга.

На рисунке А.10 показана типичная записанная диаграмма PRPD, показывающая активность ЧР при расслоении. Главной характеристикой картины PRPD является симметрия положительных и отрицательных ЧР в сочетании с их треугольной формой.

А.3.2.3 Расслоение между проводником и изоляцией

Из-за расслоения между проводником и главной изоляцией генерируют ЧР в воздушных или заполненных газом протяженных полостях, имеющихся между главной изоляцией и высоковольтным медным проводником. Эти полости часто являются следствием перегрева или чрезмерных механических сил, что приводит к отслоению больших площадей изоляции от проводника.

На рисунке А.11 показана типичная записанная диаграмма PRPD, показывающая активность ЧР при расслоении изоляции и проводника. Поскольку такой дефект асимметричен, асимметрична и диаграмма PRPD. Отрицательные ЧР во время положительной полуволны напряжения будут большими по величине и количеству, чем положительные ЧР за время отрицательной полуволны напряжения.

Рисунок А.10 - Пример диаграммы PRPD для случая внутреннего расслоения

Рисунок А.11 - Пример диаграммы PRPD для случая расслоения между проводником и изоляцией

А.3.3 Частичные разряды в пазу

Пазовые ЧР генерируются в воздушных или заполненных газом полостях сердечника статора, расположенных между поверхностью стержня и сердечником. Эта активность возникает, когда нарушен электрический контакт между проводящим покрытием стержня и пазом или когда он чересчур плотный.

В левой части рисунка А.12 показан результат старения вследствие пазовых ЧР. В некоторых местах проводящее покрытие полностью разрушено. На поверхности стержня также замечены следы ржавчины. Подобные следы наблюдаются на поверхности сердечника статора, противоположной следам на поверхности стержня. В правой части рисунка А.12 показана типичная записанная в онлайновом режиме картина PRPD, показывающая активность пазовых ЧР. Она характеризуется асимметрией в пользу положительных разрядов во время отрицательной полуволны напряжения в сочетании с их треугольной формой.

Примечание - При наличии большого числа следов ржавчины по обе стороны дефекта вследствие длительного воздействия пазовых ЧР диаграмма PRPD может оказаться менее выраженной, так как изолированная поверхность становится более электропроводной, а проводящая поверхность уменьшает свою проводимость.

Рисунок А.12 - Старение, вызванное активностью пазовых ЧР, и соответствующая диаграмма PRPD

А.3.4 Разряды в лобовых частях

А.3.4.1 Коронная активность в месте соединения проводящего и выравнивающего электрическую напряженность покрытиях.

Эта активность проявляется из-за высокой местной электрической напряженности непосредственно в месте соединения пазового покрытия и покрытия, выравнивающего электрическую напряженность, если последнее неадекватно.

В левой части рисунка А.13 показан износ проводящего и выравнивающего электрическую напряженность покрытий, появившийся в результате длительного термического воздействия от коронной активности. В правой части рисунка А.13 показана записанная в онлайновом режиме картина PRPD. Можно видеть, что главной характеристикой в этом случае является асимметрия в пользу положительных разрядов во время отрицательной полуволны напряжения в сочетании с их округлой формой.

Рисунок А.13 - Износ, вызванный коронной активностью в проводящем и выравнивающем электрическую напряженность покрытиях, и соответствующая диаграмма PRPD

А.3.4.2 Дорожка поверхностных разрядов

Этот тип активности возникает вдоль вылета лобовых частей обмотки из-за загрязнения на поверхности между воздухом и изоляцией. Эта активность может быть спорадической, она сильно зависит от температуры и влажности. На картине PRPD, представленной на рисунке А.14, этот дефект обведен красным эллипсом. Другие ЧР представляют внутренние разряды и перекрестные разряды между фазами.

Рисунок А.14 - Дорожка поверхностных разрядов вдоль вылета лобовых частей обмотки и соответствующая диаграмма PRPD

А.3.4.3 Разряды в зазорах

Этот тип активности возникает в зазоре между двумя стержнями в лобовых частях обмотки или в зазоре между стержнем и прессующим сердечник пальцем. В левой части рисунка А.15 показаны результаты износа, вызванного продолжительным термическим воздействием из-за ЧР между стержнями обмотки. В правой части рисунка А.15 показана соответствующая этому случаю диаграмма PRPD. Главной характеристикой этого типа разрядов является горизонтальное облако ЧР относительно постоянной амплитуды, представленное в обеих полярностях напряжения. Здесь активность ЧР проявляется по крайней мере в двух местах, что отражают два уровня ЧР.

Рисунок А.15 - Износ, вызванный разрядами в зазорах, и соответствующая запись диаграммы PRPD

А.4 Другие сложные примеры

При возможности следует проводить визуальную проверку, чтобы подтвердить распознание ЧР и быть уверенными, что идентификация, проведенная по картине PRPD, является правильной. Распознавание по картине PRPD может оказаться полезным инструментом, но пользователь должен иметь в виду, что внешние факторы могут оказать существенное влияние на эту картину. В некоторых случаях наложение нескольких картин, перекрестное влияние фаз и шумы могут быть значительными, что сильно затрудняет идентификацию. Кроме того, из-за воздействия внешних факторов может измениться форма картины PRPD, а сама она может изменяться с течением времени.

Рисунок А.16 - Диаграмма PRPD, иллюстрирующая наличие многих источников ЧР