Исследование электрофизических процессов и старения материала высоковольтных изоляторов для определения их рабочего ресурса

ЦЕЛЬЮ статьи является обсуждение результатов исследований по изучению характеристик частичных разрядов на дефектах различного типа в высоковольтных изоляторах – на диэлектрическом стержне и контакте «стержень-оконцеватель». Анализ нетипичных характеристик частичных разрядов в высоковольтных изоляторах производился с использованием оригинального способа определения их состояния с помощью набора диагностических параметров.

МЕТОДЫ. Экспериментальные результаты получены электромагнитным и акустическим методами бесконтактных измерений характеристик частичных разрядов.

РЕЗУЛЬТАТОМ проведенных исследований являются полученные схемы электрофизических процессов в диэлектрических полостях дефектов на диэлектрическом стержне и контакте «стержень-оконцеватель» в течение одного периода приложения высокого напряжения. Схема электрофизических процессов учитывает изменения, индуцированного частичными разрядами поля в полости дефекта и на его диэлектрических поверхностях.

ВЫВОД. Основным выводом является тот факт, что разработанная схема генерации обычных и мощных частичных разрядов нашла подтверждение в модели процесса генерации и последующего распространения первичного разряда в полости дефекта. В реальных условиях излучения частичного разряда в полимерных и фарфоровых высоковольтных изоляторах имеет более сложный характер, поэтому была сделана первая попытка объяснения генерации мощных частичных разрядов в реальных высоковольтных энергетических системах. Увеличение количества частичных разрядов и их интенсивности за фазовый интервал 20° и наличие мощных частичных разрядов являются основными признаками дефектности высоковольтных изоляторов

1. Golenishchev-Kutuzov A.V., Golenishchev-Kutuzov V.A., Ivanov D.A., et al. Effect of partial discharges on the operating condition of highvoltage insulators // E3S Web of Conferences. 2019. 124. pp. 03001. doi: 10.1051/e3s.

2. Golenishchev-Kutuzov A.V., Golenishchev-Kutuzov V.A., Ivanov D.A., et al. Monitoring System of High Voltage Dielectric Equipment // E3S Web Conf., 288 (2021). pp 01088.

3. M. Borghei, M. Ghassemi, J. M. Rodríguez-Serna and R. Albarracín-Sánchez. A Finite Element Analysis and an Improved Induced Charge Concept for Partial Discharge Modeling // IEEE Transactions on Power Delivery. 2021. V. 36. no. 4, pp. 2570-2581.

4. L. Niemeyer. A generalized approach to partial discharge modeling // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation.1995. V. 2. no. 4. pp. 510-528. Aug. 1995, doi: 10.1109/94.407017.

5. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Научное издание. 3-е изд.перераб. и доп. Долгопрудный: Издателський дом «Интеллект», 2009. 736 с.

6. C. Pan, G. Chen, J. Tang and K. Wu. Numerical modeling of partial discharges in a solid dielectric-bounded cavity: A review // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2019. V. 26. no. 3. pp. 981-1000. doi: 10.1109/TDEI.2019.007945.

7. K. Wu, C. Pan, Y. Meng and Y. Cheng. Dynamic behavior of surface charge distribution during partial discharge sequences // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2013. V. 20, no. 2. pp. 612-619. doi: 10.1109/TDEI.2013.6508765.

8. Голенищев-Кутузов А.В., Голенищев-Кутузов В.А., Иванов Д.А. Патент № 2679759 C1 Российская Федерация, МПК G01R 31/12. Способ бесконтактной дистанционной диагностики состояния высоковольтных изоляторов: № 2018110016: заявл. 21.03.2018: опубл. 12.02.2019 / заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет».

9. Golenishchev-Kutuzov A.V., Golenishchev-Kutuzov V.A., Ivanov D.A., et al. Integrated Noncontact Diagnostics of the Operable Condition of High-Voltage Insulators // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2019. V. 55. No 8. P. 596-602.

10. A. Villa, L. Barbieri, R. Malgesini, A. R. Leon-Garzon. Ignition of discharges in macroscopic isolated voids and first electron availability // Journal of Applied Physics 125, 043302 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5052313.

11. Illias H.A., Chen G., Lewin P.L. The influence of spherical cavity surface charge distribution on the sequence of partial discharge events // Journal of Physics D: Applied Physics. 2011. V. 44. No. 24. P. 245202.

12. Cheng Pan, Yongpeng Meng, Kai Wu, Zenghui Han, Kai Qin and Yonghong Cheng. Simulation of partial discharge sequences using fluid equations // Journal of Physics D: Applied Physics. 2011. V. 44, N. 25. 255201.

13. F. Gao, Q. Wang, D. Dai, W. Ning, Y. Zhang and L. Li. Numerical study on partial discharge in a dry air cavity with a two-dimensional fluid model considering practical reactions // Journal of Physics D: Applied Physics, 2020. V. 53, N. 34, 345202.

14. Голенищев-Кутузов А.В., Голенищев-Кутузов В.А., Иванов Д.А., и др. Комплексная диагностика дефектов в высоковольтных изоляторах // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2019. Т. 83. № 12. С. 1651-1654. doi: 10.1134/S0367676519120068.

15. Овсянников А.Г., Коробейников. С.М., Вагин Д.В. Связь кажущегося и истинного зарядов частичных разрядов // Электричество. 2014. №8. С. 37-43.

16. Голенищев-Кутузов А.В., Голенищев-Кутузов В.А., Иванов Д.А.,Комплексный метод дистанционного контроля состояния высоковольтных изоляторов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2016. № 5-6. С. 89-93.

17. Ivanov D.A., Sadykov M.F., Yaroslavsky D.A. Non-Contact Methods for HighVoltage Insulation Equipment Diagnosis during Operation // Energies. 2021. 14 (18). C. 5670. doi:10.3390/en14185670.

18. Дистанционная диагностика дефектов в высоковольтных изоляторах в условиях эксплуатации: диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.13 / Марданов Георгий Дамирович; [Место защиты: Казан. гос. энергет. ун-т]. Казань, 2019. 98 с.

19. Голенищев-Кутузов А.В., Иванов Д.А., Калимуллин Р.И. Дистанционно измеряемые диагностические параметры, позволяющие оценивать остаточный ресурс высоковольтных изоляторов / А.В. Голенищев-Кутузов, Д. А. Иванов, Р. И. Калимуллин, А. В. Семенников // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2020. Т.84. №12. С.1763-1766. doi: 10.31857/S0367676520120224.

20. T. Tanaka. Internal Partial Discharge and Material Degradation // IEEE Transactions on Electrical Insulation. 1986. V. EI-21. no. 6. pp. 899-905. doi: 10.1109/TEI.1986.348999.

21. P.H.F. Morshuis. Degradation of solid dielectrics due to internal partial discharge: some thoughts on progress made and where to go now // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2005. V. 12. no. 5. pp. 905-913. doi: 10.1109/TDEI.2.

22. Иванов Д.А., Галиева Т.Г., Голенищев-Кутузов А.В., и др. Детектирование акустических сигналов частичных разрядов на дефектах изоляционного оборудования // Омский научный вестник. 2021. № 6(180). С. 48-55. doi: 10.25206/1813-8225-2021-180-4855.