Измерительная ячейка для изучения характеристик частичных разрядов в газовых дефектах изоляции

Актуальность исследования заключается в расчёте конструкции ячейки для измерения характеристик частичных разрядов (ЧР), возникающих в газовых дефектах внутри твёрдой изоляции. Размеры и объём газовых включений в изоляцию связаны с характеристиками ЧР, которые в этих дефектах происходят. Знание деталей этой связи для дефектов различных размеров и форм необходимо для правильной диагностики состояния изоляции аппаратов высоких напряжений и определения их остаточного ресурса. Эта связь в настоящее время изучена в недостаточной степени. Задача изучения ЧР осложняется их малой величиной и сложностью отделения ЧР в газовых дефектах от поверхностных, коронных ЧР и посторонних случайных шумов, имеющих подобный спектр.

Цель работы состоит в создании экспериментальной установки с измерительной ячейкой, в которой нет коронных и поверхностных ЧР, которые осложняют получение достоверных результатов при измерении ЧР в газовых порах диэлектрика.

Методы. При решении поставленной задачи применялся расчет напряжённости электрического поля в различных конструкциях ячейки методом конечных элементов в программе COMSOL Multiphysics 6.2.

Результаты. В статье описана актуальность темы, приведены результаты расчёта распределения электрических полей при различной конфигурации высоковольтных электродов рассмотрены, результаты измерения ЧР в контрольных (бездефектных) образцах и образцах с дефектами. Доказано, что в предлагаемой конструкции ячейки отсутствуют поверхностные и коронные ЧР на электродах, что позволяет изучать характеристики ЧР в газовых дефектах изоляции. Установлено, что ЧР в газовом дефекте происходят в первой и третьей части каждого периода синусоиды промышленной частоты при одинаковой разности потенциалов между электродами. Сдвига напряжения возникновения ЧР, который предсказывался из-за предполагаемого остаточного заряда на стенках каверны, не обнаружено.

1. Вдовико В.П. Частичные разряды в диагностировании высоковольтного оборудования // Новосибирск: Наука. - 2007. – 155c.

2. Русов В.А. Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования. // Екатеринбург: УрГУПС, 2011. — 370 с. — ISBN: 978-5-94614-177-2.

3. Taylor N. A literature review: The nature of partial discharges in stator insulation. // ETK, KTH. 2008. P.34.

4. Kaziz S., Said M.H., Imburgia A., Maamer M, Flandre D., Romano P., Tounsi F. Radiometric Partial Discharge Detection: A Review. // Energies 2023, 16, 1978.

5. Zhang X., Pang B., Liu Y., Liu S., Xu P., Li Y., Liu Y., Qi L., Hie Q. Review on detection and analysis of partial discharge along power cables. // Energies, 2021, 14 (22), 7692,

6. Raziq H., Batoola M., Nawaz F., Akgul A., Afzal F., Hassani M.K. A review on analysis and modeling of electrical machine insulation system. // Electrical & Electronic Engineering cogent engineering, 2024, V.11, 2400614.

7. Ба Бораик А. М., Усачев А.Е., Кубарев А. Ю., Ильдарханов Р.Г. Новая методика опредeления размеров и положения дефектов в изоляции обмоток статоров турбогенераторов при измерениях в них частичных разрядов. // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2018. Т.20. № 1-2. С. 41-53.

8. Baboraik A.M., Usachev A.E. New model of explanation for phase angle pattern of online partial discharge measurement in winding insulation of turbine generator. // Journal of ELECTRICAL ENGINEERING, V.72 (2021), pp.66–77.

9. Kubarev A.Yu., Usachov A.E., Mikhaylova E.V. Modeling of Partial Discharge Waveforms in the Generalized Model of Power Transformer Insulation // 2021 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). DOI: 10.1109/ICIEAM51226.2021.9446437; ISBN Information: Electronic ISBN:978-1-7281-4587-7; USB ISBN:978-1-5386-1797-7; Print on Demand (PoD) ISBN:978-1-7281-4588-4

10. Kubarev A.Yu., Usachov A. E., Paramonov M.A. Analysis of Power Transformers Monitoring Systems // 2024 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). DOI: 10.1109/ICIEAM60818.2024.10553850 Electronic ISBN:979-8-3503-9501-3 USB ISBN:979-8-3503-9500-6 Print on Demand (PoD) ISBN:979-8-3503-9502-0

11. Illias H. A., Chen G., Lewin P. L. Modeling of partial discharges from a spherical cavity within a dielectric material under variable frequency electric fields //Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2008. CEIDP 2008. Annual Report Conference on. – IEEE, 2008. – С. 447-450.

12. Illias H. A., Chen G., Lewin P. L. Effect of surface charge distribution on the electric field in a void due to partial discharges //Electrical Insulating Materials (ISEIM), Proceedings of 2011 International Conference on. – IEEE, 2011. – С. 245-248.

13. Александров А.Ф., Бычков В.Л., Грачев Л.П., Есаков И.И., Ломтева А.Ю. Ионизация воздуха в околокритическом электрическом поле. // ЖТФ, 2006, т.76, в.3., с.38- 43.

14. Месяц Г. А. Законы подобия в импульсных газовых разрядах. // УФН. Обзоры актуальных проблем 2006. Т.176, №10 с.1069-1091.

15. Luo B., Wang J., Dai D., Jia L., Li., Wang T. Partial Discharge Simulation of Air Gap Defects in Oil-Paper Insulation Paperboard of Converter Transformer under Different Ratios of AC–DC Combined Voltage // Energies, 2021, 14, 6995

16. Киншт Н.В., Борисов Б.Д., Петрунько Н.Н. Вопросы оценки множественных частичных разрядов в высоковольтном оборудовании. // Электроэнергия. Передача и распределение, 2019 № 2(53).