«Исследование систем мониторинга изоляции силовых кабельных линий»

U



U т  д ( d  d d )

 U

^д ^dв

вт

в

в

^т  в ( d  d в )  д dв

(2.4)

^( d в

^ d  dв

)

Рисунок 18 - Структура изоляции (а), эквивалентная схема (б), схема для обнаружения ЧР в изоляции (в)

Рисунок 19 - Развитие во времени ЧР: а - напряжение и б - ток в полости

Во время воздействия на структуру изоляции напряжения первого полупериода (рисунок 19) частичный разряд возникает тогда, когда напряжение на включении (емкость С_в, рисунок 18) становится равным U_вз (напряжение зажигания заряда во включении). Когда происходит пробой изоляции,
50
напряжение на включении уменьшается до значения U_вп (напряжение погасания разряда во включении), после чего разряд затухает. После затухания разряда напряжение на включении увеличивается от значения U_вп по кривой, соответствующей изменению напряжения, сдвинутого по вертикали по значению постоянной составляющей, которая появляется за счет появления зарядов на поверхности включения (на емкости С_в). Когда напряжение U_в на емкости С_в становится равным значению напряжения U_вз , процесс повторяется.

Следовательно, разряды в форме диэлектрика повторяются с интервалом, что соответствует изменению напряжения на С_в на значение равное ∆U_в=U_в.з– U_в.п. При прохождении напряжения через максимум включение находится под напряжением, значение которого находится в области между U_в.з и U_в.п. После чего происходит снижение напряжения на включении до 0 и дальнейшее увеличение до значения U_в.з. В первом приближении можно предположить, что при обеих полярностях пробивное напряжение включения U_в.п. одинаково. Когда напряжение на включении достигает значения U_в.з, происходит пробой включения и процесс продолжается (рисунок 19, где Vа -. Напряжение на целой части и Vс напряжение на включении).

• 
  помощью такого механизма частичный разряд должен гаснуть после
  

прохождения напряжения через максимум , а затем снова возникать, когда напряжение на клеммах испытуемого объекта, станет равным значению U₁,

соответствующее изменению напряжения на включении на U_в1≈U_в.з+U_в.п.:

U 	^U В . З ^^UВ . П		^UВ1	.	(2.5)
			
вт

Затем, после возобновления частичного разряда процесс в области диэлектрика по-прежнему повторяется через определенные интервалы времени, которые соответствуют изменению напряжения на емкости С_в на ∆U_в:

U 	U	В	.	(2.6)
	
	51

Таким образом, количество разрядов во включении за один полупериод:

т			^2^U вт ^ ^(^U в . з . ^ ^U в . п . ^)			 1 
Ч . Р.					^U в . з . ^ ^U в . п .
где U П^' 		^UВ . П		. При U В . З UВ . П. и
		

• 
  _ ^2(U в . т . ^{ U} в . з . ⁾
  

• 
  . Р._U_В
  

При Uв.п << Uв.з:

2(U	вт	 U	в . п.	)		2(U	т	U ^'	)
								П		, (2.7)
	U в						U

^{UВ . З.}  U ₃ U_{Ч . Р. имеем:}


 ^2(U т ^UЧ . Р. ⁾

_U . (2.8)

т

 ^2(^U в . т . ^ ^U в . з . ^)



2(U т

^^UЧ . Р. ^)

.

(2.9)

Ч . Р.

U В

U

При этом число разрядов во включении nЧ . Р. за 1с будет

ⁿЧ . Р .

 2 f  тЧ . Р. ,

(2.10)

где f – частота приложенного напряжения.

		 W  W 	(С  С )(U	2	U ^2	)		 n W
Учитывая	W		Вд	в . з	в . п		, P
	Ч . Р.	HK	2				Ч . Р .	Ч . Р . Ч . Р. ,

P

в одном включении может быть представлена в виде:

мощность ЧР Ч . Р.

P

 W n

 2 f (C  С

Д

)(U

в . з .

 U

в .п .

)(U

в . т.

U

в . п.

)

.

(2.11)

Ч . Р .

Ч . Р . Ч . Р .

В

Если U в . з .  Uв . п. , то:

P

 4 f (C  С

Д

)U

в . з .

(U

вт

 U

в . з .

)  4 fC

U

В .З .

(U

т

U

)

,

(2.12)

Ч . Р .

В

Д

Ч . Р.

52

если Uв . п.  0 то:

P	 2 f (C  С	Д	)U	U	 2 fС	U	U	(2.13)
Ч . Р .	В			в . з . в . т.	Д		в . з . т .

Из выражений (2.11)–(2.13) можно сделать вывод, что для одного включения или при определенном количестве одинаковых включений, если растет мощность приложенного напряжения, мощность частичного разряда так

же линейно возрастает. При	U в . з .  Uв . п. ,	учитывая	^WЧ . Р .	 qЧ . Р .UЧ . Р. и
РЧ . Р .  nЧ . Р .WЧ . Р. , мощность	частичного	разряда	может	быть также

представлена в следующем виде:

P	 q U	n	 I	U	(2.14)
Ч . Р .	Ч . Р .	Ч . Р . Ч . Р .		Ч . Р . Ч . Р. .

Соответственно при U в . з .  Uв . п. , учитывая (2.14):

P	 ^qЧ . Р .^U Ч . Р . ^nЧ . Р . 			^IЧ . Р .^UЧ . Р.	.	(2.15)
Ч . Р.		2		2

На

основании

P

 1 / ( q

U

 q U

 ...  q

U

)t

,

Ч . Р .

Ч . Р .1 1

Ч . Р .2 2

Ч . Р . т т

1

мощность частичного разряда

Рч . р. ,

выделяемая при единичном включении,

может быть представлена в виде:

P



2

^тЧ . Р.

q

u



(2.16)

Ч . Р .

T

Ч . Р.i

i ,

j 1

где U_i – мгновенное значение напряжения на диэлектрике в момент времени разряда с кажущимся зарядом q_{ч . р.i} ; т_{ч . р.} – общее количество разрядов в единичном включении за полупериод Т/2. Используя выражение (2.16) нужно учитывать знаки при q_{ч . р.i} и ui .

53
Рассмотрим полупериод (рисунок 19) от пика напряжения одной до пика напряжений противоположной полярностей и найдем энергию W_T/2, подходящую к клеммам изоляционной структуры (рисунок 18,а) за полпериода T/2, для компенсации энергии, которая выделилась на включении из за частичного разряда. Энергия частичного разряда, которая возникает в интервалах времени от t1 до t2, которые соответствует переходу напряжения через ноль, должны быть взяты с одним знаком, и энергия частичного разряда, которая происходит в интервалах времени от t2 до t3, которое соответствует переходу напряжения через максимум– с другим.

Если принять q_{ч . р.i}  q_{ч . р.}  const , то формула

P



1

может быть

представлена в

Ч . Р.

^( ^qЧ . Р .1^U1

^ ^qЧ . Р .2^U

2 ^

...  qЧ . Р . тU т )t1

следующем виде:

P



2

q

{

U  2U  ...  ( т  1) U  (U

U )



т

Ч . Р .

T

ч . р .



1



U  2 U  ...  т  1U U

}

(2.16)



2

т  ,

где m1  (U т  U 1 ) / U ;

m2

 U т / U ;

m3  т2  т1  U 1 / U .

Формула (2.16) может быть преобразована к виду:

P	 q т f (2U		 U U ) 	qч . р . fU1 (2U т  U1 U )	.(2.17)
		т
Ч . Р .	ч . р . 3		1	U

Учитывая (2.16) и (2.17), имеем:

P	 ^qЧ . Р .^U1^nЧ . Р . 			^IЧ . Р.^U1	.	(2.18)
Ч . Р.		2		2

54

При U

При U
в . з .


в . п .

• 
  U
  

• 
  U
  

в . п. имеем U 1  2UЧ . Р. и

P	 I	U	(2.19)
Ч . Р .		Ч . Р . Ч . Р. ,

в . з.

P	 I	U	/ 2  2 fq U	(2.20)
ч . р .		ч . р . ч . р .	ч . р . т .

Мощность, расходуемая во включении (2.13, 2.14) и подводимая к изоляционной структуре (2.19, 2.20), одинакова.