Частичные разряды в РУ среднего напряжения — обнаружение датчиками UHF и TEV

Гид об измерении частичных разрядов и tan delta на кабелях СН рассматривает обнаружение ЧР классическим, зарядовым методом по IEC 60270 на обесточенном кабеле. Эта статья рассматривает смежное, но принципиально иное применение: обнаружение частичных разрядов (ЧР) в находящемся под напряжением распределительном устройстве среднего напряжения с помощью датчиков UHF (сверхвысокая частота) и TEV (переходное напряжение на земле), как описано в IEC TS 62478 ("High voltage test techniques — Measurement of partial discharges by electromagnetic and acoustic methods").

Почему для РУ нужна другая методика измерения

Классическое зарядовое измерение по IEC 60270 требует контролируемой, обесточенной испытательной схемы с соединительным конденсатором прямо на испытуемом проводнике — это подходит для отсоединённого кабеля, но непрактично для полностью укомплектованного, находящегося под напряжением РУ с несколькими ячейками, где обесточивание для каждой периодической проверки означало бы значительный перерыв в эксплуатации. Обнаружение UHF и TEV вместо этого измеряет побочные проявления импульса ЧР — электромагнитную волну (UHF) или короткий переходной процесс напряжения на заземлённом корпусе (TEV) — и может делать это, пока РУ остаётся в работе.

Принцип действия: два разных сигнала от одного источника

• Обнаружение UHF: импульс ЧР длится всего несколько наносекунд и при этом излучает электромагнитную энергию вплоть до гигагерцового диапазона. Датчик UHF — часто встроенная оконная антенна в элегазовых РУ (GIS) или внешний датчик на воздушных РУ — улавливает эту волну. Поскольку металлический корпус GIS в значительной степени экранирует сигнал от внешних помех, обнаружение UHF в GIS особенно чувствительно и малочувствительно к помехам.
• Обнаружение TEV: в воздушном РУ с металлической оболочкой (metal-clad switchgear) внутренний импульс ЧР вызывает короткий переходной процесс напряжения на внутренней стороне заземлённого металлического корпуса, который также проявляется в виде измеримого импульса TEV снаружи через небольшие отверстия (щели, вентиляционные решётки, кабельные вводы). Датчик TEV просто прикладывается к наружной стороне корпуса или монтируется на ней, без необходимости вскрывать РУ.

Внимание: ни один из этих методов не даёт откалиброванного значения заряда в пикокулонах, в отличие от метода IEC 60270. Измерения UHF и TEV носят преимущественно качественный и сравнительный характер: они обнаруживают наличие и относительную интенсивность активности ЧР и потому в первую очередь подходят для трендового анализа и сортировки по приоритету, а не для абсолютной оценки соответствия относительно предела в пКл.

Практическое применение

• Периодический обход с портативным прибором UHF/TEV по всем ячейкам РУ со сравнением измеренных уровней сигнала между собой: ячейка с заметно более высоким уровнем, чем у остальных, сопоставимых ячеек, указывает на локальную активность ЧР, требующую дальнейшего исследования.
• Стационарно установленные датчики с регистрацией данных на критически важных РУ, аналогично применению регистратора качества электроэнергии, что позволяет выявить постепенно нарастающий тренд до того, как он приведёт к пробою.
• Сочетание с акустическим или коронным обнаружением: на воздушном РУ обнаружение TEV можно сочетать с обнаружением коронного разряда УФ-камерой и ультразвуком внешних явлений короны, тогда как UHF в основном обнаруживает внутренние ЧР в закрытом корпусе, невидимые для УФ-камеры.
• Локализация внутри РУ: сравнивая силу сигнала в нескольких точках измерения вокруг одной и той же ячейки (например, с несколькими датчиками TEV или с анализом временной задержки между датчиками UHF), можно точнее локализовать предполагаемый источник ЧР внутри ячейки — в дополнение к, а не вместо, целевого офлайн-измерения при наличии сомнений.

Практическая значимость

При периодической инспекции РУ среднего напряжения по NEN 3140 неинвазивное обнаружение ЧР методами UHF/TEV является ценным дополнением к термографическому обследованию: там, где термография показывает нагрев из-за повышенного переходного сопротивления, обнаружение ЧР выявляет начинающуюся деградацию изоляции, которая на этом этапе ещё не вызывает измеримого повышения температуры — часто задолго до пробоя.

Типичные ошибки

1. Интерпретация измеренного уровня сигнала UHF или TEV как откалиброванного значения в пКл, тогда как оба метода носят преимущественно качественный и сравнительный характер.
2. Отсутствие базового измерения на заведомо свободной от ЧР установке, из-за чего более позднее измерение невозможно оценить относительно известного исходного значения.
3. Применение обнаружения UHF на воздушном РУ без металлического экранирования, где чувствительность к внешним электромагнитным помехам значительно выше, чем в GIS.
4. Игнорирование повышенного сигнала ЧР из-за того, что установка ещё не показывает заметного повышения температуры при термографическом обследовании, тогда как активность ЧР сигнализирует о более ранней стадии деградации изоляции, чем тепловой эффект.

См. также

• Измерение частичных разрядов и tan delta на кабелях СН
• Коронный разряд — УФ-камера и ультразвуковое обнаружение
• Термографическое обследование
• Регистратор качества электроэнергии для длительной регистрации