CC BY
39
УДК 620.19
Диагностика и поиск неисправных изолирующих конструкций на воздушных линиях в системах с изолированной нейтралью
Т. А. Несенюк,
Уральский государственный университет путей сообщения,
старший преподаватель кафедры «Электроснабжение транспорта», аспирант
Статья посвящена совершенствованию диагностики неисправной изоляции на основе изменения конструктивного исполнения изолирующей конструкции воздушных линий напряжением 6-10 кВ. Предлагается устройство, которое позволит непрерывно диагностировать опорно-штыревой изолятор, не изменяя его конструкции. Предложенный способ обнаружения неисправных изоляторов даёт возможность диагностировать изолирующие конструкции, тем самым сократить время поиска повреждённого изолятора и в некоторых случаях может предотвратить аварийное состояние системы.
Ключевые слова: опорно-штыревой изолятор, дефекты изоляторов, ток замыкания на землю, диагностика, сигнальное устройство.
В системах с изолированной нейтралью питающим напряжением 6-10 кВ применяются фарфоровые опорно-штыревые изоляторы. Проверка их изоляционных свойств затруднена из-за малого тока замыкания на землю.
В энергообслуживающих компаниях, как правило, не предусматривается постоянная диагностика изолирующих конструкций, но неисправность изоляции может привести к большим экономическим потерям, вызванным недоотпуском потребителям электроэнергии и разрушением элементов системы электроснабжения. Происходит ускоренное старение изоляции, возникают явления феррорезонанса, от которых в рассматриваемых сетях чаще всего повреждаются трансформаторы напряжения и слабо нагруженные силовые трансформаторы, работающие в режиме, близком к холостому ходу.
Осмотры изоляторов проводятся с поверхности земли в дневное время суток с помощью оптических приборов. В большинстве случаев используются различные бинокли, с помощью которых можно выявить только явные дефекты в виде трещин и сколов и загрязнение поверхности. Также для диагностики изоляции начинают применяться тепловизоры, электронно-оптические дефектоскопы, пирометры и другие приборы. Основной недостаток электронных приборов заключается в том, что наблюдение ведётся только при обходах или выявлениях ненормальных режимов работы энергосистемы. К другим недостаткам переносных диагностических устройств можно отнести большую продолжительность поиска дефектного изолятора, высокую стоимость приборов, длительность записи сигналов, вес, небольшой диапазон рабочих температур (от -10 °С до +40 °С). Постоянные изменения температуры, влажности, скорости ветра, грозовые и коммутационные перенапряжения вызывают необходимость учитывать данные изменения при настройке дефектоскопического оборудования, что может повлиять на результаты
считываемых параметров и несёт некоторую вероятность ошибок при обработке.
«Устройство для определения дефектов в изоляторах» разрабатывается с целью обнаружения дефектов изоляторов, сокращения времени поиска неисправной изоляции и выявления дефекта на ранней стадии развития. Указанная цель достигается тем, что ток замыкания на землю направляют через сигнальное устройство.
Особенность устройства заключается в том, что крепежный элемент выполняют выступающим за пределы изолятора в месте крепления к заземлённой конструкции, наносят на поверхность крепёжного элемента равномерную по толщине плёнку из токо-проводящего материала, на выступающей части крепёжного элемента к плёнке жёстко прикрепляют металлический проводник, другой конец которого через сигнальное устройство соединяют с заземлённой конструкцией [1]. При поверхностном или внутреннем пробое изолятора однофазный ток будет проходить через «Устройство для определения дефектов в изоляторах» и подаст сигнал о неисправности изоляции благодаря срабатыванию сигнального устройства.
Проводимые в лаборатории «Теоретические основы электротехники» УрГУПС эксперименты подтвердили верность конструктивного исполнения устройства. При проведении опыта [2] распределения тока утечки по загрязнённой поверхности всю поверхность изолятора увлажнили соляным раствором и добились устойчивого прохождения тока. В результате ток протекал по влажной соляной поверхности изолятора на токопроводящую плёнку, к которой был подключен тонкий медный провод (рис. 1). Ток попадал на устройство, что можно наблюдать на термограмме (рис. 2). В качестве сигнального устройства был использован предохранитель, плавкая вставка которого перегорела после прохождения через него тока утечки. Тепловизор
Рис. 1. Устройство для определения дефектов в изоляторах: 1 — изолятор; 2 — крепёжный элемент; 3 — плёнка; 4 — закреплённый через траверсу или напрямую штырь или крюк; 5 — сигнальное устройство; 6 — заземленная конструкция; 7 — опора; 8 — ЛЭП; 9 — выступающая часть крепёжного элемента
при проведении опыта находился на расстоянии одного метра от объекта испытаний.
Влага на поверхности диэлектрика в условиях эксплуатации представляет собой тонкую полупроводящую плёнку. Если бы влага покрывала поверхность абсолютно ровным слоем и по ней проходил бы большой ток, то падение напряжения вдоль поверхности было бы равномерным, но обычно покрытие поверхности диэлектрика не бывает ровным и сплошным. Ток утечки по поверхности мал, а падение напряжения неравномерно: малое - на покрытых влагой частях и большое -на непокрытых. Ток утечки в данном устройстве можно использовать для обнаружения загрязнённой или повреждённой поверхности изолятора и исключить причину замыкания на землю, например, очистив изолятор специальными средствами.
Следующий опыт проводился для того, чтобы убедиться в работе механизма устройства при пробое изолятора. На представленном рис. 3, составленном путём наложения фото и термограмм, можно увидеть путь прохождения пробивного тока. В качестве сигнального устройства применили медную проволоку, которая расплавилась под действием пропускаемого тока. Данный опыт позволил доказать необходимость применения испытываемого устройства для выявления неисправного (пробитого) изолятора при внутренних повреждениях.
Рис. 3. Термограмма распределения тока замыкания на землю через «Устройство для определения дефектов в изоляторах»
Р лл 77,1 °С 75,0
70,0
65,0
60,0
Ш1 ш 1 »V 55,0 50,0 45,0 40,0
■ 35,0
27,9°С 30,0
Рис. 2. Распределение тока утечки по поверхности изолятора
Таким образом, при возникновении короны, внутренних стримерах, дуговом разряде, искровых перекрытиях линейной изоляции или полном пробое с помощью предлагаемого устройства можно выявить неисправность изоляции в линии электропередачи.
В качестве одного из способов передачи сигналов для обслуживающего персонала была предложена электрохромная ячейка, выполненная из вольфрамовой бронзы. При испытании вольфрамовой бронзы в химической лаборатории УрГУПС наблюдалось изменение цвета кристалла [3]. Электроны во время окрашивания захватываются центрами переходных металлов. Положительные ионы остаются в промежуточных положениях в заряженном состоянии. Происходит инжекция свободных носителей зарядов -электронов - в кристаллическую решётку, в которой возникают дефекты и образуются центры окраски.
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.endi.ru
№ 1 (49) 2013, январь-февраль
Ш
При отсутствии прохождения тока из-за небольшой электрической памяти цвет кристалла восстанавливался:
W+5A+W+6(B) Ь W+6(A)+W+5(B).
Ячейка из электрохромного материала может применяться для выявления загрязнённого слоя на изоляторах в районах с большой концентрацией солей (морское побережье, места, где проводится промышленная добыча соли) или при кислой среде в воздушной массе, которая будет способствовать прохождению тока утечки через полупроводящую плёнку из вольфрамовой бронзы. А образование тока утечки, проходящего по изолирующей конструкции, покажет необходимость очистки изолятора с помощью специальных средств.
В настоящее время проводятся испытания термокрасок для определения прохождения токового сигнала. В зависимости от силы тока (миллиамперы или
амперы) можно диагностировать изолятор на полный или поверхностный пробой.
Визуальным сигнальным устройством может быть обыкновенный блинкер, закреплённый к «Устройству для определения дефектов в изоляторах» через плавкую вставку, рассчитанную на определенный ток замыкания на землю. При перегорании плавкой вставки блинкер выпадает, что показывает срабатывание предложенного устройства при неисправной изоляции. Основным параметром срабатывания сигнального устройства должен быть ток замыкания на землю.
В разработке находится новая технология диагностики, считывающая исправность изоляционных конструкций дистанционно. Использование «Устройства для определения дефектов в изоляторах» позволит непрерывно диагностировать изоляцию в системе электроснабжения, при этом оперативный персонал намного быстрее выявит неисправный изолятор, что даст возможность и восстановить за короткий срок питание энергопотребителей.
Литература
1. Заявка на изобретение № 2012120948\07(031733) Российской Федерации, МКП 8 Н 01В 17/00. Устройство для определения дефектов в изоляторах / Т. А. Несенюк - дата подачи заявки 25.06.2012.
2. Протокол испытаний «Устройства для определения дефектов в изоляторах». - Екатеринбург: УрГУПС, 2012.
3. Протокол испытаний вольфрамовой бронзы для наблюдения изменения цвета в кристалле при элек-трохромном эффекте. - Екатеринбург: УрГУПС, 2012.
The diagnostics and search of faulty insulating structures on overhead lines in systems with insulated neutral T. А. Nesenyuk,
The Ural State University of Railway Transport, senior lecturer of the Transport power supply department, post-graduate student
The paper is dedicated to improving of diagnostics of faulty insulation based on constructive performance changes of insulating construction in overhead lines with the voltage of 6-10 kV. Proposed to add a simple device which allows to continuously check the basic-pin insulator without any changing of its design. The proposed method of faulty insulators detecting gives you the ability to diagnose insulation structures, thereby shorten the search time of the damaged facility and in some cases may prevent the emergency.
Keywords: basic-pin insulator, insulators defects, ground fault current, diagnostics, alarm device.
