Диагностика состояния полимерных диэлектриков в электрическом поле методом диэлектрической спектроскопии

• Автор: Ткаченко, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.14.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Важнейшей задачей при проектировании и разработке высоковольтного оборудования является создание надежной изоляции,, так как ее безотказная работа во многом определяет надежность работы энергетических, электрофизических и радиотехнических систем. В настоящее время одним из основных видов изоляции высоковольтных изоляционных систем является полимерная изоляция. Для хорошо зарекомендовавшей себя и надежно работающей бумажномасляной изоляции в свое время были разработаны методы регистрации основных электрофизических характеристик и методы диагностики, которые до сих пор являются основными инструментами контроля в энергетике и электротехнике. С появлением нового оборудования с изоляцией на основе полимерных диэлектриков высоковольтные кабели, конденсаторы, выключатели и др. Это обусловлено тем, что большинство изоляционных полимеров имеют электрофизические характеристики, существенно отличающиеся от характеристик традиционно применяющейся бумажномасляной изоляции. Так, например, уровень диэлектрических потерь и проводимости полимеров существенно ниже иногда на несколько порядков, чем для бумажномасляной изоляции.


При этом для оценки состояния изоляции используются понятия, физический смысл которых не совсем понятен, например, изоляция в хорошем состоянии, изоляция в нормальном состоянии и изоляция сильно повреждена . В показана возможность применения измерений частотного отклика для идентификации некоторых характеристик силовых трансформаторов, таких как естественные частотные осцилляции в обмотках, возможное смещение катушек и наличие короткозамкнутых витков. В 9, , предприняты попытки сравнения результатов, полученных различными методами диэлектрической спектроскопии. Целью подобных исследований является нахождение наилучшего метода диагностики для того или иного типа изоляции. Что касается бумажномасляной изоляции, то в данном случае любой из рассмотренных методов, по мнению авторов, может быть использован для диагностики ее состояния. Метод восстанавливающегося напряжения был специально разработан для определения содержания влаги в трансформаторной изоляции. Однако на данный момент с помощью метода восстанавливающегося напряжения невозможно точно идентифицировать и разделить влияние перечисленных факторов. Кроме того, нет однозначного ответа на вопрос о зависимости значений восстанавливающегося напряжения от геометрии исследуемого объекта . Применение метода восстанавливающегося напряжения для диагностики изоляции из полимерных материалов довольно затруднительно, так как постоянная времени большинства изоляционных полимеров составляет более 0 с. Поэтому поляризационный спектр не имеет максимума, по сдвигу которого и определяется состояние изоляции. С помощью метода измерения токов поляризации и деполяризации можно достаточно точно охарактеризовать состояние бумажномасляной изоляции . Однако, измерения токов поляризации и деполяризации чувствительны к токам смещения и электромагнитным наводкам в сильных полях, особенно если измеряемый ток имеет малое значение, которое характерно для полимерных диэлектриков. Метод диэлектрической спектроскопии в частотном ходе наиболее пригоден для диагностики реальных изоляционных систем, так как в существующих на сегодня измерительных комплексах активно применяются частотные фильтры, обеспечивающие надежную защиту от различного рода помех, особенно в области частот более 1 Гц. Кроме того, авторы 9 исходят из того, что электрофизические параметры большинства изоляционных материалов не зависят от величины испытательного напряжения, что позволяет отказаться от применения высокого испытательного напряжения и проводить измерения на низком напряжении. Основными недостатками рассмотренных методов диэлектрической спектроскопии являются следующие. Результаты измерений определяются моделью изоляции, положенной в основу расчета основных параметров диэлектрических систем. Отсутствуют четкие и однозначные критерии оценки состояния исследуемой изоляции. Диагностика состояния изоляции изучаемого объекта сводится лишь к сравнительному анализу спектров диэлектрической релаксации. Как было сказано ранее, измерение частотных или временных зависимостей параметров, характеризующих изоляционную систему, например, измерение частотных зависимостей комплексной диэлектрической проницаемости с помощью метода диэлектрической спектроскопии в частотном ходе, не позволяет оценить состояние изоляции и ее возможное поведение в сильном электрическом поле. Для такой оценки необходимо корректное описание экспериментально полученного спектра диэлектрической релаксации с помощью одной из существующих моделей и определение параметров спектра. Классической моделью для описания дисперсии релаксационной поляризации является модель П. Дебая, предложенная в г. Действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости представляет собой диэлектрическую проницаемость диэлектрика и дает явный вид дисперсии в Дсо. Мнимая часть в является одной из физических характеристик потерь диэлектрика связанных с запаздыванием поляризации. Диэлектрическая проницаемость снижается по мере увеличения частоты, в особенности в частотном диапазоне вблизи соо 1 То Это значение соответствует перегибу зависимости в со и максимуму на кривой в со.