СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ И РЕСУРСА ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ Российский патент 1995 года по МПК G01R31/00 G01R31/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электроустановках, на электрических станциях и подстанциях, электрических сетях и сетях связи для определения состояния изоляции и прогнозирования ресурса изоляции.

Известны способы контроля состояния изоляции электроустановок, основанные на определении активного сопротивления изоляции, тангенса угла диэлектрических потерь [Сви П.М. Контроль изоляции оборудования высокого напряжения. М. Энергоатомиздат, 1988] Недостатком их является отсутствие четких критериев сценки состояния изоляции ввиду того, что параметры ее в нормальном состоянии могут меняться в широких пределах в зависимости от температуры, влажности и других факторов. Кроме того, эти способы не дают возможности прогнозировать ресурс изоляции.

Известен способ прогнозирования расхода ресурса изоляции обмоток электрооборудования в рабочем режиме (авт.св. СССР N 1441335, кл. G 01 R 31/00). Способ прогнозирования расхода ресурса изоляции обмотки электрооборудования в рабочем режиме, заключающийся в том, что измеряют температуру обмоток и регистрируют превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды, измеряют скорость изменения температуры обмотки, а о расходе ресурса изоляции судят по превышению мгновенной величины относительного тепловыделения над величиной относительных потерь мощности в обмотках электрооборудования в номинальном режиме.

Недостаток этого способа заключается в том, что фиксируется температура и скорость ее изменения в данный момент времени, что характеризует сиюминутное состояние изоляции и полезно при выявлении опасных режимов работы электрооборудования, но не учитывает длительности температурных перегрузок, частоты их появления на протяжении всего срока службы электроустановки. А именно длительность и характер перегрузок определяет выработанный и остаточный ресурс изоляции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения свойств изоляции электроустановки (авт.св. СССР N 1476406, кл. G 01 R 31/00). Способ определения свойств изоляции электроустановки, заключающийся в том, что определяют граничную частоту, на которой величина активного сопротивления изоляции становится равной величине омического сопротивления изоляции, и измеряют на этой или большей частоте активное сопротивление и емкость изоляции, тангенс угла диэлектрических потерь, а также измеряют упомянутые параметры изоляции на промышленной частоте. Далее на основе измеренных параметров вычисляют активное сопротивление току абсорбции, абсорбционную емкость, тангенс угла абсорбции и судят по ним о свойствах низкочастотных поляризаций, вычисляют тангенс угла диэлектрических потерь и по нему судят о диэлектрических свойствах изоляции, вычисляют тангенс угла омических потерь и по нему судят о проводящих свойствах изоляции на рабочем напряжении промышленной частоты. Недостатком этого способа является невозможность с его помощью прогнозировать ресурс изоляции электроустановки.

Цель изобретения повышение достоверности оценки состояния изоляции и прогнозирования ее ресурса.

Цель достигается тем, что в известном способе определения свойств изоляции электроустановки, заключающемся в том, что определяют тангенс угла диэлектрических потерь на разных частотах, дополнительно определяют эталонное значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь и градуировочные характеристики для образцовой электроустановки при различных температурах, значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь для контролируемой электроустановки, рабочую температуру изоляции, находят разность упомянутых значений и по градуировочной характеристике устанавливают выработанный и остаточный ресурс изоляции.

При изучении температурно-частотных зависимостей тангенса угла диэлектрических потерь установлено, что при термическом старении наблюдается рост тангенса угла диэлектрических потерь и смешение его максимума по мере увеличения выработанного ресурса изоляции в сторону низких частот при фиксированной температуре. Разность частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь у контролируемой электроустановки и эталонного значения частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь у образцовой электроустановки оказывается связанной с выработанным ресурсом (времени старения изоляции) зависимостью, которую назовем градуировочной характеристикой. Параметры этой градуировочной характеристики получают при исследованиях образцовой электроустановки, причем разным значениям рабочей температуры изоляции соответствуют разные градуировочные характеристики. Экспериментально показано, что упомянутая разность объективно характеризует степень состаренности изоляции (выработанный ресурс) и отражает термические перегрузки, перенесенные изоляцией электроустановки на протяжении времени эксплуатации. Иными словами, упомянутая разность представляет собой "физическую память" изоляции о пережитых перегрузках.

Выявленные физические закономерности позволили предложить новый способ определения состояния и ресурса изоляции. Суть его заключается в том, что для образцовой электроустановки снимаются зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от частоты при различных рабочих температурах изоляции и определяется для каждой температуры эталонное значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь (для образцовой электроустановки с несостарившейся изоляцией). Далее производится ускоренное старение изоляции в форcированном режиме ее эксплуатации при предельно допустимой температуре, снятие через определенные промежутки времени зависимостей тангенса угла диэлектрических потерь от частоты, фиксируется значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь, находится разность между этой и эталонной частотой (при предельно допустимой температуре изоляции). По этим экспериментальным данным строится зависимость упомянутой разности частот от времени старения в форcированном режиме эксплуатации, то есть градуировочная характеристика при предельно допустимой температуре изоляции. При времени старения изоляции, равном ее ресурсу, упомянутая разность частот имеет критическое значение. Для контролируемой электроустановки, находящейся в режиме эксплуатации, снимаются зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от частоты при рабочей температуре изоляции и находится значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь и разность этого значения и эталонного значения частоты при соответствующей температуре. Далее по градуировочной характеристике для найденной разности находится выработанный ресурс изоляции (время старения изоляции в формированном режиме). Остаточный ресурс изоляции находится как разность между ресурсом и выработанным ресурсом изоляции.

При реализации способа выявленные отличительные признаки в совокупности с другими признаками обеспечивают получение положительного эффекта, заключающееся в повышении достоверности оценки состояния и ресурса изоляции. Повышение достоверности оценки состояния и ресурса изоляции заключается в том, что частотное смещение максимума тангенса угла диэлектрических потерь однозначно характеризует выработанный ресурс изоляции независимо от того, каким образом было достигнуто это состояние. Упомянутое частотное смещение является интегральной характеристикой и не зависит от того, явилось ли старение изоляции следствием ее нагрева при неизменной нагрузке, или следствием систематических или разовых перегревов. Поэтому можно отказаться от сложных систем регистрации температурных перегревов: фиксации температуры перегрева, его длительности, так как вся информация будет содержаться в упомянутом частотном смещении.

На фиг. 1 приведены кривые зависимости тангенса угла tgσ диэлектрических потерь от частоты f при фиксированной температуре для новой (эталонной) электроустановки (кривая 1) и для работающей электроустановки (кривая 2). На фиг. 2 приведена зависимость разности Δf_м значений частоты максимума для работающей электроустановки и эталонной частоты от времени старения изоляции (выработанного ресурса) t. Эти зависимости получены для полиэтиленовой изоляции. Для других типов изоляции вид градуировочной характеристики устанавливается экспериментально и может быть другим.

В результате экспериментов для кабеля с полиэтиленовой изоляцией установлено, что градуировочная характеристика для него имеет вид, представленный на фиг. 2, и описывается выражением
Δfм a ˙lgt_cт + b, где Δf_м разность значения частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь tgσ для контролируемой изоляции и эталонного значения частоты максимума tgσ для изоляции образцовой электроустановки;
t_ст время старения изоляции (выработанный ресурс);
а, b экспериментально устанавливаемые коэффициенты.

Пример реализации способа рассмотрим применительно к кабелю с полиэтиленовой изоляцией. Для образцового кабеля установлено значение частоты максимума tgσ равное 600 Гц. При ускоренном старении кабеля получена градуировочная характеристика (фиг. 2) по выражению (1), в котором а 170, b -50. Установлено также, что критическая величина разности значений частот максимума Δf_мкр составляет 700 Гц в форсированном режиме ее работы при температуре 358 К.

Значение частоты максимума tgσ при этой же температуре у контролируемого кабеля составило 80 Гц. Разность частот (частотное смещение)
Δ f_м 600 60 520 Гц.

По градуировочной характеристике при найденной Δfм определяют время старения (израсходованный ресурс) изоляции:
t_cт 10^(520+50)/170 10^3,31 2000 ч
Остаточный ресурс изоляции при этом равен
t_р t t_cт 10000 2000 8000 ч, где t ресурс изоляции кабеля при температуре форcированного режима работы.

Предлагаемый способ может быть использован для оценки состояния и ресурса изоляции кабелей и других электроустановок.

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электроустановках, на электрических станциях и подстанциях, в электрических сетях и сетях связи для определения состояния изоляции и прогнозирования ресурса изоляции. Сущность изобретения: способ определения состояния и ресурса изоляции электроустановки основан на нахождении зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от частоты для эталонной и контролируемой электроустановок и выявлении смещения этих зависимостей, по которому определяется состояние изоляции и прогнозируется остаточный ресурс. 2 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ И РЕСУРСА ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, заключающийся в том, что определяют тангенс угла диэлектрических потерь на разных частотах, отличающийся тем, что определяют эталонное значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь и градуировочные характеристики при различных температурах для образцовой электроустановки, рабочую температуру изоляции, значение частоты максимума тангенса угла диэлектрических потерь для контролируемой электроустановки, находят разность упомянутых значений и по градуировочной характеристике устанавливают выработанный и остаточный ресурс изоляции.