О применении высокоиндуктивных датчиков для измерения сигналов частичных разрядов электрическим методом в условиях заводских испытаний

  • Антон Владимирович Жуйков
  • Полина Андреевна Колпакова
  • Даниил Анатольевич Матвеев
  • Илья Игоревич Никулов
  • Михаил Васильевич Фролов
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2023-10-37-47
Ключевые слова: частичные разряды, электрический метод измерения ЧР, индуктивный датчик, высоковольтные испытания

Аннотация

В статье рассмотрены теоретические и методические аспекты реализации установки для измерения частичных разрядов (ЧР) в заводских условиях с применением высокоиндуктивных датчиков, работающих на принципе трансформатора напряжения. Основными достоинствами такого подхода являются возможность отстройки от высокочастотных помех и относительно малая частота колебательного отклика с датчика, что облегчает требования к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) и обеспечивает безошибочную калибровку. Проанализированы факторы, влияющие на чувствительность испытательной установки с учетом паразитных емкостей ее высоковольтной части и измерительной цепи относительно вторичной обмотки датчика. Показано, что индуктивности намагничивания и рассеяния датчика не влияют на чувствительность, что позволяет использовать их для получения желаемой частоты колебательного отклика, варьируя размеры ферритового сердечника и число витков первичной и вторичной обмоток. Исследованы оптимальные конструктивные параметры датчиков при использовании низкоомного и высокоомного входов АЦП. Установлена причина возникновения двухчастотного отклика датчика как при калибровке, так и при измерении ЧР. Предложены способы фильтрации сигналов, обеспечивающие совместно с высокоиндуктивными датчиками возможность измерения в заводских условиях ЧР с кажущимся зарядом 1 пКл.

Биографии авторов

Антон Владимирович Жуйков

кандидат техн. наук, инженер кафедры «Техника и электрофизика высоких напряжений», Национальный исследовательский университет «МЭИ» (НИУ «МЭИ»), Москва, Россия

Полина Андреевна Колпакова

инженер кафедры «Техника и электрофизика высоких напряжений», НИУ «МЭИ», Москва, Россия.

Даниил Анатольевич Матвеев

научный сотрудник кафедры «Техника и электрофизика высоких напряжений», НИУ «МЭИ», Москва, Россия.

Илья Игоревич Никулов

технический директор АО «Раменский электротехнический завод Энергия», Раменское, Московская обл., Россия

Михаил Васильевич Фролов

аспирант, инженер кафедры «Техника и электрофизика высоких напряжений», НИУ «МЭИ», Москва, Россия.

Литература

1. Коробейников С.М., Овсянников А.Г. Физические механизмы частичных разрядов. Новосибирск: НГТУ, 2021, 266 с.
2. Вдовико В.П. Частичные разряды в диагностировании высоковольтного оборудования. Новосибирск: Наука, 2007, 155 с.
3. Русов В.А. Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования. Екатеринбург: УрГУПС, 2011, 370 с.
4. CIGRE Technical Brochure No. 366. Guide for Partial Discharge Measurements in Compliance to IEC 60270, 2008, 56 p.
5. CIGRE Technical Brochure No. 662. Guidelines for Partial Discharge Detection Using Conventional (IEC 60270) and Unconventional Methods, 2016, 115 p.
6. CIGRE Technical Brochure No. 676. Partial Discharges in Transformers, 2017, 162 p.
7. ГОСТ Р 55191-2012 (МЭК 60270:2000). Методы испытаний высоким напряжением. Измерения частичных разрядов. М.: Стандартинформ, 2014, 47 c.
8. IEC 60270:2000+AMD1:2015. High-Voltage Test Techniques – Partial Discharge Measurements, 2015, 226 p.
9. Paophan B., Kunakorn A., Yutthagowith P. Partial Discharge Measurement Based on an Inductive Mode Air Core Sensor. – Journal of Electrical Engineering & Technology, 2020, vol. 15, pp. 773–785, DOI: 10.1007/s42835-020-00376-y.
10. Klüss J.V., Elg A.-P., Wingqvist C. High-Frequency Current Transformer Design and Implementation Considerations for Wideband Partial Discharge Applications. – IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2021, vol. 25, No. 1, DOI: 10.1109/TIM.2021.3052002.
11. Fritsch M., Wolter M. High-Frequency Current Transformer Design and Construction Guide. – IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2022, vol. 71, DOI: 10.1109/TIM.2022.3177189.
12. Жуйков А.В. и др. Высокочастотные модели индуктивных датчиков для регистрации частичных разрядов в изоляции электрооборудования. – Электротехника, № 4, 2023, с. 39–46.
13. Жуйков А.В. и др. Исследование частотных характеристик индуктивных датчиков в схемах измерения частичных разрядов. – Электричество, 2023, № 7, с. 35–46.
14. Калантаров П.Л, Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. Л.: Энергоатомиздат, 1986, 488 c.
15. Смит С. Цифровая обработка сигналов. Практическое руководство для инженерных и научных работников. М.: Додэка-XXI, 2012, 720 c.
---
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00934, https://rscf.ru/project/23-29-00934.
#
1. Korobeynikov S.M., Ovsyannikov A.G. Fizicheskie mekhanizmy chastichnyh razryadov (Physical Mechanisms of Partial Dis-charges). Novosibirsk: NGTU, 2021, 266 p.
2. Vdoviko V.P. Chastichnye razryady v diagnostirovanii vysokovol'tnogo oborudovaniya (Partial Discharges in the Diagnosis of High-Voltage Equipment). Novosibirsk: Nauka, 2007, 155 p.
3. Rusov V.А. Izmerenie chastichnyh razryadov v izolyatsii vysokovol'tnogo oborudovaniya (Measurement of Partial Discharges in the Insulation of High-Voltage Equipment). Ekaterinburg: UrGUPS, 2011, 370 p.
4. CIGRE Technical Brochure No. 366. Guide for Partial Discharge Measurements in Compliance to IEC 60270, 2008, 56 p.
5. CIGRE Technical Brochure No. 662. Guidelines for Partial Discharge Detection Using Conventional (IEC 60270) and Unconventional Methods, 2016, 115 p.
6. CIGRE Technical Brochure No. 676. Partial Discharges in Transformers, 2017, 162 p.
7. GОSТ R 55191-2012 (МEК 60270:2000). Metody ispytaniy vysokim napryazheniem. Izmereniya chastichnyh razryadov (High Voltage Test Techniques. Partial Discharge Measurements). М.: Standartinform, 2014, 47 p.
8. IEC 60270:2000+AMD1:2015. High-Voltage Test Techniques – Partial Discharge Measurements, 2015, 226 p.
9. Paophan B., Kunakorn A., Yutthagowith P. Partial Discharge Measurement Based on an Inductive Mode Air Core Sensor. – Journal of Electrical Engineering & Technology, 2020, vol. 15, pp. 773–785, DOI: 10.1007/s42835-020-00376-y.
10. Klüss J.V., Elg A.-P., Wingqvist C. High-Frequency Current Transformer Design and Implementation Considerations for Wideband Partial Discharge Applications. – IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2021, vol. 25, No. 1, DOI: 10.1109/TIM.2021.3052002.
11. Fritsch M., Wolter M. High-Frequency Current Transformer Design and Construction Guide. – IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2022, vol. 71, DOI: 10.1109/TIM.2022.3177189.
12. Zhuykov A.V. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2023, No. 4, pp. 39–46.
13. Zhuykov A.V. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 7, pp. 35–46.
14. Kalantarov P.L, Tseitlin L.A. Raschet induktivnostei: Spravochnaya kniga (Calculation of Inductances: Reference book). L.: Energoatomizdat, 1986, 488 p.
15. Smit S. Tsifrovaya obrabotka signalov. Prakticheskoe rukovodstvo dlya inzhenernykh i nauchnykh rabotnikov (Digital Signal Processing. A Practical Guide for Engineers and Scientists). М.: Dodeka-XXI, 2012, 720 p
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant no. 23-29-00934, https://rscf.ru/project/23-29-00934
Опубликован
2023-09-18
Выпуск
№ 10 (2023): Выпуск № 10
Раздел
Статьи