Расчетное и экспериментальное определение кажущихся зарядов частичных разрядов для макетов дефектной изоляции
Ключевые слова:
кажущиеся заряды, частичные разряды, амплитудно-фазовая диаграмма, математическое моделирование
Аннотация
В статье представлены результаты уточнения физико-математической модели частичных разрядов (ЧР) для газовых включений в твердой изоляции в части расчетного определения истинного и кажущегося зарядов. Рассматриваемая модель основана на замещении эквивалентным сфероидом картины распределения осевших на стенках включения зарядов. Это позволяет аналитически сформулировать связь между изменением напряженности электрического поля во включении и индуцированным на электродах объекта зарядом. Модель дополнена учетом статистических параметров, которые позволяют воспроизвести зарегистрированные амплитудно-фазовые диаграммы. К таким параметрам относятся статистическое время запаздывания ЧР, напряженность погасания стримера, время релаксации осевших на стенках включения зарядов. Представлены результаты измерений кажущихся зарядов ЧР электрическим методом на специальных макетах твердой изоляции. Макеты изготовлены из капролона с воздушными включениями, имитирующими дефект и расположенными у электрода и в толще диэлектрика. Модель хорошо воспроизводит среднее значение кажущегося заряда ЧР во всех рассмотренных макетах. Показано, что подбор статистических параметров модели ЧР позволяет обеспечить хорошее совпадение расчетных амплитудно-фазовых диаграмм с экспериментальными и воспроизвести измеренный разброс значений кажущегося заряда ЧР.
Литература
1. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1986, 464 с.
2. CIGRE Technical Brochure № 676. Partial Discharge in Transformers, 2017, 162 p.
3. Ma H. et al. Partial Discharge Sources Classification of Power Transformer Using Pattern Recognition Techniques. – 2013 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2013, pp. 1193–1196, DOI: 10.1109/CEIDP.2013.6747430.
4. Janani H., Jacob N.D., Kordi B. Automated Recognition of Partial Discharge in Oil-Immersed Insulation. – 2015 IEEE Electrical Insulation Conference (EIC), 2015, pp. 467–470, DOI: 10.1109/ICACACT.2014.7223599.
5. Жуйков А.В. и др. Исследование частотных характеристик индуктивных датчиков в схемах измерения частичных разрядов. – Электричество, 2023, № 7, с. 35–46.
6. Жуйков А.В. и др. О применении высокоиндуктивных датчиков для измерения сигналов частичных разрядов электрическим методом в условиях заводских испытаний. – Электричество, 2023, № 10, с. 37–47.
7. Быкова А.М. и др. Расчетно-экспериментальное исследование напряжений возникновения ЧР в макетах твердой изоляции. – Электротехника, 2025, № 2.
8. Бортник И.М. и др. Электрофизические основы техники высоких напряжений. М.: Изд-во МЭИ, 2018, 732 с.
9. Stratton J.A. Electromagnetic Theory. New York: McGraw-Hill Book Company, 1941, 649 p.
10. Jackson J.D. Classical Electrodynamics. New York: John Wiley & Sons, 1967, 656 p.
11. Niemeyer L. A Generalized Approach to Partial Discharge Modeling. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 4, pp. 510–528, DOI: 10.1109/94.407017.
12. Pedersen. A. Partial Discharges in Voids in Solid Dielectrics. An Alternative Approach. – Conference on Electrical Insulation & Dielectric Phenomena – Annual Report, 1987, pp. 58–64, DOI: 10.1109/CEIDP.1987.7736534.
13. Смайт В. Электростатика и электродинамика. М.: Издательство иностранной литературы, 1954, 606 c.
14. Crichton G.C., Karlsson P.W., Pedersen A. Partial Discharges in Ellipsoidal and Spheroidal Voids. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1989, vol. 24 No. 4, pp. 335–342, DOI: 10.1109/14.90292.
15. Gutfleisch F., Niemeyer L. Measurement and Simulation of PD in Epoxy Voids. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 5, pp. 729–743, DOI: 10.1109/94.469970.
16. Niemeyer L., Fruth B., Gutfleisch F. Simulation of Partial Discharges in Insulation Systems. – 7th International Symposium on High Voltage Engineering, 1991, pp. 25–28.
17. McAllister I.W. Decay of Charge Deposited on the Wall of Gaseous Void. – IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1992, vol. 27, No. 6, pp. 1202–1207, DOI: 10.1109/14.204872.
---
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00934, https://rscf.ru/project/23-29-00934.
#
1. Bazutkin V.V., Larionov V.P., Pintal’ Yu.S. Tehnika vysokih napryazheniy. Izolyatsiya i perenapryazheniya v elektricheskih sistemah (High Voltage Technology. Insulation and Overvoltage in Electrical Systems). M.: Energoatomizdat, 1986, 464 s.
2. CIGRE Technical Brochure № 676. Partial Discharge in Transformers, 2017, 162 p.
3. Ma H. et al. Partial Discharge Sources Classification of Power Transformer Using Pattern Recognition Techniques. – 2013 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2013, pp. 1193–1196, DOI: 10.1109/CEIDP.2013.6747430.
4. Janani H., Jacob N.D., Kordi B. Automated Recognition of Partial Discharge in Oil-Immersed Insulation. – 2015 IEEE Electrical Insulation Conference (EIC), 2015, pp. 467–470, DOI: 10.1109/ICACACT.2014.7223599.
5. Zhuykov A.V. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 7, pp. 35–46.
6. Zhuykov A.V. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 10, pp. 37–47.
7. Bykova A.M. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2025, No. 2.
8. Bortnik I.M. et al. Elektrofizicheskie osnovy tekhniki vysokih napryazheniy (Electrophysical Fundamentals of High Voltage Technology). M.: Izd-vo MEI, 2018, 732 p.
9. Stratton J.A. Electromagnetic Theory. New York: McGraw-Hill Book Company, 1941, 649 p.
10. Jackson J.D. Classical Electrodynamics. New York: John Wiley & Sons, 1967, 656 p.
11. Niemeyer L. A Generalized Approach to Partial Discharge Modeling. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 4, pp. 510–528, DOI: 10.1109/94.407017.
12. Pedersen. A. Partial Discharges in Voids in Solid Dielectrics. An Alternative Approach. – Conference on Electrical Insulation & Dielectric Phenomena – Annual Report, 1987, pp. 58–64, DOI: 10.1109/CEIDP.1987.7736534.
13. Smayt V. Elektrostatika i elektrodinamika (Electrostatics and Electrodynamics). M.: Izdatel’stvo inostrannoy literatury, 1954, 606 c.
14. Crichton G.C., Karlsson P.W., Pedersen A. Partial Discharges in Ellipsoidal and Spheroidal Voids. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1989, vol. 24 No. 4, pp. 335–342, DOI: 10.1109/14.90292.
15. Gutfleisch F., Niemeyer L. Measurement and Simulation of PD in Epoxy Voids. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 5, pp. 729–743, DOI: 10.1109/94.469970.
16. Niemeyer L., Fruth B., Gutfleisch F. Simulation of Partial Discharges in Insulation Systems. – 7th International Symposium on High Voltage Engineering, 1991, pp. 25–28.
17. McAllister I.W. Decay of Charge Deposited on the Wall of Gaseous Void. – IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1992, vol. 27, No. 6, pp. 1202–1207, DOI: 10.1109/14.204872
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant no. 23-29-00934, https://rscf.ru/project/23-29-00934
2. CIGRE Technical Brochure № 676. Partial Discharge in Transformers, 2017, 162 p.
3. Ma H. et al. Partial Discharge Sources Classification of Power Transformer Using Pattern Recognition Techniques. – 2013 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2013, pp. 1193–1196, DOI: 10.1109/CEIDP.2013.6747430.
4. Janani H., Jacob N.D., Kordi B. Automated Recognition of Partial Discharge in Oil-Immersed Insulation. – 2015 IEEE Electrical Insulation Conference (EIC), 2015, pp. 467–470, DOI: 10.1109/ICACACT.2014.7223599.
5. Жуйков А.В. и др. Исследование частотных характеристик индуктивных датчиков в схемах измерения частичных разрядов. – Электричество, 2023, № 7, с. 35–46.
6. Жуйков А.В. и др. О применении высокоиндуктивных датчиков для измерения сигналов частичных разрядов электрическим методом в условиях заводских испытаний. – Электричество, 2023, № 10, с. 37–47.
7. Быкова А.М. и др. Расчетно-экспериментальное исследование напряжений возникновения ЧР в макетах твердой изоляции. – Электротехника, 2025, № 2.
8. Бортник И.М. и др. Электрофизические основы техники высоких напряжений. М.: Изд-во МЭИ, 2018, 732 с.
9. Stratton J.A. Electromagnetic Theory. New York: McGraw-Hill Book Company, 1941, 649 p.
10. Jackson J.D. Classical Electrodynamics. New York: John Wiley & Sons, 1967, 656 p.
11. Niemeyer L. A Generalized Approach to Partial Discharge Modeling. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 4, pp. 510–528, DOI: 10.1109/94.407017.
12. Pedersen. A. Partial Discharges in Voids in Solid Dielectrics. An Alternative Approach. – Conference on Electrical Insulation & Dielectric Phenomena – Annual Report, 1987, pp. 58–64, DOI: 10.1109/CEIDP.1987.7736534.
13. Смайт В. Электростатика и электродинамика. М.: Издательство иностранной литературы, 1954, 606 c.
14. Crichton G.C., Karlsson P.W., Pedersen A. Partial Discharges in Ellipsoidal and Spheroidal Voids. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1989, vol. 24 No. 4, pp. 335–342, DOI: 10.1109/14.90292.
15. Gutfleisch F., Niemeyer L. Measurement and Simulation of PD in Epoxy Voids. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 5, pp. 729–743, DOI: 10.1109/94.469970.
16. Niemeyer L., Fruth B., Gutfleisch F. Simulation of Partial Discharges in Insulation Systems. – 7th International Symposium on High Voltage Engineering, 1991, pp. 25–28.
17. McAllister I.W. Decay of Charge Deposited on the Wall of Gaseous Void. – IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1992, vol. 27, No. 6, pp. 1202–1207, DOI: 10.1109/14.204872.
---
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00934, https://rscf.ru/project/23-29-00934.
#
1. Bazutkin V.V., Larionov V.P., Pintal’ Yu.S. Tehnika vysokih napryazheniy. Izolyatsiya i perenapryazheniya v elektricheskih sistemah (High Voltage Technology. Insulation and Overvoltage in Electrical Systems). M.: Energoatomizdat, 1986, 464 s.
2. CIGRE Technical Brochure № 676. Partial Discharge in Transformers, 2017, 162 p.
3. Ma H. et al. Partial Discharge Sources Classification of Power Transformer Using Pattern Recognition Techniques. – 2013 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2013, pp. 1193–1196, DOI: 10.1109/CEIDP.2013.6747430.
4. Janani H., Jacob N.D., Kordi B. Automated Recognition of Partial Discharge in Oil-Immersed Insulation. – 2015 IEEE Electrical Insulation Conference (EIC), 2015, pp. 467–470, DOI: 10.1109/ICACACT.2014.7223599.
5. Zhuykov A.V. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 7, pp. 35–46.
6. Zhuykov A.V. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 10, pp. 37–47.
7. Bykova A.M. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2025, No. 2.
8. Bortnik I.M. et al. Elektrofizicheskie osnovy tekhniki vysokih napryazheniy (Electrophysical Fundamentals of High Voltage Technology). M.: Izd-vo MEI, 2018, 732 p.
9. Stratton J.A. Electromagnetic Theory. New York: McGraw-Hill Book Company, 1941, 649 p.
10. Jackson J.D. Classical Electrodynamics. New York: John Wiley & Sons, 1967, 656 p.
11. Niemeyer L. A Generalized Approach to Partial Discharge Modeling. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 4, pp. 510–528, DOI: 10.1109/94.407017.
12. Pedersen. A. Partial Discharges in Voids in Solid Dielectrics. An Alternative Approach. – Conference on Electrical Insulation & Dielectric Phenomena – Annual Report, 1987, pp. 58–64, DOI: 10.1109/CEIDP.1987.7736534.
13. Smayt V. Elektrostatika i elektrodinamika (Electrostatics and Electrodynamics). M.: Izdatel’stvo inostrannoy literatury, 1954, 606 c.
14. Crichton G.C., Karlsson P.W., Pedersen A. Partial Discharges in Ellipsoidal and Spheroidal Voids. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1989, vol. 24 No. 4, pp. 335–342, DOI: 10.1109/14.90292.
15. Gutfleisch F., Niemeyer L. Measurement and Simulation of PD in Epoxy Voids. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, vol. 2, No. 5, pp. 729–743, DOI: 10.1109/94.469970.
16. Niemeyer L., Fruth B., Gutfleisch F. Simulation of Partial Discharges in Insulation Systems. – 7th International Symposium on High Voltage Engineering, 1991, pp. 25–28.
17. McAllister I.W. Decay of Charge Deposited on the Wall of Gaseous Void. – IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1992, vol. 27, No. 6, pp. 1202–1207, DOI: 10.1109/14.204872
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant no. 23-29-00934, https://rscf.ru/project/23-29-00934
