Сравнение систем тестирования частичных разрядов: руководство покупателя по выбору подходящего оборудования для тестирования частичных разрядов.

Сравнение систем измерения частичных разрядов — это самый простой и актуальный вопрос, который задает себе каждый инженер подстанции, руководитель испытательной лаборатории или специалист по контролю качества от производителя оборудования перед подписанием заказа на покупку: какой метод, какой датчик, какой уровень оборудования, какой стандарт лучше всего подходит для данного конкретного объекта? Мы сравниваем испытания на частичные разряды по четырем методам измерения, четырем классам объектов и трем уровням оборудования и предлагаем контрольный список из 12 вопросов для покупателя, а также справочную таблицу, которая поможет подобрать наиболее подходящую категорию системы для вашего конкретного применения.

Краткий обзор — Сравнение систем тестирования ПД

Если у вас есть всего десять секунд, воспользуйтесь приведенной ниже таблицей, которая сопоставит наиболее распространенные сценарии покупки с соответствующим уровнем системы. Сценарии подробно рассмотрены далее в этом руководстве.

Компания DEMIKS предлагает высоковольтное испытательное оборудование для всех четырех категорий методов обнаружения частичных разрядов, указанных выше, от калибраторов, соответствующих стандарту IEC 60270, до автоматических систем тестирования частичных разрядов на подстанциях.

Объяснение процедуры частичного сброса сточных вод: что это такое и зачем коммунальные предприятия её проводят.

Что такое частичная разрядка?

Частичная разрядка Частичный разряд — это небольшой локализованный диэлектрический пробой, который лишь частично перекрывает зазор изоляции, в отличие от полноценной искры между электродами. Согласно IEC 60270:2015, частичный разряд измеряется как кажущийся заряд в пикокулонах (пКл), а стандартная топология тестовой цепи, требуемая каждым лабораторно-калиброванным анализатором, указана в стандарте. Частичный разряд проявляется внутри пустот, расслоений, острых металлических предметов или загрязнений внутри рабочей изоляции, как показано на фотографии ниже.

Сам импульс фотодиода длится всего несколько наносекунд. Используя анализ Фурье 3-наносекундного униполярного импульса, можно определить, что спектральный диапазон простирается от килогерц до примерно 300 МГц, отсюда и большое количество семейств физических датчиков для одного и того же широкополосного сигнала.

Почему энергокомпании проводят измерения частичных разрядов (ЧР) — это вопрос экономики страхования. ЧР редко сами по себе приводят к поломке; скорее, это симптом термомеханического старения, производственных дефектов, загрязнения или смещения изоляции под воздействием многократных циклов нагрузки. Отслеживание частоты ЧР в течение месяца и года позволяет заблаговременно предупредить о диэлектрической деградации, которую традиционные высоковольтные испытания или испытания на сопротивление изоляции не выявляют до момента пробоя. Удвоение среднего введенного заряда (ACI) каждые 12 месяцев является де-факто эмпирическим показателем того, что актив быстро стареет.

Весь этот практический контекст лежит в основе сравнения всех измерительных систем: каждая методика, каждый датчик, каждый уровень оптимизируются для одного и того же конечного использования индикатора раннего предупреждения в более или менее благоприятных условиях испытаний – калиброванные лабораторные приемочные испытания против зашумленных измерений в процессе эксплуатации, один объект против нескольких объектов.

Сравнение методов измерения частичных разрядов: традиционный, УВЧ, ВЧ-КТ и акустический.

В подходах, применяемых на подстанциях и заводах, преобладают четыре семейства частичных разрядов. Каждое из них использует свой частотный диапазон, связывает различные типы сигналов и обеспечивает либо калиброванный заряд, либо только относительную величину.

Стандартный стандарт IEC 60270 — единственный калиброванный метод.

Традиционные измерения — единственный метод, для которого мы можем предоставить коэффициент преобразования тока в заряд, позволяющий выразить любой критерий приемлемости в пикоксанах. В тестовой цепи ток частичного разряда поступает через известный разделительный конденсатор в известное измерительное сопротивление; милливольтный отклик затем преобразуется в кажущийся заряд с помощью калибровочного импульса известного заряда, подаваемого на клеммы тестируемого объекта. Только этот метод позволяет получить ряд спецификаций для закупок.

УВЧ — основной инструмент онлайн-мониторинга.

Проверка в диапазоне УВЧ основана на простом физическом принципе: при наличии широкополосного электрического шума мощность шума масштабируется пропорционально квадратному корню из полосы пропускания измерения, в то время как мощность сигнала PD масштабируется линейно с полосой пропускания до предела времени нарастания импульса. В результате отношение сигнал/шум улучшается пропорционально квадратному корню из полосы пропускания, поэтому методы ОВЧ/УВЧ (с полезной полосой пропускания около 100 МГц) превосходят НЧ в условиях шума. Один из компромиссов: показания УВЧ нельзя откалибровать в пикоксанах, и их необходимо сравнивать либо с предыдущими результатами измерений того же прибора, либо с базами данных аналогичных приборов.

HFCT — специалист по кабельным сетям

Высокочастотные трансформаторы тока крепятся к экранам кабелей, заземляющим проводам или нейтральным проводам трансформаторов. Они индуктивно связаны с импульсными токами частичных разрядов в диапазоне десятков мегагерц и являются основным датчиком при полевых испытаниях частичных разрядов в кабельных системах среднего напряжения в сочетании с низкочастотным или затухающим переменным возбуждением.

Акустическая эмиссия — когда необходимо обнаружить разряд.

Акустические методы позволяют обнаружить механическую волну давления, генерируемую каждым разрядом. Множество пьезоэлектрических датчиков, установленных на стенке бака трансформатора, определяют местоположение источника методом триангуляции с точностью до нескольких сантиметров по разнице во времени прихода сигнала. Акустический метод не является основным детектором – он служит для позиционирования и определения местоположения; электрические методы должны сначала подтвердить наличие активности.

В чём разница между низкочастотным и высокочастотным измерением частичного разряда?

Измерение на низких частотах (ниже 1 МГц) регулируется стандартом IEC 60270 и является единственным способом получения калиброванного значения в пикоксанах. Измерение на высоких частотах (от 3 МГц до 3 ГГц) регулируется стандартом IEC 62478:2016 и предпочтительно для онлайн-мониторинга из-за преимущества в отношении сигнал/шум в условиях шума на подстанциях, но его нельзя напрямую откалибровать в пикоксанах; результаты представляются в мВ или дБм и отслеживаются во времени для одной и той же пары датчиков.

«Калибровка результатов онлайн-тестов на частичные разряды нецелесообразна. Сравниваются только результаты, полученные с использованием одного и того же метода сбора данных и методов разделения шума. Тест на частичные разряды на целых обмотках в лучшем случае носит сравнительный характер, но ни в коем случае не является абсолютным».

Онлайн и офлайн тестирование на ПД — когда использовать каждый метод?

Онлайн- и офлайн-тестирование ПДВ (частотного отклонения) пытаются ответить на разные вопросы об одной и той же теплоизоляции. Однако выбор между ними редко сводится к тому, какой из них «лучше» – речь идет о допустимом уровне перебоев в электроснабжении, критичности объекта и о том, для чего будут использоваться результаты теста.

В чём разница между онлайн- и офлайн-тестированием на частичное освобождение от лечебных процедур?

Автономное тестирование частичных разрядов (ЧР) включает в себя подачу напряжения на неактивное оборудование с помощью внешнего высоковольтного источника, после чего проводится измерение калиброванного кажущегося заряда в пикоксанах (пКл) в соответствии со стандартом IEC 60270 лабораторного класса. Автономное тестирование является специфичным для конкретного объекта и не может быть выполнено во время эксплуатации. Оно лежит в основе заводских приемочных испытаний и любых договорных ограничений по ЧР. Онлайн-тестирование ЧР измеряет активность ЧР в условиях эксплуатации с помощью высоковольтного высокочастотного или УВЧ-датчика, который регистрирует последовательность импульсов на месте на фоне шума подстанции. Онлайн-тестирование не может быть откалибровано в пикоксанах, но оно необходимо для обнаружения дефектов, которые проявляются только при реальной нагрузке и тепловом воздействии, а также для проведения долгосрочного анализа тенденций в целях прогнозирующего технического обслуживания.

Вот практическое правило: один раз, при приемке, используйте офлайн-тест IEC 60270, чтобы подтвердить, что после вывода оборудования из эксплуатации его характеристики находятся ниже установленных в контракте предельных значений в пКл. Затем постоянно используйте онлайн-тест VHF/UHF/HFCT для сравнения характеристик этого же оборудования с аналогичными устройствами в флоте.

Уровни систем тестирования частичных разрядов — детектор, анализатор, система мониторинга.

Поставщики оборудования классифицируют свою продукцию для периферийных устройств по трем основным категориям, отражающим возможности, стоимость и сложность эксплуатации; понимание вашего положения на этом континууме поможет избежать ненужных инвестиций.

Портативные детекторы частичной чувствительности — полевая проверка

Портативные устройства обнаружения частичных разрядов (ЧР) регистрируют сигналы ЧР с помощью термоэлектрических датчиков, ультразвуковых излучателей или высокочастотных зажимов во время плановых проверок распределительных устройств, трансформаторных баков и кабельных соединений на подстанциях. Их функционал сводится к простому определению необходимости проведения углубленного анализа. Они не предоставляют калиброванные значения пикоксановых зарядов и не подходят для приемочных испытаний. Компания DEMIKS предлагает... детектор частичного разряда Этот класс предназначен для проверки распределительных устройств на месте установки.

Лабораторные анализаторы частичных разрядов — откалиброванные по стандарту IEC 60270.

Лабораторные тестеры — это приборы, которые ежедневно используются при заводских приемочных испытаниях трансформаторов, кабелей и изоляторов; они включают в себя конденсатор связи известного номинала, сертифицированный генератор импульсов (обычно с инжекцией заряда 1 пКл, 5 пКл, 50 пКл, 500 пКл) и устройство для обработки сигнала и измерения импеданса, соответствующее требованиям полосы пропускания IEC 60270. DEMIKS автоматическая система проверки частичных разрядов Этот продукт относится к данной категории и предлагает калибровку pC для приложений FAT.

Системы непрерывного онлайн-мониторинга — состояние энергетических активов.

Системы постоянного мониторинга используют выделенные УВЧ-антенны, ВЧ-транзисторы или соединители, установленные на объекте, и передают данные в контрольную точку. Алгоритмы определяют разряды по фазовому соотношению PRPD и уведомляют пользователей при превышении установленных пороговых значений. Эти концепции часто охватывают целые (многие-многие) подстанции, а не только один объект.

Проведение испытаний на частичные разряды для различных типов оборудования — трансформаторов, кабелей, распределительных устройств, вращающихся машин.

Для каждого класса активов существуют свои стандарты, передовые методы и общепринятые методики сопоставления показаний ПД с качеством; поэтому основным критерием соответствия зонда является класс активов, поскольку один анализатор не одинаково подходит для всех четырех областей применения. Данные по поискам за сентябрь 2025 года по запросу «тест на частичный разряд Объемы работ по техническому обслуживанию трансформаторов и кабелей с частичным разрядом увеличились в среднем примерно в пять-семнадцать раз, что указывает на переход от технического обслуживания во 2-3 квартале к техническому обслуживанию в 3-4 квартале в рамках парков оборудования энергокомпаний.

Трансформаторы — IEEE C57.113 и акустическое определение местоположения

Стандарт IEEE C57.113-2010 является рекомендуемой методикой измерения частичных разрядов на жидкостных силовых, распределительных и реакторных трансформаторах. Обычно заводская приемка вне линии электропередачи осуществляется с помощью стандартного прибора IEC 60270; в конце процесса предельные значения чаще устанавливаются контрактом с покупателем, чем самим стандартом. Принятая процедура заключается в поддержании измеренного кажущегося заряда ниже уровня пикоксанов при рабочем фазном напряжении трансформатора; конкретное значение определяется в каждом конкретном случае между покупателем и продавцом. В то же время, для оперативного мониторинга переходных процессов используются высокочастотные трансформаторы тока, подключенные к нейтрали трансформатора, и датчики акустической эмиссии на стенке бака; места активных разрядов определяются во время отключения электроэнергии. Комплексные решения «под ключ» оборудование для испытания трансформаторов Часто приборы для измерения частичных разрядов комбинируют с тестерами тангенса угла диэлектрических потерь и коэффициента трансформации, чтобы получить полное диэлектрическое изображение.

Что такое проверка на частичные разряды в трансформаторе тока?

Стандартное испытание силового трансформатора на частичные разряды проводится в соответствии с IEC 60270, но при номинальном напряжении трансформатора, то есть трансформатор запитывается от внешнего источника, при этом замыкается накоротко вторичная обмотка; разделительный конденсатор и измерительное сопротивление измеряют активность кажущегося заряда, возникающего из-за пустот в первичной изоляции. Это входит в стандартные типовые и приемочные испытания силовых трансформаторов, проводимые производителем, и обычно выполняется в специализированной испытательной лаборатории производителя на экранированном испытательном стенде.

Кабели (среднего и высокого напряжения) — IEEE 400.3-2022 и HFCT

Методика IEC 60270 применяется аналогично к трансформатору тока, только при номинальном напряжении трансформатора тока; трансформатор тока запитывается от внешнего источника, в то время как вторичная обмотка закорочена, а разделительный конденсатор и измерительное сопротивление регистрируют всю связанную с этим кажущуюся активность заряда, возникающую из-за пустот в первичной изоляции. Этот тест стал стандартной частью приемочных испытаний (включая типовые испытания) измерительных трансформаторов, при этом сам тест проводится на заводе-изготовителе трансформатора тока.

Распределительные устройства (КРУЭ, среднего и высокого напряжения) — УВЧ и ТЭВ

В руководстве IEEE 400.3-2022 «Измерение и тестирование экранированных силовых кабельных систем при частичных разрядах в полевых условиях» подробно описаны пересмотренные, более прагматичные протоколы испытаний и критерии прохождения (с учетом существующего фонового шума около 100 пКл) для кабельных систем, изготовленных методом экструзии, начиная с версии 2006 года. В большинстве случаев питание осуществляется переменным током очень низкой частоты (СНЧ) с частотой 0.1 Гц или затухающим переменным током, при этом импульсы частичных разрядов передаются либо через высокочастотные трансформаторы тока, обернутые вокруг экрана кабеля, либо через емкостной делитель на конце кабеля. Компания DEMIKS производит... генератор сверхнизкой частоты высокого напряжения используется в качестве источника энергии.

Вращающиеся машины (двигатели, генераторы) — стандарт IEEE 1434 и статорно-пазовые муфты

Установленные внутри газоизолированных распределительных устройств (ГИРУ) УВЧ-антенны представляют собой сегодня лучший метод онлайн-мониторинга; поскольку корпуса изготовлены из металла, волноводный эффект улучшает отношение сигнал/шум за счет фокусировки обнаруженных УВЧ-волн от внутренних повреждений. Для средневольтных распределительных устройств с воздушной изоляцией более практичным решением для онлайн-мониторинга является термоэлектрический преобразователь (ТЭП) в сочетании с ультразвуковым обнаружением. Оборудование для испытаний распределительных устройств В большинстве случаев эти пакеты объединяют онлайн-мониторинг частичных разрядов с измерением времени срабатывания автоматического выключателя и контактного сопротивления.

Еще один стандарт, IEEE Std 1434-2014, предназначенный для вращающихся электрических машин, сосуществует с IEC 60034-27 и IEC 60034-27-2; статистика, полученная на основе мировой выборки из более чем 20 000 результатов испытаний, собранных на IRMC 2017, показывает, что при напряжении 13-15 кВ и параметрах датчиков 80 пФ показания Qm на 25-м, 50-м, 75-м и 90-м процентилях составляют 54, 120, 261 и 520 мВ соответственно. Показание в режиме реального времени, превышающее 90-й процентиль, сразу же становится «тревожным сигналом» для дальнейшего расследования. Щелевые соединители, емкостные концевые датчики и высокочастотные трансформаторы тока, установленные на нейтральном проводе, являются самыми современными вариантами, прошедшими проверку на работоспособность, при этом решения для ОВЧ/УВЧ диапазонов хорошо зарекомендовали себя для работы в режиме реального времени.

PD против Tan Delta против VLF — выбор правильной диагностики

Покупатели спрашивают меня: стоит ли мне покупать тест на частичные разряды, тест на тангенс угла потерь или тест на устойчивость к сверхнизким частотам? Вряд ли – это разные диагностические методы, которые дополняют друг друга, а результаты показывают совершенно разные изоляционные свойства.

В чём разница между тангенциальным дельта-тестом и тестом на частичный разряд?

Коэффициент диэлектрических потерь (также называемый коэффициентом диэлектрических потерь, углом диэлектрических потерь или тангенсом d) — это показатель влияния влаги, посторонних загрязнений, деградации и старения — общего состояния изоляции — при измерении по всей длине кабеля (или по всей изоляции трансформатора). Испытание на частичные разряды (ЧР) — это измерение локализованных разрядов — пустот, мест загрязнения, дефектов — внутри или на выходе из изоляции. Кабель с плохим значением тангенса d, но без ЧР, готов к проверке на наличие ЧР; кабель с плохим значением тангенса d, вызванным влагой, может показать хорошие показатели ЧР. Большинство энергокомпаний проводят проверку тангенса d и проверку на ЧР на одном и том же VLF-кабеле. Приборы DEMIKS — включая тангенциальный дельта-тестер Для трансформаторов — парные измерения тангенса угла диэлектрических потерь и частичных разрядов на одном шасси.

В чём разница между VLF-тестом и тестом тангенциального разности температур?

VLF — это не тест, а источник питания, подаваемый на диагностику в течение от 1 до 300 секунд. Источник VLF может использоваться оператором для проведения автономного испытания на прочность (прохождение/непрохождение испытания провода), измерения тангенса угла диэлектрических потерь или теста на частичные разряды. Современный стенд для испытания кабелей объединяет все три вида диагностики на одном источнике VLF.

Контрольный список покупателя для выбора товара — 12 важных вопросов перед покупкой.

В большинстве случаев в полевых условиях на одном приборе объединяются пункты 1, 2 и 3 из этого списка. Однако при выборе системы целесообразно сверить ее характеристики с приведенными ниже вопросами.

• ✔1. Какова калиброванная чувствительность на входе прибора в пикоксанах согласно стандарту IEC 60270? Лабораторные анализаторы должны обеспечивать уровень сигнала не ниже 1 пКл; портативные детекторы будут показывать только относительные значения в дБ или пКл.
• 2. Можно ли проследить калибровку системы до национального стандарта и какова требуемая периодичность калибровки? Большинство спецификаций предусматривают ежегодную калибровку в аккредитованной по стандарту ISO/IEC-17025 испытательной лаборатории с предоставлением отчета о калибровке со ссылкой на NIST или эквивалентный стандарт.
• 3. Соответствует ли система стандартам IEC 60270, IEC 62478, IEEE 1434, IEEE 400.3 или IEEE C57.113? Сопоставьте соответствие с классом активов, выбранным для тестирования.
• 4. Что представляет собой метод подавления электромагнитных помех и как он реагирует на электромагнитные сигналы подстанции? Дискриминация импульсов по времени прихода, стробирование формы импульса и фильтрованный анализ в частотной области — все это распространенные методы; запросите опубликованный профиль подавления помех с аналогичными уровнями электромагнитных помех подстанции.
• 5. Поддерживает ли программное обеспечение распознавание образов PRPD и автоматическую идентификацию образов? Современные системы автоматически идентифицируют источники внутренних пустот, поверхностных разрядов, коронного разряда и электрических древовидных образований.
• 6. Поддерживает ли анализатор другие датчики помимо разделительного конденсатора? Датчики HFCT, антенны UHF, емкостные и акустические датчики расширяют возможности их применения в полевых условиях.
• 7. Предоставляет ли поставщик поддержку и обучение после продажи? Интерпретация результатов измерений ПД требует определенного времени на освоение; обычно при первом внедрении обучение, проводимое заказчиком, является стандартной процедурой.
• 8. Какова политика обновления программного обеспечения? Какой поставщик вносит исправления в программное обеспечение анализа в течение всего срока службы продукта? Для активов со сроком службы от пяти до десяти лет ожидается как минимум три цикла пересмотра программного обеспечения.
• 9. Можно ли экспортировать необработанные данные осциллограмм и PRPD в формате, не зависящем от производителя (CSV, MATLAB, COMTRADE)? Форматы, привязанные к производителю, являются недостатком, если анализатор или его диски подвержены износу со временем.
• 10. Будет ли сертификат калибровки выдаваться с каждым отгруженным прибором с указанием величины калибровочных импульсов? Нет сертификата — нет заводских приемочных испытаний.
• 11. Каков гарантийный период и среднее время между калибровками? В среднем по отрасли это 12 месяцев полной гарантии плюс 12-месячный интервал между калибровками.
• 12. Публикует ли поставщик данные об уровне шума, динамическом диапазоне и полосе пропускания в условиях эксплуатации, аналогичных вашей полевой среде? Технические характеристики, указанные в лабораторных условиях, часто не соответствуют реальной ситуации на подстанции. Запросите отчет о работе в аналогичных условиях.

Матрица принятия решений — сопоставление систем ПД с вашим приложением

В таблице ниже приведена взаимосвязь между наиболее распространенными сценариями использования систем мониторинга подстанций и оборудования OEM-производителей и соответствующим уровнем системы, основным методом измерения, семейством датчиков и стандартом. Используйте ее в качестве первоначального фильтра при запросе коммерческих предложений у поставщиков.

Краткий справочник стандартов тестирования ПД

В договорах на закупку, технических условиях на типовые испытания и аккредитации лабораторий используется один и тот же основной список стандартов измерения ПД. Держите эту таблицу под рукой во время запроса у поставщика.

Перспективы развития отрасли — тестирование фармакодинамических процессов в 2026 году и в последующие годы.

Три тенденции преобразуют тестирование частичных разрядов до 2026 года: рост рынка мониторинга трансформаторов, интерпретация частичных разрядов с помощью искусственного интеллекта и обновленные стандарты тестирования кабелей. Каждая из них влияет на то, как команда по закупкам должна планировать капитальные затраты и обучение технических специалистов в течение следующих двух-трех лет.

Рынок систем мониторинга трансформаторов оценивался в 2.85 миллиарда долларов в 2025 году и, как ожидается, значительно вырастет до 5.12 миллиарда долларов к 2033 году. В период с 2025 по 2026 год отрасль демонстрировала высокие однозначные темпы роста в годовом исчислении — по оценкам Fortumen Business Insights, финансовая стоимость бизнеса по мониторингу трансформаторов в 2026 году составит 3.25 миллиарда долларов против 2.97 миллиарда долларов в 2025 году. Для покупателей это говорит о временном увеличении скорости вывода продукции поставщиков на рынок, более глубоком рынке подержанных приборов и устойчивости решений для онлайн-мониторинга в ходе проектов модернизации подстанций.

Усовершенствованная с помощью ИИ идентификация типов частичных разрядов (ЧР) теперь преодолела порог готовности к применению в большинстве коммерческих систем: согласно исследованиям рынка, автоматизированные классификаторы типов разрядов демонстрируют точность более 95% при различении внутренних пустот, поверхностных разрядов, коронных разрядов и разрядов в виде электрических деревьев, с измеримым снижением частоты ложных срабатываний. Еще один пример из академической среды: опубликованная в 2025 году в издательстве Springer статья, посвященная обнаружению ЧР с помощью сверточных нейронных сетей, является ярким примером того, куда перейдут выводы, полученные непосредственно на приборе: обработка необработанных сигналов на периферийных узлах, а не сводные данные, загруженные в облако.

Что касается стандартов, то опубликован стандарт IEEE 400.3-2022 с установленными протоколами испытаний и стандартами соответствия для экструдированных кабельных систем среднего напряжения по сравнению с версией 2006 года; любой владелец электроэнергетических активов, подающий заявку на приемку кабеля в 2026 году, должен ожидать, что ему придется явно ссылаться на издание 2022 года, а не на издание 06 года, и должен убедиться, что любое заявление анализатора PCR о соответствии ссылается на то же самое.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)