Проведение PD-тестирования без сложной настройки: пошаговое руководство.

Я помню стандартную схему для традиционного стенда для испытаний на частичные разряды: источник высокого напряжения, разделительный конденсатор, блокирующий импеданс, измерительный импеданс, детектор частичных разрядов и генератор калибровочных импульсов; 6 блоков, каждый из которых требовал собственной проводки и собственных проверок перед первым измерением!

Это подход к тестированию частичных разрядов, который может быть невероятно сложным в настройке. Эта дополнительная сложность препятствует измерению частичных разрядов в средах, где это действительно необходимо. В этом руководстве рассматриваются требования стандарта IEC 60270, способы, которыми простота использования современной комбинированной системы измерения и анализа частичных разрядов снижает нагрузку на персонал, проводящий тестирование, и как применять этот подход. частичный разряд Тесты, соответствующие каждому конкретному типу электрооборудования – будь то высоковольтный кабель, силовой трансформатор или распределительный щит.

В нем также описывается множество различных технологий, которые могут быть использованы для решения различных проблем, связанных с тестированием электрооборудования.

Что такое частичный разряд — и почему он незаметно разрушает изоляцию?

Частичный разряд, часто сокращаемый как ПД, относится к электрическому пробою части неоднородного изолятора в любом месте изоляции. В самом широком смысле, электрическое изоляционное пространство между проводником и противоположным полюсом должно быть замкнуто. Это частичный разряд, но его недостаточно для полного разряда в замкнутом контуре и, следовательно, для возникновения короткого замыкания.

IEC 60270:2025: «разряды, которые лишь частично покрывают изоляцию между проводниками». Энергия любого отдельного импульса частичных разрядов невелика – пикокулоны, – однако их накопление с течением лет постепенно и необратимо разрушает органический изоляционный материал (XLPE, эпоксидная смола, бумага, пропитанная минеральным маслом).

Частичные разряды разрушают изоляционную систему под воздействием химических веществ (озона и азотной кислоты от коронного разряда), тепла и механического напряжения от повторяющихся плазменных ударных волн. В твердой изоляции повторяющиеся разряды прорезают микроскопические каналы, которые разветвляются, образуя структуру, называемую электрическим древовидным образованием. После начала образования древовидных образований в изоляционной системе время до полного разрушения составляет от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от уровня напряжения и интенсивности разряда.

Повреждение изоляции всегда указывается в числе основных причин отказов при техническом обслуживании трансформаторов и кабелей в энергосистемах. Однако на слишком многих электростанциях испытание на частичные разряды проводится только после того, как начинают проявляться признаки повреждения изоляции по данным измерений диэлектрических потерь, и только тогда, когда и если отказ уже произошел, а не в качестве профилактического обслуживания во время ввода в эксплуатацию и плановых капитальных ремонтов.

Каковы различные типы частичных разрядов?

В оборудовании среднего и высокого напряжения встречаются три основных типа частичных разрядов (ЧР). Знание различных типов ЧР важно, поскольку каждый из них имеет свой уникальный характерный сигнал и по-разному реагирует на методы обнаружения:

• Внутренний разряд — происходит внутри пустот, газовых пузырьков или расслоений в твердой или жидкой изоляции. Пустоты образуют конденсатор, соединенный последовательно с основной изоляцией; поскольку напряжение пробоя пустоты ниже, чем у окружающего диэлектрика, она многократно разряжается при нормальных рабочих напряжениях. Внутренний разряд является наиболее разрушительным типом, поскольку он воздействует на изоляционную систему изнутри.
• Поверхностный разряд. Он возникает на поверхности и образуется на границе двух материалов с различными значениями диэлектрической постоянной или на поверхности загрязненной изоляции. Скорость развития частичных разрядов значительно возрастает на наружных изоляторах и изоляторах в условиях воздействия соли, влаги и промышленного загрязнения.
• Коронный разряд — состояние ионизации и образования электрических стримеров в воздухе вокруг острых краев или плохо обслуживаемых соединений на оборудовании в неоднородном электрическом поле. Коронный разряд чаще всего возникает на оборудовании воздушных линий электропередачи и на внешней поверхности изоляторов наружных кабельных линий. В подавляющем большинстве случаев это менее опасный разряд по сравнению с внутренними, но его легко обнаружить с помощью ультразвуковых или сверхвысокочастотных (УВЧ) датчиков на большом расстоянии.

Узнать больше о Что означает частичный разряд для высоковольтного оборудования? в техническом справочнике DEMIKS.

Почему для проведения традиционных испытаний по стандарту IEC 60270 требуется от четырех до шести отдельных приборов?

Стандарт IEC 60270 описывает не конкретное измерительное устройство, а тестовую схему. Этот международный стандарт описывает метод косвенного измерения заряда, передаваемого во время разряда, с использованием схемы емкостной связи, но оставляет его реализацию на усмотрение тестировщика. В классической конфигурации это традиционно включает в себя: сбор и настройку не менее 6 (шести) элементов;

1. Источник высокого напряжения – характеризуется низким уровнем посторонних шумов, не маскирующих сигналы разряда от исследуемого объекта, и частотой, не изменяющейся в течение одного измерения;
2. Блокирующее сопротивление (Z) – основное назначение которого заключается в предотвращении прохождения разрядных импульсов, генерируемых в объекте, к источнику высоковольтного питания и их потери;
3. Разделительный конденсатор (Ck) – служит путем с очень низким импедансом для разряда импульсных частот (100 кГц – 1 МГц), позволяя посылать импульсы заряда в схему обнаружения;
4. Измерительное сопротивление (Zm) – используется для преобразования импульсного тока заряда в электрический сигнал, приемлемый для детектора; обычно реализуется в виде RC- или RLC-квадруполя.
5. Детектор частичных разрядов (PD) – это устройство, которое выбирает, усиливает, фильтрует и оцифровывает сигнал, а также может отображать фазово-разрешенную картину частичных разрядов (PRPD) относительно цикла приложенного напряжения;
6. Импульсный калибратор – используется перед каждым испытанием для ввода точно контролируемого количества заряда (в пикоксанах) в измерительную цепь и подтверждения метрологической прослеживаемости до эталонных стандартов (в соответствии с IEC 60270, требуется для каждого набора измерений).

Как отмечалось в журнале NETA World Journal (Стоун, А. Каваллини, 2024), «Переход от аналоговых к цифровым приборам для измерения частичных разрядов, начавшийся в 1990-х годах, повысил повторяемость, но количество используемых приборов не уменьшилось. Хотя программное обеспечение обеспечило возможность отображения фазово-разрешенных паттернов (PRPD), расширенные возможности были нивелированы необходимостью интерпретации двумерных графиков на основе данных о фазе и амплитуде, что требует обширного опыта. Кроме того, иногда используются датчики, использующие высокочастотные трансформаторы тока (HFCT), которые могут подключаться к заземляющим соединениям кабеля без размыкания тестовой цепи, но каждый такой датчик по-прежнему представляет собой дополнительный прибор, который необходимо приобрести, проверить и настроить на месте».

Как комплексные автоматизированные системы тестирования ПД устраняют барьеры

Интегрированная система тестирования частичных разрядов не меняет сути самого измерения, соответствующего стандарту IEC 60270. Меняется лишь способ проведения процесса — или, скорее, количество устройств, которые пользователю необходимо взять с собой на место для выполнения работы. Механизм связи, схема обработки сигнала и эталонный калибратор интегрированы в один прибор. Все, что нужно сделать пользователю, — это подключить высоковольтный выходной кабель к тестируемому объекту, выполнить калибровку прибора, а затем начать нарастание напряжения. Это сокращает время подготовки к тестированию с часов до минут без ущерба для качества, поскольку нет необходимости подключать или проверять вспомогательные импедансные сети.

ДЕМИКС автоматические системы проверки частичных разрядов Объедините все три функции в одном устройстве со встроенным соединением и автоматической процедурой калибровки. детектор частичного разряда Ассортимент включает в себя портативные измерительные приборы для онлайн-тестирования и настольные устройства для офлайн-приемочных испытаний — см. полный список. оборудование для испытаний частичных разрядов Руководство по выбору технических характеристик в зависимости от области применения.

Как провести тест на частичную разрядку — пошаговая инструкция

Как провести тест на частичное свертывание крови?

Все семь описанных выше шагов применимы к автономному тестированию с использованием интегрированного комплекта для тестирования частичных разрядов, соответствующего стандарту IEC 60270. Перед началом убедитесь, что тестируемый объект полностью обесточен и надежно изолирован.

1. Подключите и проверьте тестовую цепь. Подключите высоковольтный провод, провод заземления и соединитель к проверяемому изделию. Для интегрированной системы убедитесь, что значение емкости соединителя корректно отображается на экране проверки входа прибора.
2. Измерьте шум источника частичных разрядов (минимальный уровень шума частичных разрядов). Выключите источник высокого напряжения и запустите детектор на 30 секунд. Запишите показания в пикоксанах. Если показания превышают 1–2 пикоксана, необходимо найти источник шума и отключить его, прежде чем продолжить.
3. Введение калибровочного импульса: Введение известного заряда (100 пКл или 500 пКл) в тестируемый объект с помощью внутреннего генератора калибровочных импульсов (или внешнего калибратора): Проверка выходного сигнала на предмет отклонения заряда в пределах 5%. Это требуется согласно стандарту IEC 60270 и позволит отслеживать все последующие показания.
4. Подайте напряжение на PDIV. Постепенно повышайте испытательное напряжение от 0 В до номинального рабочего напряжения (U) и даже выше, наблюдая за показаниями датчика частичного разряда. Это значение представляет собой напряжение начала частичного разряда (PDIV), минимальное напряжение, при котором наблюдаются регулярные импульсы.
5. Выдержите испытательное напряжение. В соответствии со стандартом IEEE 400.3-2022, поддерживайте испытательное напряжение не менее 60 секунд. В течение этого периода выдержки измерьте и запишите максимальную величину частичных разрядов в пикоксанах, а также частоту частичных разрядов и количество импульсов в единицу времени.
6. Постепенно снижайте напряжение и найдите PDEV. Медленно снижайте напряжение. PDEV – напряжение гашения частичного разряда (напряжение, при котором больше не происходит повторения частичных разрядов. Значительное расхождение между PDIV и PDEV указывает на самоподдерживающиеся разряды при более низких значениях поля).
7. Повторите калибровку и запишите показания. После теста снова подайте калибровочный импульс и убедитесь, что система не вышла за пределы допустимых отклонений. Запишите изображение PRPD-паттерна и числовые результаты в отчет о тестировании.

Специфические испытания на частичные разряды: кабели, трансформаторы, распределительные устройства и генераторы.

Метод подключения и выбор источника напряжения значительно различаются в зависимости от того, какое оборудование тестируется. Любая неправильная конфигурация приводит к потере времени и некорректному результату. Перед выездом на объект сопоставьте подход, представленный в таблице ниже, с вашим конкретным оборудованием.

DEMIKS поставляет генераторы сверхнизкочастотного высокого напряжения для тестирования частичных разрядов кабеля на частоте 0.1 Гц в режиме СНЧ и устройства, выдерживающие резонансное напряжение с переменной частотой для испытаний последовательного резонанса кабелей. Полные конфигурации, специфичные для конкретного объекта, доступны через высоковольтное испытательное оборудование Страницы выбора товаров.

Онлайн, офлайн или непрерывный мониторинг ПД — выбор без чрезмерных вложений

Не все активы требуют одинакового уровня тестирования на частичные разряды (ЧР). Данные отраслевого исследования показывают, что только около 5–10% действующих средневольтных активов будут иметь значимый уровень ЧР, указывающий на краткосрочный риск отказа. В случае целой подстанции, где более 90% панелей находятся в исправном состоянии, установка постоянных датчиков мониторинга ЧР означает минимальную потерю эффективности. Необходимо учитывать критичность оборудования и возможность его обесточивания.

Чтение результатов ПД — что означают значения PDIV, PDEV и pC

Согласно стандарту IEC 60270, измерение частичных разрядов выражается в пикокулонах (пКл) кажущегося заряда: заряда, который при введении в клеммы тестируемого объекта дал бы то же показание на измерительном приборе, что и при частичном разряде. Отслеживание активности частичных разрядов в течение нескольких последовательных испытаний — а не какое-либо отдельное показание в отрыве от контекста — обеспечивает гораздо большую диагностическую ценность. Следует отметить, что это не фактический заряд, переданный в месте возникновения частичного разряда; эта величина чрезвычайно мала и не поддается измерению на месте. Понимание этого различия важно при сравнении результатов, полученных в разных лабораториях или при использовании разных типов приборов.

Наиболее полезную диагностическую информацию предоставляют два индикатора, основанных на напряжении:

• PDIV – Напряжение начала частичного разряда: напряжение, приложенное к исследуемому объекту, при котором впервые наблюдаются повторяющиеся импульсы частичного разряда по мере медленного увеличения приложенного напряжения. Ниже этого напряжения повторение активности частичного разряда не происходит.
• PDEV – Напряжение прекращения частичного разряда: напряжение, до которого приложенное напряжение медленно снижается после того, как напряжение было повышено выше PDIV, при котором прекращается повторение частичных разрядов. Более низкое значение PDEV, чем PDIV, предполагает, что разряд будет продолжаться при более низких напряжениях, что обычно указывает на более серьезный дефект.

Каковы стандарты проведения испытаний на частичный разряд?

Стандарт IEC 60270:2025 (4-е изд.) содержит наиболее широко применимый стандарт для измерения электрических частичных разрядов и охватывает схемы испытаний, измерения в пикокулонах, требования к калибровке и процедуры составления отчетов. Для полевых испытаний кабелей стандарт IEEE Std. 400.3-2022 описывает автономное тестирование с использованием источника напряжения промышленной частоты или СНЧ; стандарт IEEE Std. 400.4-2015 описывает системы с затухающим переменным током (ЦАП); для измерений в распределительных устройствах/КРУС с бесконтактными датчиками стандарт IEC 62478 устанавливает процедуры для измерений в диапазоне УВЧ и TEV. Узнайте, как выбрать подходящий прибор, в руководстве DEMIKS. выбор оборудования для испытаний на частичный разряд.

Какие изменения произойдут в тестировании на частичную выписку из больницы (2025–2026 гг.)?

Оборудование для испытаний на частичные разряды, стоимость которого в 2025 году в мире превысила 1 миллиард долларов и продолжает расти, ожидает дальнейший рост благодаря программам модернизации энергосистем, замене инфраструктуры и инвестициям в морскую ветроэнергетику. Ниже представлен наш обзор состояния полевых испытаний на частичные разряды к концу 2026 года.

• Испытания HVDC переходят из узкоспециализированной области исследований в реальную практику. Передача электроэнергии от морских ветроэлектростанций основана на длинных, изолированных линиях HVDC, которые необходимо корректировать во время испытаний на частичные разряды (ЧР). Ключевым отличием HVDC от ЧР в системах переменного тока является их нециклический характер. В то время как ЧР в системах переменного тока характеризуются отчетливыми всплесками активности, привязанными к циклам напряжения, ЧР в системах постоянного тока могут быть очень редкими и их трудно определить по фазе относительно эталонной частоты сети. Методы обнаружения и оценки ЧР постоянного тока в кабельных системах начнут использоваться в коммерческих целях в 2025 году, а комитет IEC TC64 — комитет, разрабатывающий стандарт IEC 60270 — активно занимается разработкой руководящих принципов испытаний ЧР постоянного тока.
• Использование искусственного интеллекта для распознавания образов PRPD снижает барьер для интерпретации. Наиболее распространенная жалоба пользователей на испытание на частичный разряд Мониторинг, описанный в литературе NETA и CIGRE, показывает, что считывание фазово-разрешенных паттернов частичных разрядов требует многолетнего опыта, приобретаемого как на месте, так и в лаборатории. В коммерческие приборы теперь встроены инструменты постобработки с использованием классификации на основе машинного обучения, которые выявляют вероятные типы дефектов и отделяют помехи от подлинных сигналов обнаружения разряда. Это напрямую решает проблему сложности интерпретации, которая ограничивала внедрение методов обнаружения частичных разрядов.
• Технологии инверторов на основе SiC и GaN создают новые требования к тестированию частичных разрядов для электроприводов. Приводы с регулируемой скоростью, использующие переключающие транзисторы из карбида кремния или нитрида галлия, генерируют импульсы напряжения с временем нарастания всего 10 наносекунд — что приближается к времени нарастания самих импульсов частичного разряда. Разделение сигналов обнаружения подлинного частичного разряда от переходных процессов, вызванных приводом в тяговых двигателях электромобилей, авиационных исполнительных механизмах и высоковольтных кабелях, подключенных к промышленным сервосистемам, является активной областью разработки датчиков и фильтров до 2025–2026 годов.

От инженерной команды DEMIKS: Наша команда высоковольтных инженеров наблюдала тенденции на рынке, направленные на упрощение использования оборудования в полевых условиях, на создание менее сложных многокомпонентных испытательных стендов, на разработку приборов, которые новый техник может использовать и получать стандартные, воспроизводимые результаты всего за один день обучения. Испытания, необходимые для высоковольтных кабелей, могут отличаться от испытаний трансформаторов или КРУЭ, но в целом тенденция направлена ​​на упрощение самого процесса тестирования, его автоматизацию и снижение зависимости от навыков конкретного специалиста. Это стремление к упрощению и соответствию стандартам полевых испытаний определило наши усилия при разработке линейки автоматизированного оборудования для измерения частичных разрядов.

Часто задаваемые вопросы о частичном тестировании на предмет выписки из больницы