Автоматизовані засоби технічної діагностики та електричного контролю за станом ізоляції в сільських електричних мережах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет

“Харківський політехнічний інститут”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.11.13 - Прилади і методи контролю та визначення складу речовин

Автоматизовані засоби технічної діагностики та електричного контролю за станом ізоляції в сільських електричних мережах

Котиш Андрій Іванович

Харків 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Кіровоградському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Орлович Анатолій Юхимович, Кіровоградський державний технічний університет, доцент кафедри електропостачання промислових підприємств і сільського господарства

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Гурин Анатолій Григорович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, завідувач кафедри електроізоляційної і кабельної техніки;

кандидат технічних наук, Москаленко Ігор Іванович, Харківський державний центр стандартизації, метрології і сертифікації, Державний комітет стандартизації, метрології та сертифікації, директор

Провідна установа Харківський національний університет радіоелектроніки, кафедра метрології та вимірювальної техніки Міністерства освіти і науки України, м. Харків

Захист відбудеться “10” 01 2002 року о 14.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.09 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” за адресою: 61002 м. Харків, вул. Фрунзе 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.

Автореферат розісланий “21” 11 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Горкунов Б.М

1. Загальна характеристика роботи

електричний ізоляція автоматизований струм

Актуальність теми. Традиційно сільські електричні мережі відрізняються низькою надійністю в порівнянні з мережами промислового та міського призначення. Це пояснюється тим фактом, що щільність навантаження в сільських районах України мала, а споживачі, розкидані на великій території. Тому в більшості випадків застосування таких заходів, як мережне резервування економічно невиправдано. В зв'язку з цим виникає проблема, як при мінімальних витратах підвищити надійність роботи сільських електричних мереж і зменшити до мінімуму шкоду, пов'язану з перервами електропостачання.

Підвищення якості ізоляції та безперервний неруйнівний контроль за її станом є одним із основних заходів по підвищенню надійності розподільчих мереж - оскільки за статистикою основною причиною аварійних відключень в мережах 10-35 кВ сільськогосподарського призначення є перекриття й пошкодження ізоляції внаслідок її забруднення. Профілактичні заходи, що застосовуються в сільських електричних мережах для запобігання перекриття ізоляторів мають низьку ефективність, а існуючі засоби діагностики та контролю не завжди в змозі правильно оцінити ізолюючу спроможність ізоляторів в процесі експлуатації. Тому актуальною є розробка нових нетрадиційних засобів неруйнівного контролю за станом ізоляції, що дозволило б підвищити ефективність процесу контролю забруднення, а також значно розширити функціональні можливості аналогічних пристроїв. Вирішенню цих задач і присвячено дану роботу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана у відповідності з комплексною державною програмою енергозбереження України (1997-2010), постанова Кабінету Міністрів України №148 від 5.02.97 р. та НТП “Розробка науково - методичних методів, засобів і автоматизованих систем контролю параметрів матеріалів, структур і приладів”, доручення Кабінету Міністрів України №7963/49 від 23.04.98 р.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення надійності сільських електричних мереж шляхом розробки нових методів і засобів автоматизованого діагностування та неруйнівного контролю за станом ізоляції.

Для досягнення вказаної мети вирішені наступні задачі:

Аналiз умов роботи iзоляцiї в розподiльчих мережах сільськогосподарського призначення.

Встановлення причин перекриття ізоляції та аналіз заходів, що підвищують надійність її роботи.

Вибiр й обгрунтування параметру контролю, який характеризує забрудненiсть iзоляторiв.

Визначення кiлькiсних i якiсних характеристик поверхневого шару забруднення iзоляторiв в природних умовах.

Виявлення факторiв навколишнього середовища, що впливають на контрольований параметр i отримання його функцiональної залежностi.

Дослiдження i оцiнка розрядних напруг iзоляторiв та розрахунок небезпечного з точки зору перекриття значення параметру контролю.

7. Розробка системи автоматизованого контролю та діагностики за станом iзоляцiї.

Об'єкт досліджень: повітряні розподільчі мережі та підстанції сільськогосподарського призначення.

Предмет досліджень: автоматизовані засоби технічної діагностики та електричного контролю за станом ізоляції.

Методи досліджень: теорія електричних та електромагнітних кіл, теорія експерименту, математична статистика, теорія ймовірності, експертні оцінки та вимірювальна і обчислювальна техніка.

Наукова новизна одержаних результатів

Обґрунтована доцільність використання за найбільш зручний параметр неруйнівного контролю струм витоку ізолятора, що перебуває під робочою напругою.

Виявлено вплив визначальних факторів довкілля на струм витоку (Ів) опорних ізоляторів відкритих розподільчих пристроїв (ВРП). Обґрунтовано розподіл факторів за степенем впливу на основні та другорядні.

На основі розробленої математичної моделі отримано функціональну залежність струму витоку ізолятора від факторів довкілля (атмосферна вологість, температура, щільність забруднення, швидкість вітру, тривалість впливу).

Отримано залежність розрядних напруг ізоляторів ВРП від струму витоку.

Запропоновано новий нетрадиційний метод, об'єднуючий в собі контроль за станом ізоляції в мережах з ізольованою нейтраллю та контроль забруднення ізоляторів, що ґрунтується на використанні струмів витоку опорних ізоляторів.

Розроблено пристрої контролю ізоляції ПКІ-1 та ПКІ-2.

Розроблено алгоритм функціонування системи автоматизованого неруйнівного контролю за станом ізоляції.

Новизна прийнятих технічних рішень захищена патентами України №20149А та №28809А.

Практичне значення роботи. Автоматизована система контролю та діагностики ізоляції на базі розроблених пристроїв дозволяє безперервно під напругою контролювати міру забруднення ізоляторів в комплектних та відкритих розподільних пристроях, а також здійснювати автоматичний контроль за станом ізоляції в мережах 10-35 кВ без використання трансформаторів напруги. Математична модель залежності струму витоку ізолятора від факторів довкілля, а також розрядних напруг може бути використана для любого типу ізоляторів ВРП. Розроблені пристрої автоматизованого контролю та діагностики за станом ізоляції успішно пройшли виробничі випробування на підстанціях Кіровоградобленерго, впроваджені в дослідну експлуатацію й рекомендовані до серійного виробництва. Очікуваний економічний ефект від використання зазначених пристроїв складає 2062-2268 гривень на один пристрій.

Особистий внесок здобувача в наукові результати є:

- в підході до поєднання проблем контролю забруднення ізоляції та контролю ізоляції фаз мережі відносно землі;

- у встановленні кількісної і якісної дії факторів довкілля на струм витоку ізолятора;

- в експериментальних дослідженнях, пов'язаних з визначенням небезпечного, з точки зору перекриття, струму витоку ізоляторів;

- в розробці математичної моделі залежності струму витоку ізоляторів від факторів довкілля;

- в розробці структурної схеми та алгоритму функціонування системи автоматизованого контролю та діагностики за станом ізоляції в мережі;

- в розробці схем основних блоків пристроїв контролю ізоляції.

Апробація роботи.

Основні результати роботи оприлюднено та обговорено на 4-й українській конференції-виставці “Неруйнівний контроль-99” (м. Київ, 1999 р.), 5-й міжнародній науково-технічній конференції “ЛЕОТЕСТ-2000” (с.м.т. Славське, 2000 р.), 3-й українській науково-технічній конференції “Неруйнівний контроль та технічна діагностика” (м. Дніпрпетровськ 2000 р.), 6-й міжнародній науково-технічній конференції “ЛЕОТЕСТ-2001” (с.м.т. Славське, 2001 р.), ХІІІ російській науково-технічній конференції за участю зарубіжних спеціалістів “Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления” (м. Судак 2001 р.) та на ХХVIІІ, ХХIХ й ХХХ конференціях професорсько-викладацького складу, наукових працівників і аспірантів Кіровоградського державного технічного університету (м. Кіровоград 1997-1999 рр.).

Публікації. Основний зміст, наукові положення та результати дисертації опубліковано в 13 друкованих роботах, з них 7 - в фахових виданнях, 2 - в патентах, 4 - в матеріалах конференцій.

Впровадження. Розроблені пристрої контролю та діагностики за станом ізоляції успішно пройшли виробничі випробування та впроваджені в дослідну експлуатацію на підстанціях “Гуровка” і “Молдовська” відповідно Долинського та Голованівського РЕМ Кіровоградобленерго.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел й трьох додатків. Повний обсяг вміщує 161 сторінку, в тому числі 134 сторінки з 33 ілюстраціями (23 по тексту й 10 окремо на 7 сторінках) і 27 сторінок додатків, наведено 6 таблиць, 119 найменувань використаних літературних джерел на 12 сторінках.

2. Основний зміст

В першому розділі проведено аналіз роботи ізоляції в сільських електричних мережах, в результаті чого встановлено, що майже 30% аварійних відключень сільськогосподарських споживачів відбувається по причині пошкодження і перекриття ізоляції. Старіння таких неорганічних матеріалів як фарфор і скло відбувається вкрай повільно, в той же час вихід з ладу ізоляторів відбувається за відносно невеликі проміжки часу. Основними причинами перекриття і пошкодження ізоляції є її забруднення різноманітними хімічними речовинами, яке супроводжується ще й зволоженням. Особливо небезпечними зволоженнями є мряка, туман, роса та сніг і лід під час танення на поверхні ізоляторів. Процес накопичення забруднення на поверхні ізолятора в функції часу носить складний динамічний характер, на котрий впливають сезонні зміни вітру, атмосферні опади, розташування відносно джерел забруднення, засоленість грунту, рельєф місцевості тощо.

Основними заходами по забезпеченню нормальної експлуатації ізоляції залишаються планові чистки через термін, визначений як правило місцевими інструкціями підприємств електричних мереж. В цілому планові чистки підвищують експлуатаційну надійність ізоляції, але питання періодичності їх проведення залишається відкритим. В одних випадках чистки можуть бути передчасними, що несе за собою невиправдані витрати трудових ресурсів та недовідпуск електроенергії, а в інших - перекриття передує чистці. Використання гідрофобних покриттів та ізоляторів з напівпровідниковою поливою також, в більшості випадків, не приносять бажаного результату, а отже витрати на їх виробництво, обслуговування перед монтажем і в процесі експлуатації можливо в ряді випадків віднести до прямих збитків.

Перекриття поверхні ізоляторів призводить до однофазних замикань на землю (ЗНЗ) або до міжфазних коротких замикань. Останні, як правило, ліквідуються швидким відключенням приєднання, тоді як однофазні ЗНЗ можуть існувати досить тривалий час. ЗНЗ в розподiльних мережах 10-35 кВ є досить розповсюдженим явищем i складають бiля 80% від загальної кiлькостi пошкоджень. Але найбiльшу небезпеку викликають ЗНЗ якi супроводжуються перемежаючою електричною дугою, що може бути причиною великих перенапруг в електричнiй мережi, причому їх значення досягає 3...3,2Uф. Такі умови, в свою чергу, дуже сприятливі для перекриття поверхні ізоляторів. Таким чином, з однієї сторони перекриття поверхні ізоляторів в мережах з ізольованою нейтраллю призводять до ЗНЗ, а з іншої сторони втрата ізоляції фази відносно землі з будь яких причин створює сприятливі умови для перекриття забруднених поверхонь ізоляторів. Тому представляється, що контроль степені забруднення ізоляторів і сам контроль ізоляційних властивостей в мережі є двома сторонами однієї проблеми.

Оцінка розрядної міцності ізоляції має найважливіше значення для запобігання перекриття і встановлення строків проведення профілактичних заходів. Неруйнівний метод оцінки ізолюючої спроможності ізоляторів за виміряними значеннями струмів витоку представляється найбільш прийнятним не тільки для ізоляторів комплектних розподільних пристроїв (КРП), але й для зовнішньої ізоляції відкритих розподільних пристроїв (ВРП) 35 кВ, оскільки дозволяє здійснювати безперервний автоматичний контроль міри забруднення. Це особливо важливо для підстанцій сільськогосподарських районів 35/10 кВ, котрі не мають постійного обслуговуючого персоналу. В цьому випадку інформація про небезпечний стан ізоляції могла б передаватися по каналах телемеханіки. Крім цього можливо по струмах витоку опорних ізоляторів здійснювати загальний процес контролю ізоляції в мережі, використовуючи цей метод як альтернативу трансформаторам напруги.

В другому розділі проведені теоретичні дослідження умов роботи ізоляції в процесі експлуатації. В результаті чого визначено характеристики поверхневого шару ізоляторів, забруднених в природних умовах, проведено аналіз цих характеристик в залежності від місця розташування підстанції та часу, що минув після останньої чистки. Аналіз аварійних випадків показав, що останнє не можна сприймати як основний фактор, що визначає забруднення ізоляторів, по причині різного місцезнаходження підстанцій, а як наслідок різного кількісного та якісного складу забруднюючих речовин.

При дослідженні впливу навколишнього середовища на параметр контролю було прийнято слідуючу модель. Загальний струм витоку ізолятора для даної моделі визначається слідуючими складовими:

І1 - ємнісний струм;

І2 - наскрізний струм;

І3 - струм абсорбції;

І4 - поверхневий струм;

І5 - струм, обумовлений паразитною ємністю Спар, яка може виникати між нижнім флянцем ізолятора й землею, коли під флянцем розміщується датчик струму (Rд).

Фактично через дільник Rд протікає основна частина струму витоку Ів, тому з метою спрощення моделі було знехтувано струмом через Спар. Надалі вважається, що

ІвІ1+І2+І3+І4.

Вирішуючи рівняння відносно Ів, отримуємо

(1)

де s - провідність, що відповідає струму абсорбції;

- час спадання струму абсорбції до 1/е первісного значення;

- кутова частота.

Формула (1) в загальному вигляді дає повну уяву про струм витоку ізолятора, що знаходиться під робочою напругою U.

При виникненні часткових розрядів (ЧР) по поверхні ізолятора або в передрозрядному стані, струм витоку визначається фактично поверхневою складовою ІвІ4, при чому

1/RпСп

Часткові розряди шунтуючі ділянки ізолятора призводять до зростання струму витоку. Критична величина струму витоку визначається з умови можливого повного перекриття ізолятора.

(2)

де Dекв еквівалентний діаметр ізолятора;

товщина шару забруднення;

xv - поверхнева провідність;

А і n - константи часткового розряду, що визначають його вольт-амперну характеристику. Саме ці останні параметри дуже залежать від умов довкілля.

Однак, в процесі експлуатації, внаслідок нерівномірного забруднення поверхні ізоляторів ВРП величини та xv є невідомими функціями координати витку Lв, тобто:

(3)

Тому для отримання повної і точної картини щодо визначення граничного струму витоку ізолятора, при якому можливе його перекриття, необхідно проведення цілого комплексу експериментальних досліджень, з виявленням впливу різних факторів, їх якісної і кількісної дії, та умов навколишнього середовища, в яких експлуатуються ізолятори зовнішнього встановлення.

В третьому розділі визначено та обгрунтовано порогові значення діагностичного параметру неруйнівного контролю за станом ізоляції. Для цього була розроблена методика штучного забруднення ізоляторів, причому характеристики забруднюючих речовин були максимально наближені до природних. Ізолятори із штучним шаром забруднення встановлювалися в закритій камері, де створювався певний мікроклімат за допомогою зміни відносної вологості, температури й регулювання повітряного потоку. За джерело напруги слугував випробовувальний трансформатор напругою 100 кВ.

Cтрум витоку ізоляторів залежить від слідуючих факторів:

1. Рiзницi температур поверхнi iзолятора й повiтря (Х1).

2. Абсолютної вологостi повiтря (Х2).

3. Тривалостi впливу навколишнього середовища на iзолятор (Х3).

4. Поверхневої щiльностi шару забруднення еквiвалентною кiлькiстю повареної солi (Х4).

5. Вiдносної вологостi повiтря (Х5).

6. Швидкості вітру (Х6).

Для побудови математичної моделі струму витоку Y (функція відгуку) було обрано ротатабельний центральний композиційний план з областю планування гіперсферою. Кількість дослідів в плані - 53, число рівнів варіювання - 5. Ядро становить собою напіврепліку 26-1 з генеруючим відношенням

X6=X1·X2·X3·X4·X5.

В результаті проведених експериментів встановлено, що фактори Х1 і Х5 мають крім лінійної складової також квадратичну, фактори Х2Х4 тільки лінійну складову

(4)

Для ізоляторів типу ИОС-35-1000УХЛ відповідні коефіцієнти регресії мають такі значення: А0=0,6489; А1=0,3568; А2=0,092; А3=0,103; А4=0,2371; А5=0,3599; А13=0,0521; А14=0,1258; А15=0,2479; А24=0,0397; А26=0,391; А34=0,0705; А35=0,053; А36=0,0363; А45=0,0647; А11=0,0948; А55=0,0774.

Розроблена математична модель надає можливостi для проведення детального аналiзу поведiнки струму витоку iзоляторів 35 кВ в залежностi вiд факторiв навколишнього середовища. Рiвняння регресiї (4) вказує що на збiльшення струму витоку найбiльш суттєво впливають перший i п'ятий фактори, тобто рiзниця температур мiж поверхнею iзолятора й навколишнього повiтря та вiдносна вологiсть повiтря. Цi фактори мають найбiльшi лiнiйнi й квадратичнi коефiцiєнти, а також найбiльший коефiцiєнт парної взаємодiї. Значний вплив на струм витоку має також четвертий фактор (поверхнева щiльнiсть шару забруднення еквiвалентною кiлькiстю хлориду натрiю) особливо при своїй взаємодiї з iншими факторами. Вплив iнших факторiв на струм витоку менш значний, на що вказують вiдповiднi коефiцiєнти регресiї рiвняння (4). Перевірка моделі показала, що вона адекватно описує процес і в подальшому може бути використана для практичної оцінки ефективності заходів по забезпеченню нормальної експлуатації ізоляції.

З'ясовано, що процес розвитку розряду по поверхні ізолятора визначається станом його поверхневого шару, але з іншого боку цей стан визначає струм витоку (залежність 4). Тому представляється необхідним встановлення функціональної залежності розрядних напруг від струму витоку ізоляторів, що знаходяться під робочою напругою. Для цього були використані методи регресійного та кореляційного аналізу, а дослідження підтвердили нормальний закон розподілення значень розрядних напруг ізоляторів. Отримане рівняння регресії має вигляд:

 (5)

де Х струм витоку ізолятора.

Залежність (5) дозволяє визначити відносну розрядну напругу Y за відомим струмом витоку ізолятора й порівнювати її з величиною перенапруг в мережі, визначаючи при цьому міру небезпечності стану поверхневого шару ізолятора. Вирішуючи це рівняння, отримуємо уставку спрацьовування пристроїв контролю забруднення ізоляторів. Вона складає 0,9-1 мА.

В четвертому розділі обгрунтована можливість використання та розглянуті питання технічної реалізації запропонованих методів та засобів діагностики і контролю за станом ізоляції в сільських електричних мережах.

Результати теоретичних й експериментальних досліджень, наведених в другому і третьому розділах показали, що використання опорних ізоляторів в якості основних датчиків, а їх струмів витоку в якості контрольованого параметру надають можливості здійснювати водночас дві функції:

- контролювати міру забруднення підстанційної (а в принципі і лінійної) ізоляції, сигналізуючи про її небезпечний стан;

- контролювати стан ізоляції в цілому в мережах 10-35 кВ, фіксуючи

як сам факт замикання на землю, так і те, яка з фаз втратила ізоляцію відносно землі. При цьому можливе застосування вже встановлених опорних ізоляторів, що знаходяться в експлуатації. Єдиною вимогою, що ставиться до таких ізоляторів, є їх абсолютна ідентичність.

Сигнали, пропорційні струму витоку ізолятора 1, знімаються з шунта 2 і надходять до фіксуючого пристрою 3, який за умов небезпечного (передаварійного) забруднення ізоляції або існування в мережі ЗНЗ сигналізує про той чи інший стан безпосередньо і посилає сигнал на пристрій кодування 4 з метою передачі його по каналах телесигналізації ЛЕП на районний диспетчерський пункт (РДП) за допомогою передавача 5, фільтра приєднання 6 й конденсатора зв'язку КЗ. На районній підстанції 150/35/10 кВ відбувається зворотній процес. Сигнал надходить до приймача 7 і через декодер 8 передається на щит диспетчера 9 або на комп'ютер 10. На основі отриманої інформації диспетчер РДП приймає відповідне рішення про негайне відключення даного приєднання або про знаходження його в роботі певний час до найближчого планового відключення, або інше в залежності від конкретних обставин. Слід зазначити, що дана структурна схема з метою спрощення показана для двох підстанцій - районної 150/35/10 кВ та місцевої 35/10 кВ. Насправді тут може бути зв'язок з усіма підстанціями району електричних мереж де передбачена телемеханізація.

Особлива увага приділялася розробці фіксуючих пристроїв контролю ізоляції ПКІ-1 та ПКІ-2 відповідно для мережі 10 кВ та 35 кВ. В пристроях контролю ізоляції (ПКІ), розроблених для мережі 10 кВ, використовується повний струм витоку опорних ізоляторів, по причині зволоження цих ізоляторів, розташованих в комірках КРЗ, лише росою. Ізолятори ж 35 кВ знаходяться на відкритому повітрі і зазнають впливу атмосферних опадів, які не в однаковій мірі впливають на поверхневий шар забруднення. Тому в розроблених ПКІ для мережі 35 кВ використовується розділення струму витоку на дві складові - Іп, що визначається поверхневим опором ізолятора та Іс, що визначається його ємністю, за допомогою ізолюючого (ІК) та струмопровідного (СК) кілець.

Для контролю рівня забруднення використовується відношення Іп/Іс, яке змінюється в межах 1…50, а для контролю ізоляції в мережі використовується ємнісна складова струму витоку Іс, яка є постійною для даного типу ізоляторів.

Окрім того, виключається помилкове спрацьовування пристроїв при зміні напруги в мережі по причині пропорційного змінення відношення Іп/Іс.

Система автоматизованого контролю та діагностування за станом ізоляції, на базі розроблених пристроїв, успішно пройшла виробничі випробування в Кіровоградобленерго, впроваджена в дослідну експлуатацію й рекомендована до серійного виробництва. Очікуваний економічний ефект від використання зазначених пристроїв складає 2062 - 2268 гривень на один пристрій. Новизна пристроїв захищена патентами України.

Висновки

1. Основною причиною аварійних відключень сільськогосподарських споживачів є перекриття ізоляції, питома вага яких складає близько 30% від загальної кількості. Основним заходом по упередженню цього явища досі залишаються планові чистки ізоляції, через термін, визначений як правило інструкціями підприємств електричних мереж. В одних випадках планові чистки можуть бути передчасними, що призводить до надлишкових витрат трудових ресурсів та недовідпуску електроенергії споживачам, а в інших випадках перекриття ізоляції відбувається ще до зазначеного терміну, внаслідок її забруднення та зволоження.

2. В ряді випадків перекриття поверхні ізоляторів в мережах з ізольованою нейтраллю призводить до однофазних замикань на землю які в свою чергу створюють сприятливі умови до перекриття ізоляції й пошкодження засобів контролю ізоляції (трансформаторів напруги). Існуючі засоби контролю забруднення ізоляції не достатньо надійні й досить дорогі. Застосування нових типів пристроїв (систем) автоматизованого контролю за станом ізоляції дозволило б підвищити ефективність їх роботи й значно розширити їх функціональні можливості.

3. Час, котрий минув пiсля останньої чистки iзоляторiв ВРП не можна сприймати як основний фактор, що визначає забрудненiсть останнiх, оскільки на забрудненість iзоляторiв впливає якiсний i кiлькiсний склад забруднень, а це в значнiй мiрi обумовлено мiсцезнаходженням пiдстанцiї.

4. Для проведення своєчасних ефективних заходiв, що запобiгають перекриттю iзоляцiї, необхiдно здiйснювати безперервний неруйнівний автоматичний контроль мiри забрудненостi iзоляторiв. За параметр контролю таких пристроїв найбiльш зручно використовувати струм витоку iзоляторiв, що знаходяться пiд робочою напругою.

5. Теоретичні дослідження показали, що струм витоку по забрудненій і зволоженій поверхні ізолятора залежить від розмірів і геометрії самого ізолятора, товщини шару забруднення та його провідності, а також умов навколишнього середовища. Однак, для нерівномірно забруднених ізоляторів, проблематично точно визначити критичний струму витоку, при якому можливе його перекриття.

6. В результатi побудови математичної моделi залежностi струму витоку вiд факторiв навколишнього середовища дослiджено i встановлено, що визначальний вплив на струм витоку справляють: рiзниця температур мiж поверхнею iзолятора й повiтрям; вiдносна вологiсть повiтря; поверхнева щiльнiсть шару забруднення еквiвалентною кiлькiстю NaCl; абсолютна вологiсть повiтря; тривалiсть впливу навколишнього середовища; швидкість вітру.

7. Отримана функцiональна залежнiсть мiж розрядними напругами i струмом витоку опорних iзоляторiв ИОС-35-1000УХЛ надає можливостi визначення уставки спрацьовування пристроїв автоматичного контролю забрудненостi iзоляторiв ВРП - 35 кВ, яка б при використаннi цих пристроїв складала 0,9-1 мА.

8. Експериментальні і теоретичні дослідження показали, що процес контролювання ізоляції в мережі, так само як і контролю забруднення самих ізоляторів доцільно здійснювати по струмах витоку опорних ізоляторів, звільняючи від цієї функції трансформатори напруги шляхом розземлення їх нейтралі, а як наслідок, запобігання їх пошкодження при дугових замиканнях на землю.

9. Система автоматизованого контролю і діагностування за станом ізоляції на базі розроблених пристроїв ПКІ-1 та ПКІ-2 дозволяє надійно контролювати міру забруднення ізоляторів в комплектних і відкритих розподільчих пристроях, а також здійснювати автоматичний контроль за станом ізоляції в мережах 10-35 кВ без використання трансформаторів напруги. Пристрої автоматизованого контролю за станом ізоляції захищені патентами України, успішно пройшли виробничі випробування і впроваджені в дослідну експлуатацію в Східних і Західних електричних мережах ДАЕК Кіровоградобленерго й рекомендовані до серійного виробництва. Очікуваний економічний ефект від використання зазначених пристроїв складає 2062, 2268 гривень на один пристрій.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Орлович А.Е., Котыш А.И. Управление автоматизированным обогревом КРУН на основе прогноза выпадения росы на изоляторе //Энергетика и электрификация. - 1998. - №6. - с. 46-48.

2. Котиш А.І., Орлович А.Ю., Серебренніков С.В. Автоматизована система контролю за станом ізоляції в повітряних мережах напругою 10-35 кВ //Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2000. - №4. - с.62-65.

3. Орлович А.Ю., Котиш А.І. Альтернативні засоби контролю за станом ізоляції в розподільчих мережах 10-35 кВ //Придніпровський науковий вісник. - 1998. - №110. - с.47-49.

4. Орлович А.Ю., Котиш А.І. Аналіз роботи ізоляції в розподільчих мережах 10-35 кВ Кіровоградської області //Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування /Кіровоград, - КІСМ, - 1997. - вип. 1. - с. 51-54.

5. Шульц Е.Е., Котиш А.І. Контроль ізоляції в розподільних мережах 10 кВ //Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування / Кіровоград, - КІСМ, - 1997. - вип. 1. - с. 35-37.

6. Котиш А.І., Орлович А.Ю. Моделювання залежності струмів витоку опорних ізоляторів 35 кВ від факторів навколишнього середовища //Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування /техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація / Кіровоград, КІСМ, - 1998. - вип.3. - с. 89-91.

7. Котиш А.І. До питання пошкодження трансформаторів напруги контролю ізоляції в сільських розподільних мережах // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету/ техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація./-Вип.6.-Кіровоград: КДТУ, 2000.-с.139-141. Патент України №20149А МКВ5НО2Н7/26, НО2Н7/28 Пристрій для контролю ізоляції в мережах з ізольованою нейтраллю /Орлович А.Ю., Шульц Е.Е., Котиш А.І. - надр. 25.12.97. Бюл. №6

9. Патент України №28809А МКВ6НО2Н3/16 Пристрій для контролю ізоляції в мережах з ізольованою нейтраллю /Орлович А.Ю., Котиш А.І. - надр. 16.10.2000. Бюл. №5-ІІ

10. Котиш А.І., Переверзєв І.О. Діагностування та контроль за станом ізоляції в сільських електричних мережах з ізольованою нейтраллю //Зб. наук. праць V міжнародної науково-технічної конференції “Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів - ЛЕОТЕСТ-2000”. - Київ-Львів. - 2000, - вип. 5. - с. 145-147.

11. Котиш А.І., Плєшков П.Г., Серебренніков С.В. Контроль якості та діагностика стану високовольтних ізоляторів повітряних електромереж під напругою //Неруйнівний контроль та технічна діагностика. Матеріали ІІІ Укр. науково-техн. конфер. 22-25 травня м. Дніпропетровськ. - 2000. - с. 193-196.

12. Котиш А.І., Переверзєв І.О. Пристрій неруйнівного контролю та діагностики за станом ізоляції в мережах з ізольованою нейтраллю //Зб. наук. праць VІ міжнародної науково-технічної конференції “Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів - ЛЕОТЕСТ-2001”. - Київ-Львів. - 2001, - вип. 6. - с. 157-159.

13. Котыш А.И., Плешков П.Г., Серебренников С.В. Автоматизированная система контроля качества и диагностики состояния высоковольтных изоляторов под напряжением //Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Сборник материалов XIII российской научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов. М.: МГИЭМ, 2001. - с.307-309.

Анотація

Котиш А.І. Автоматизовані засоби технічної діагностики та електричного контролю за станом ізоляції в сільських електричних мережах - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13. Прилади і методи контролю та визначення складу речовин - Національний технічний університет. “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2001 р.

Дисертацію присвячено питанням підвищення надійності сільських електричних мереж шляхом розробки нових нетрадиційних методів і засобів неруйнівного автоматизованого контролю та діагностування за станом ізоляції. В дисертації встановлено функціональні залежності струму витоку опорних ізоляторів 35 кВ від факторів навколишнього середовища та від розрядних напруг. Ці залежності є необхідною передумовою для розробки пристроїв неруйнівного безперервного контролю забруднення ізоляції. Запропоновано і реалізовано новий нетрадиційний спосіб контролю за станом ізоляції в мережах з ізольованою нейтраллю по струмах витоку опорних ізоляторів без застосування трансформаторів напруги.

Ключові слова: електрична мережа, неруйнівний контроль, ізоляція, струм витоку, трансформатор напруги, аналіз, математичне моделювання.

Аннотация

Котыш А.И. Автоматизированные средства технической диагностики и электрического контроля состояния изоляции в сельских электрических сетях - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 Приборы и методы контроля и определения состава веществ. Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2001 г.

В работе представлены научно-технические результаты в виде разработанной системы неразрушающего автоматизированного контроля и диагностики изоляции в сетях с изолированной нейтралью. В качестве параметра контроля использован ток утечки изоляторов, находящихся под рабочим напряжением. Это позволяет осуществлять непрерывный контроль в процессе эксплуатации степени загрязненности изоляторов, а также контроль изоляции фаз сети относительно земли.

Предложен нетрадиционный метод, объединяющий в себе контроль состояния изоляции в сетях с изолированной нейтралью и контроль загрязненности изоляторов, основаный на использовании токов утечки опорных изоляторов.

В работе проведены исследования условий работы изоляции в процессе эксплуатации. В результате чего определены характеристики поверхностного слоя изоляторов, загрязненных в природных условиях, проведен анализ этих характеристик в зависимости от места расположения подстанции и времени, прошедшего после последней чистки.

Установлена функциональная зависимость тока утечки от факторов окружающей среды и параметров самого изолятора. Определены и обоснованы пороговые значения диагностического параметра неразрушающего контроля состояния изоляции. Разработана методика искусственного загрязнения изоляторов, характеристики загрязняющих веществ при этом были максимально приближены к природным.

В результате проведенных экспериментов была получена математическая модель зависимости тока утечки опорных изоляторов открытых распредустройств от факторов окружающей среды (влажность воздуха, разность температур между поверхностью изолятора и окружающего воздуха, поверхностная плотность загрязнения, скорость ветра, продолжительность воздействия указанных факторов), а также установлена зависимость тока утечки от величины разрядных напряжений изоляторов. Это позволило определить разрядное напряжение по известному току утечки изолятора и сравнить ее с величиной перенапряжений в сети, определяя при этом степень опасности перекрытия поверхности изолятора.

Разработана структурная схема и алгоритм функционирования системы неразрушающего автоматизированного контроля и диагностики состояния изоляции в сетях с изолированной нейтралью. При этом разработаны устройства контроля изоляции ПКІ-1 и ПКІ-2 на базе которых функционирует система. Новизна указанных устройств защищена патентами Украины.

Система неразрушающего автоматизированного контроля и диагностики состояния изоляции на базе разработанных устройств прошла производственные испытания на подстанциях Кировоградоблэнерго, внедрена в опытную эксплуатацию и рекомендована к серийному производству.

Ключевые слова: электрическая сеть, неразрушающий контроль, изоляция, ток утечки, трансформатор напряжения, анализ, математическое моделирование.

Abstract

Kotish A.I. Automated resources of technical diagnostics and electrical control of the state of insulation in agricultural electric networks. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.11.13 - Instruments and methods of the control and definition of structure of substances. - The National Technical University “Kharkiv Politechnical Institute”, Kharkiv, 2001.

The dissertation is devoted to the rise of safety of electric networks by working-out of the new not traditional methods and means of automated control and diagnostic's state of insulation. The functional dependencies of leakage current of supporting insulators 35 kV from the environmental factor and discharge voltages are established in this dissertation. These dependencies are necessary condition for working-out of arrangenrents for the control of soiling isolation. A new not traditional way of controlling of state's insulation in the electric networks with insulating neutral by leakage currents of supporting insulators without of using voltage transformers is proposed and realised.

Key words: electrical network, non-destructive testing, insulation, leakage current, voltage transformer, analysis, mathematical modelling.

Размещено на Allbest.ru