RU2441303C2

RU2441303C2 - Method and device for protection of electric equipment against breakdown, having insulation gap and surfaces of electrodes isolated from each other by liquid dielectric

Info

Publication number: RU2441303C2
Application number: RU2009124259/07A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Виноградов (RU); Андрей Александрович Виноградов; Алексей Васильевич Шурупов (RU); Алексей Васильевич Шурупов
Original assignee: Андрей Александрович Виноградов; Алексей Васильевич Шурупов
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2012-01-27
Also published as: RU2009124259A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method is based on detection of pre-breakdown events (PE), such as occurrences, changes of shape and volume of gas bubbles, charged moles, micelles - "dark formations" on electrode surfaces. Based on information of a laser beam reflected from the electrode surface, images are created, which are compared in time, the previous one with the next one. Images recognition is self-tuned for two signals - "no breakdown anticipated" and "breakdown expected". The more frequently such events occur, the faster the breakdown will happen - a signal "equipment needs repair" is generated, which may be used to organise a preventive repair with specification of repair areas on images of working electrodes.

EFFECT: reliability improvement.

8 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к прикладной электротехнике. Более конкретно, оно относится к методам (способам) защиты (упреждения) в режиме реального времени от электрического пробоя высоковольтных трансформаторов, трансформаторов тока и другого электротехнического оборудования, заполненного жидким диэлектриком.The invention relates to applied electrical engineering. More specifically, it relates to methods (methods) of protection (proactive) in real time from electrical breakdown of high voltage transformers, current transformers and other electrical equipment filled with a liquid dielectric.

Уровень техникиState of the art

Электрическая прочность жидкого диэлектрика прямо не связана с удельной проводимостью или диэлектрическими потерями, но также сильно зависит от присутствия примесей. Электрическая прочность изоляционного промежутка, заполненного жидким диэлектриком, как правило, уменьшается с увеличением растворенных в нем воды, газов и других кислородных органических соединений, возникающих как от энергетического воздействия, так и в результате его старения [1]. Зависимость установить сложно. Разбросы в определении электрической прочности велики [2]. И многое зависит от природы изоляционной жидкости, а для минерального масла - от его структурно-группового состава. За счет возможности образовывать заряженные мицеллы и проводящие мостики вода оказывает более существенное влияние на пробой масла в том случае, если она находится в коллоидном состоянии.The dielectric strength of a liquid dielectric is not directly related to conductivity or dielectric loss, but it also strongly depends on the presence of impurities. The electric strength of the insulating gap filled with a liquid dielectric, as a rule, decreases with an increase in water, gases and other oxygen organic compounds dissolved in it, arising both from energy exposure and as a result of its aging [1]. Dependence is difficult to establish. The scatter in determining the electric strength is great [2]. And a lot depends on the nature of the insulating liquid, and for mineral oil - on its structural-group composition. Due to the ability to form charged micelles and conducting bridges, water has a more significant effect on the breakdown of oil if it is in a colloidal state.

Каким бы путем не проводился диагностический контроль, для решения вопросов о работоспособности и остаточном ресурсе электротехнического оборудования необходимо располагать критериями предельного состояния (КПС) [1]. В силу объективных причин [1, 2] точно предсказать момент пробоя жидкого диэлектрика невозможно, поэтому в значения КПС электротехнического оборудования приходится закладывать чрезвычайно большие коэффициенты запаса. И, тем не менее, электрические пробои происходят.Whatever way diagnostic monitoring is carried out, it is necessary to have criteria for the limit state (CPS) [1] to resolve the issues of operability and residual life of electrical equipment. For objective reasons [1, 2], it is impossible to accurately predict the moment of breakdown of a liquid dielectric, therefore extremely large safety factors have to be laid in the CPS values of electrical equipment. And, nevertheless, electrical breakdowns occur.

В настоящее время для оценки работоспособности электротехнического оборудования производятся периодические (от 1 раза в год) измерения электротехнических свойств жидкого диэлектрика путем отбора его проб. По измеренным значениям этих свойств принимают решение о замене жидкого диэлектрика или о продлении срока работы. В оборудовании, находящемся в эксплуатации, проводятся также периодически и другие измерения свойств электроизоляционных промежутков, например емкостным методом определяется сопротивление изоляции электродов относительно корпуса, методом подачи тестирующего напряжения пробоя и др. методами. Все эти методы требуют отключения оборудования от нагрузки. Некоторые виды испытаний требуют даже демонтаж электротехнического оборудования и вывоз его на испытательные полигоны.Currently, to assess the health of electrical equipment, periodic (from 1 time per year) measurements of the electrical properties of a liquid dielectric are made by sampling it. Based on the measured values of these properties, a decision is made to replace the liquid dielectric or to extend the life of the device. In the equipment in operation, other measurements of the properties of the insulating gaps are also periodically carried out, for example, by the capacitive method, the insulation resistance of the electrodes relative to the housing is determined by the method of supplying the breakdown test voltage and other methods. All these methods require disconnecting the equipment from the load. Some types of tests even require the dismantling of electrical equipment and its removal to test sites.

Такие методы диагностики нельзя признать оперативными, надежными и дешевыми. Произошедшие аварии на трансформаторных подстанциях и последующий анализ причин аварий показали неэффективность такого способа защиты электротехнического оборудования с жидким диэлектриком. Причинами аварий были электрические пробои, которые во многих случаях приводили к разрушению корпусов трансформаторов. Как следствие, возникали значительные убытки, экологические загрязнения, страх у близко живущего населения. Во всех авариях обнаружение электрического пробоя происходило только после того, как он произошел.Such diagnostic methods cannot be recognized as operational, reliable and cheap. The accidents at transformer substations and the subsequent analysis of the causes of the accidents showed the inefficiency of this method of protecting electrical equipment with a liquid dielectric. The causes of accidents were electrical breakdowns, which in many cases led to the destruction of transformer cases. As a result, there were significant losses, environmental pollution, and fear among close-living people. In all accidents, the detection of electrical breakdown occurred only after it occurred.

В [3, 4] показано, что начало пробоя предопределено наличием пузырьков, которые возникают за счет кипения воды, находящейся в жидком диэлектрике при протекании тока, либо за счет кавитации под действием электростатических или кулоновских сил. Кроме того, в жидком диэлектрике могут существовать микропузырьки еще до воздействия напряжения. Газовая фаза может состоять из воздуха и других газов, появившихся в жидком диэлектрике в результате его производства, хранения и эксплуатации. Наличие микрорельефа на поверхности электродов, а именно пор и выступов, способствует образованию стабильных микропузырьков. Поэтому в обычных условиях в электротехническом оборудовании пузырьки микронных размеров всегда присутствуют на электродах. Ясно, что в высоковольтных устройствах наличие пузырьков газа на поверхности электродов и изоляторов создает условия для развития первичных ионизационных процессов и приводит к снижению рабочего напряжения.It was shown in [3, 4] that the onset of breakdown is predetermined by the presence of bubbles, which arise due to boiling of water located in a liquid dielectric when current flows, or due to cavitation under the influence of electrostatic or Coulomb forces. In addition, microbubbles may exist in a liquid dielectric even before exposure to voltage. The gas phase can consist of air and other gases that appear in a liquid dielectric as a result of its production, storage and operation. The presence of a microrelief on the surface of the electrodes, namely pores and protrusions, contributes to the formation of stable microbubbles. Therefore, under normal conditions in electrical equipment, micron-sized bubbles are always present on the electrodes. It is clear that in high-voltage devices the presence of gas bubbles on the surface of electrodes and insulators creates the conditions for the development of primary ionization processes and leads to a decrease in the operating voltage.

Из опытов [4, 5] исследования электрического пробоя в жидкостях показано, что место пробоя с поверхности электрода стимулируется образовавшимся на этом месте пузырьком газа или возникшим "темным образованием". Перед пробоем пузырек или "темное образование" вытягиваются в направлении электрического поля, и из его вершины образуется первый стример, который образует через череду последующих стримеров канал пробоя, и, как следствие, происходит короткое замыкание электродов. Обнаружены [4] различия в скоростях протекания предпробивных процессов на поверхности электрода в зависимости от того, является ли он катодом или анодом непосредственно перед самим пробоем, а также от наличия изначального пузырька на поверхности электрода или в условиях отсутствия такового. На начальной стадии, до 0,4÷0,5 мкс, анодные и катодные пузырьки удлиняются вдоль поля, уменьшаясь в поперечном направлении. К 0,45 мкс анодный пузырек удлиняется вдоль поля, уменьшаясь в поперечном направлении, возникает светлая полоска - интегральное свечение анодного канала разряда, время разряда 1,2 мкс. К 0,7÷1 мкс катодный пузырек приобретает характерную грибообразную форму, а анодный пузырек увеличивается во всех направлениях. При наличии нескольких пузырьков катодные стримеры растут практически из всех пузырьков, а анодные из одного пузырька критического размера. На момент времени 1,0 мкс возникает на аноде веер сверхзвуковых стримеров толщиной ~5-10 мкм. Основной стример вылетает из кончика пузырька со скоростью более чем ~2 км/с на расстояние до 600 мкм, время его развития 1,3 мкс. Эти отличия позволяют определить временные параметры протекания предпробивного процесса. Самый короткий период времени от начала роста пузырька (или "темного образования") до момента возникновения первого стримера или свечения анодного канала разряда составляет около 0,5 мкс.From the experiments [4, 5] of the study of electrical breakdown in liquids, it was shown that the breakdown site from the electrode surface is stimulated by the formation of a gas bubble or the appearance of a “dark formation”. Before the breakdown, the bubble or “dark formation” is pulled in the direction of the electric field, and the first streamer is formed from its top, which forms a breakdown channel through a series of subsequent streamers, and, as a result, the electrodes are short-circuited. [4] Differences were found in the rates of pre-breakdown processes on the electrode surface, depending on whether it is a cathode or anode immediately before the breakdown itself, as well as on the presence of the initial bubble on the electrode surface or in the absence thereof. At the initial stage, up to 0.4–0.5 μs, the anode and cathode bubbles elongate along the field, decreasing in the transverse direction. By 0.45 μs, the anode bubble lengthens along the field, decreasing in the transverse direction, a light strip appears - the integral glow of the anode discharge channel, the discharge time is 1.2 μs. To 0.7 ÷ 1 μs, the cathode bubble acquires a characteristic mushroom shape, and the anode bubble increases in all directions. In the presence of several bubbles, the cathode streamers grow from almost all bubbles, and the anode ones from one bubble of a critical size. At a time moment of 1.0 μs, a fan of supersonic streamers ~ 5–10 μm thick appears on the anode. The main streamer flies out from the tip of the bubble at a speed of more than ~ 2 km / s over a distance of 600 μm; its development time is 1.3 μs. These differences make it possible to determine the temporal parameters of the pre-breakdown process. The shortest period of time from the onset of bubble growth (or "dark formation") to the moment the first streamer or glow of the anode discharge channel occurs is about 0.5 μs.

Результаты оптических и электрооптических исследований [5] предпробойных процессов подтвердили возможность обнаружения на поверхности электродов оптических неоднородностей - пузырьков и "темных образований" непосредственно перед самим пробоем. При этом длительность одного кадра сканирования поверхности электрода составляла 3 нс (частота подсветки поверхности) при длине волны лазера 0,61 мкм.The results of optical and electro-optical studies [5] of pre-breakdown processes confirmed the possibility of detecting optical inhomogeneities on the surface of the electrodes — bubbles and “dark formations” immediately before the breakdown itself. The duration of one scan frame of the electrode surface was 3 ns (surface illumination frequency) at a laser wavelength of 0.61 μm.

В настоящее время для оперативной защиты электротехнического оборудования от пробоя используется непрерывное измерение электрического напряжения между электродами, предельные допустимые значения которого заранее определяются расчетно-опытным путем для каждого типа оборудования на основе КПС. Для расчета КПС используются периодические, 1-2 раза в год в отбираемых пробах, измерения изолирующих свойств жидкого диэлектрика, количество влаги и т.д. Если изолирующие свойства жидкого диэлектрика хуже КПС, то принимается решение о выводе оборудования в ремонт. Тем не менее, анализ произошедших аварий на высоковольтных трансформаторах показал, что их причинами явились электрические пробои изоляционного промежутка, заполненного жидким диэлектриком.Currently, for the operational protection of electrical equipment from breakdown, a continuous measurement of the electrical voltage between the electrodes is used, the maximum permissible values of which are predetermined by the calculation-experimental method for each type of equipment based on KPS. To calculate the KPS, periodic, 1-2 times a year in the samples taken, measurements of the insulating properties of the liquid dielectric, the amount of moisture, etc. are used. If the insulating properties of a liquid dielectric are worse than the KPS, then a decision is made on the conclusion of the equipment for repair. Nevertheless, an analysis of the accidents that occurred on high-voltage transformers showed that their causes were electrical breakdowns of the insulation gap filled with a liquid dielectric.

Имеются заявки на патент, которые близки по области возможного применения. Например, заявка на патент "СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПРОБИВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ", 2006 г. [6]. Однако этот способ для защиты от пробоя применить невозможно в реальных трансформаторах и др. оборудовании. Это обосновано тем, как указывалось выше, что само по себе знание пробивного напряжения жидкого диэлектрика не предскажет и не определит момент электрического пробоя трансформатора в процессе его эксплуатации.There are patent applications that are close in scope. For example, the patent application "METHOD AND DEVICE FOR CONTROL OF BREAKING VOLTAGE OF LIQUID DIELECTRICS", 2006 [6]. However, this method for protection against breakdown cannot be applied in real transformers and other equipment. This is justified by the fact that, as indicated above, knowledge of the breakdown voltage of a liquid dielectric alone will not predict and determine the moment of electrical breakdown of a transformer during its operation.

В заявке на патент "СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА, ПОКРЫТОГО СЛОЕМ ДИЭЛЕКТРИКА, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ", 2007 г. [7] указано на возможность измерения распределения напряженности электрического поля на поверхности электродов, покрытых слоем диэлектрика. Однако в реальных конструкциях электротехнического оборудования поверхность электродов не позволяет устанавливать на них какие-либо прозрачные электроды для визуализации напряженности электрического поля. Более того, из опытов известно, что знание распределения напряженности электрического поля на поверхностях электродов не предскажет ни момент времени, ни место электрического пробоя изоляционного промежутка. Из экспериментов известно, что пробои во всех случаях с гладких поверхностей электродов происходят с вершин пузырьков и "темных образований".In the patent application "METHOD FOR RESEARCHING THE SURFACE RELIEF OF AN OBJECT FROM A CONDUCTING MATERIAL COATED WITH A DIELECTRIC LAYER, AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION", 2007 [7] indicates the possibility of measuring the distribution of the electric field strength on the surface of the electrodes coated with dielectric. However, in real designs of electrical equipment, the surface of the electrodes does not allow any transparent electrodes to be installed on them to visualize the electric field strength. Moreover, it is known from experiments that knowledge of the distribution of the electric field strength on the surfaces of electrodes does not predict either the time instant or the place of electrical breakdown of the insulating gap. It is known from experiments that breakdowns in all cases from smooth electrode surfaces occur from the vertices of bubbles and “dark formations”.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Способ защиты от электрического пробоя электротехнического оборудования, имеющего изоляционный промежуток и поверхности электродов, изолированных между собой жидким диэлектриком, основан на обнаружении начала предпробивных явлений на поверхностях электродов, что воспринимается как сигнал (команда) на экстренное отключение или снижение напряжения на работающем электротехническом оборудовании.The method of protection against electrical breakdown of electrical equipment having an insulating gap and the surfaces of electrodes isolated by a liquid dielectric is based on detecting the onset of breakdown phenomena on the surfaces of the electrodes, which is perceived as a signal (command) for an emergency shutdown or voltage reduction on working electrical equipment.

В качестве объекта наблюдения предпробивных явлений использованы пузырьки и "темные образования", которые непосредственно перед пробоем возникают, или меняют свою форму и размеры. Объекты наблюдения оптически неоднородны и имеют размеры от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров. Объекты наблюдения можно зафиксировать оптическими и электронно-оптическими методами, например лучом лазера. Для обнаружения момента образования предпробивных явлений производится непрерывное сканирование поверхности электродов лучом лазера, частота излучения, мощность и скорость развертки которого регистрируют возникновение и рост пузырьков газа и "темных образований" на поверхности электродов в слое жидкого диэлектрика. Растр развертки луча лазера должен охватывать все электроды внутри электротехнического оборудования. В зависимости от конструкции оборудования может потребоваться несколько лазеров. По сигналам отраженных в растре лучей лазера создается текущий образ, например, в виде телеметрического сигнала, или фотографии, или голограммы. Далее осуществляется сравнение последующих образов с опорными образами.As an object of observation of pre-breakdown phenomena, bubbles and “dark formations” were used, which appear immediately before the breakdown or change their shape and size. The objects of observation are optically inhomogeneous and have sizes from several tens to several hundred micrometers. Observed objects can be recorded by optical and electron-optical methods, for example, a laser beam. To detect the moment of formation of pre-breakdown phenomena, a continuous scanning of the surface of the electrodes by a laser beam is carried out, the radiation frequency, the power and sweep speed of which record the occurrence and growth of gas bubbles and "dark formations" on the surface of the electrodes in the liquid dielectric layer. The laser beam scan raster should cover all the electrodes inside the electrical equipment. Depending on the design of the equipment, several lasers may be required. Using the signals of the laser beams reflected in the raster, the current image is created, for example, in the form of a telemetry signal, or a photograph, or a hologram. Next, a comparison of subsequent images with reference images is carried out.

В качестве начала наблюдения используется небольшой период времени нормально работающего оборудования. То есть, в начальный момент настраивается система наблюдения на 1-й опорный образ, с большой вероятностью не содержащий предпробивные явления. Если образ не изменился, то предпробивные явления отсутствуют. Если в какой-либо момент возникло изменение образа, то что-то произошло с объектом наблюдения. Если происходит рост пузырьков и "темных образований", то произойдет пробой. Этому явлению в аналоговом виде образа соответствует увеличение дисперсии амплитуды отраженного сигнала (луча лазера) в развертке по строкам растра, а в цифровом виде образа - увеличению несменяемых (неподвижных от кадра к кадру) точек на изображении в телекадре (фотокадре). При отрывах пузырьков с поверхности электродов происходит перемещение точек по изображению от предшествующего кадра (образа) к последующему кадру (образу). Если рост возникших предпробивных явлений приостановился или вовсе крупные пузырьки стали уменьшаться, то пробоя не будет.A short period of normally working equipment is used as the beginning of the observation. That is, at the initial moment, the observation system is tuned to the 1st reference image, which most likely does not contain pre-penetration phenomena. If the image has not changed, then there are no pre-penetration phenomena. If at any moment a change in the image occurred, then something happened to the object of observation. If bubbles and “dark formations” grow, then breakdown will occur. This phenomenon in the analogue form of the image corresponds to an increase in the dispersion of the amplitude of the reflected signal (laser beam) in the scan along the lines of the raster, and in the digital form of the image to the increase in the non-replaceable (fixed from frame to frame) points in the image in the television frame (photo frame). When bubbles are detached from the surface of the electrodes, the points in the image move from the previous frame (image) to the next frame (image). If the growth of the arising pre-breakdown phenomena has stopped or even large bubbles began to decrease, then there will be no breakdown.

В качестве 1-го опорного образа принято среднее значение из записанной группы текущих образов, которые предшествовали текущему образу, с которым в данный момент производится сравнение. После каждого кадра сканирования в эту группу последний текущий образ добавляется, а самый первый из ранее записанных образов удаляется. Размер группы образов постоянен, что определяет постоянство временной базы их осреднения. Размер группы определяется интервалом времени, который выбран примерно на 20-30% больше периода восстановления изоляционного промежутка в эталоне после пробоя. Размер группы образов настраивается для каждого вида жидкого диэлектрика индивидуально.As the first reference image, the average value from the recorded group of current images that preceded the current image, with which a comparison is currently being made, is taken. After each scan frame, the last current image is added to this group, and the very first of the previously recorded images is deleted. The size of the group of images is constant, which determines the constancy of the time base for their averaging. The size of the group is determined by the time interval, which is selected approximately 20-30% more than the period of restoration of the insulation gap in the standard after breakdown. The size of the group of images is individually adjusted for each type of liquid dielectric.

С целью обеспечения непрерывной проверки достоверности индикации фактов возникновения предпробивных явлений используют поверхность электрода-эталона, который размещают в пределах растра луча лазера и не соединяют с рабочими электродами электротехнического оборудования электрически. На электроде-эталоне, с интервалом времени больше периода восстановления изоляционного промежутка в нем после пробоя, осуществляют стимулированный частичный пробой между электродами через изоляционный промежуток, который заполняют тем же жидким диэлектриком, как и диэлектрик между рабочими электродами, стареющим в процессе эксплуатации оборудования.In order to ensure continuous verification of the reliability of the indication of the occurrence of pre-breakdown phenomena, use the surface of the reference electrode, which is placed within the raster of the laser beam and is not electrically connected to the working electrodes of the electrical equipment. On the reference electrode, with a time interval longer than the recovery period of the insulation gap in it after breakdown, a partial partial breakdown between the electrodes is carried out through the insulation gap, which is filled with the same liquid dielectric as the dielectric between the working electrodes, aging during the operation of the equipment.

Для обнаружения момента образования предпробивных явлений в качестве 1-го опорного образа, соответствующего отсутствию предпробивных явлений на поверхности рабочих электродов, принимают осредненный образ группы предшествующих текущих образов, в которых не были обнаружены предпробивные явления и при которых электротехническое оборудование уже проработало нормально (без пробоев). В каждом текущем образе выделяют область, в которой отображают поверхность электрода-эталона, сначала достоверно содержащую предпробивные явления при стимуляции пробоя, и ее принимают за 2-й опорный образ, затем в этой же выделенной области текущего образа по прошествии периода восстановления изоляционного промежутка в эталоне после пробоя отображают ту же поверхность электрода-эталона, достоверно не содержащую предпробивные явления, и ее принимают за 3-й опорный образ.To detect the moment of formation of pre-breakdown phenomena as the first reference image, corresponding to the absence of pre-breakdown phenomena on the surface of the working electrodes, take an averaged image of a group of previous current patterns in which no breakdown phenomena were detected and in which the electrical equipment has already worked normally (without breakdowns) . In each current image, a region is distinguished in which the surface of the reference electrode is displayed, which at first reliably contains pre-penetration phenomena during breakdown stimulation, and it is taken as the 2nd reference image, then in the same selected region of the current image after the recovery period of the isolation gap in the standard after the breakdown, they display the same surface of the reference electrode, which does not reliably contain pre-breakdown phenomena, and they take it for the 3rd reference image.

Для подтверждения достоверности индикации фактов возникновения предпробивных явлений сравнивают 2-й и 3-й опорные образы, по которым подтверждают факт распознавания текущих образов или при сбоях выполняют настройку распознавания образов на предмет наличия или отсутствия предпробивных явлений на поверхности электродов в каждом периоде сканирования лучом лазера.To confirm the reliability of the indication of the occurrence of pre-breakdown phenomena, the 2nd and 3rd reference images are compared, which confirm the recognition of current images or, in case of failures, configure pattern recognition for the presence or absence of breakdown phenomena on the surface of the electrodes in each period of scanning with a laser beam.

С целью исключения ложных срабатываний текущий образ сравнивают с 1-м опорным образом, и если подтвержден факт распознавания 2-го и 3-го опорных образов в каждом периоде сканирования лучом лазера поверхности электродов, то при обнаружении в текущем образе на поверхности рабочих электродов предпробивных явлений вырабатывают команду "жди пробоя" на незамедлительное отключение или снижение напряжения нагрузки электротехнического оборудования, при отсутствии в текущем образе предпробивных явлений вырабатывают команду "пробой не ожидается".In order to eliminate false positives, the current image is compared with the 1st reference image, and if the recognition of the 2nd and 3rd reference images in each period of the laser beam scanning of the electrode surfaces is confirmed, then in the current image on the surface of the working electrodes pre-penetration phenomena are detected they generate a “wait for breakdown” command to immediately disconnect or reduce the load voltage of electrical equipment, if there are no pre-breakdown phenomena in the current image, they produce a “breakdown is not expected "

Команду "жди пробоя" исполняют только в случае возникновения предпробивных процессов на рабочих электродах в течение времени подряд в трех-пяти циклах сканирования лучом лазера, в зависимости от требуемой вероятности обнаружения пробоя, но не больше времени протекания предпробивных процессов до электрического пробоя для каждого вида жидкого диэлектрика.The “wait for the breakdown” command is executed only in the case of pre-breakdown processes on the working electrodes for a successive time in three to five cycles of scanning by the laser beam, depending on the required probability of breakdown detection, but not longer than the pre-breakdown processes before electrical breakdown for each type of liquid dielectric.

Остаточный ресурс безопасной работы электротехнического оборудования оценивают и вырабатывают команду "оборудованию требуется ремонт" по прогнозу времени, в течение которого по данным хронологической записи текущих образов предпробивных явлений, которые возникли, но по каким-либо причинам исчезли, минимальный интервал времени между их возникновениями сравняется с периодом восстановления изоляционного промежутка в эталоне после пробоя, умноженному на требуемый коэффициент запаса до пробоя для обеспечения безаварийной работы электротехнического оборудования.The residual life of safe operation of electrical equipment is evaluated and the command “equipment needs repair” is estimated according to the time forecast, during which, according to the chronological record of current images of pre-breakdown phenomena that have arisen, but have disappeared for some reason, the minimum time interval between their occurrences will be equal to the period of restoration of the insulation gap in the standard after breakdown, multiplied by the required safety factor before breakdown to ensure trouble-free operation of electric otehnicheskogo equipment.

Устройство защиты от электрического пробоя электротехнического оборудования, имеющего изоляционный промежуток и поверхности электродов, изолированных между собой жидким диэлектриком, выполнено следующим образом, см. чертеже. В корпусе 1 электротехнического оборудования, заполненного жидким диэлектриком и имеющего изолятор 2 ввода рабочего электрода 3, установлены сканирующий лазер 4 с приемником отраженного излучения и поверхности электрода-эталона 5. Расположение лазера 4 с приемником отраженного излучения и электрода-эталона 5 выбирается таким образом, чтобы в растр 6 лазерного луча попали электрод 3 и поверхность электрода-эталона 5. Расположение растра 6 лазера учитывает, что возникновение предпробивных явлений происходит на всей поверхности рабочих электродов электротехнического оборудования, но наибольшая чувствительность обнаружения предпробивных явлений обеспечивается в основном со стороны максимальной напряженности электрического поля. При этом в отраженном сигнале лазера с большей чувствительностью регистрируются рост пузырьков и "темных образований" на образе, если вектор скорости их роста расположен перпендикулярно лучу лазера. Помехами являются перемещающиеся по образу пузырьки газа и явления, которые связаны с вибрацией и засорением жидкого диэлектрика. Растр лазера с приемником отраженного излучения ориентируют по отношению к поверхности электродов таким образом, чтобы обеспечить максимальную чувствительность обнаружения предпробивных явлений и минимальные помехи. Сигналы с приемника отраженного излучения лазера поступают в аппаратуру 7, которая обрабатывает их в соответствии с алгоритмом, реализующим указанный выше способ, вырабатывая сигналы защиты "жди пробой", "пробой не ожидается" и "оборудованию требуется ремонт".The protection device against electrical breakdown of electrical equipment having an insulating gap and the surface of the electrodes isolated between themselves by a liquid dielectric is made as follows, see drawing. In the housing 1 of the electrical equipment filled with a liquid dielectric and having an insulator 2 for inputting the working electrode 3, a scanning laser 4 with a reflected radiation receiver and a surface of a reference electrode 5 is installed. The location of the laser 4 with a reflected radiation receiver and a reference electrode 5 is selected so that The electrode 3 and the surface of the reference electrode 5 entered the raster 6 of the laser beam. The arrangement of the laser raster 6 takes into account that the occurrence of breakdown phenomena occurs on the entire surface of the working elec sorts of electrical equipment, but the greatest sensitivity for detecting pre-breakdown phenomena is provided mainly from the maximum electric field strength. In this case, the growth of bubbles and “dark formations” on the image are recorded with a higher sensitivity in the reflected laser signal if their growth velocity vector is perpendicular to the laser beam. Interferences are gas bubbles moving in an image and phenomena that are associated with vibration and clogging of a liquid dielectric. The laser raster with a reflected radiation receiver is oriented with respect to the surface of the electrodes in such a way as to provide maximum sensitivity for the detection of prebreakdown phenomena and minimal interference. The signals from the receiver of the reflected laser radiation are supplied to the apparatus 7, which processes them in accordance with the algorithm that implements the above method, generating protection signals “wait for breakdown”, “breakdown is not expected” and “equipment needs repair”.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Изобретение может быть применено в электрических сетях и высоковольтных подстанциях для защиты от электрического пробоя высоковольтных трансформаторов напряжения, трансформаторов тока и другого электротехнического оборудования, имеющего изоляционный промежуток и поверхности электродов, изолированных между собой и охлаждаемых жидким диэлектриком. Сигнал типа "жди пробоя" может подаваться на быстродействующие электрические отключатели нагрузки или устройства кратковременного снижения напряжения между электродами на входах/выходах высоковольтных трансформаторов, что позволит избежать аварии из-за пробоев. Сигнал типа "оборудованию требуется ремонт" может использоваться для организации упреждающего ремонта оборудования по указаниям на образах рабочих электродов мест ремонта.The invention can be applied in electrical networks and high-voltage substations for protection against electrical breakdown of high-voltage voltage transformers, current transformers and other electrical equipment having an insulating gap and electrode surfaces isolated between themselves and cooled by a liquid dielectric. A signal of the “wait for breakdown” type can be applied to high-speed electric load breakers or devices for short-term voltage reduction between the electrodes at the inputs / outputs of high-voltage transformers, which will allow to avoid an accident due to breakdowns. A signal of the type “equipment needs repair” can be used to organize proactive repair of equipment according to the instructions on the images of the working electrodes of the repair sites.

Источники информацииInformation sources

1. Аракелян В.Г. Цели, понятия и общие принципы диагностического контроля высоковольтного электротехнического оборудования // Электротехника. 2002. №5. С.23-27.1. Arakelyan V.G. Goals, concepts and general principles of diagnostic control of high-voltage electrical equipment // Electrical Engineering. 2002. No5. S.23-27.

2. Fofana I., Borsi Н., Gochenbach J. Fundamental investigation on some transformer liquids under various outdoor condition // IEEE Trans, on Dielec. and Electric. Insulat. 2001. V.8, №6. P.1040-1047.2. Fofana I., Borsi N., Gochenbach J. Fundamental investigation on some transformer liquids under various outdoor condition // IEEE Trans, on Dielec. and Electric. Insulat. 2001. V.8, No. 6. P.1040-1047.

3. Коробейников С.М., Мелихов A.B., Ганенко К.Б. Поведение пузырьков в перфтортриэтиламине под действием сильных электрических полей. Теплофизика высоких температур. - 2002. - Т.39. - №6. - С.885-889.3. Korobeinikov S.M., Melikhov A.B., Ganenko K.B. Behavior of bubbles in perfluorotriethylamine under the influence of strong electric fields. Thermophysics of high temperatures. - 2002. - T.39. - No. 6. - S. 885-889.

4. Мелихов А.В. Исследование предпробивных процессов в воде с приэлектродными пузырьками в микросекундном диапазоне. Реферат дисс. на соискание уч.ст. к.т.н., Новосибирск, 2008.4. Melikhov A.V. Investigation of pre-breakdown processes in water with near-electrode bubbles in the microsecond range. Abstract diss. for competition Ph.D., Novosibirsk, 2008.

5. Melekhov A.V. Optical studies of prebreakdown cathode processes in deionized water. / S.M.Korobeynikov, A.V.Melekhov, V.G.Posukh, A.G.Ponomarenko, E.L.Boyarintsev, V.M..Antonov. // Proc. of the 16 Int. Conference on Dielectric Liquid, 30 June - 03 July, 2008, Poi tiers, France. - P.102-104. [Оптические исследования предпробойных катодных процессов в деионизованной воде].5. Melekhov A.V. Optical studies of prebreakdown cathode processes in deionized water. / S.M. Korobeynikov, A.V. Meelekhov, V.G. Posukh, A.G. Ponomarenko, E.L. Boyarintsev, V.M..Antonov. // Proc. of the 16 Int. Conference on Dielectric Liquid, 30 June - 03 July, 2008, Poi tiers, France. - P.102-104. [Optical studies of prebreakdown cathode processes in deionized water].

6. Заявка 2006144034/28 от 2006.12.11 на патент "СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПРОБИВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ", по МПК G01R 31/12.6. Patent application 2006144034/28 dated 2006.12.11 for the patent “METHOD AND DEVICE FOR MONITORING VOLTAGE VOLTAGE OF LIQUID DIELECTRICS", according to IPC G01R 31/12.

7. Заявка 2007131140/28 от 2007.08.16 на патент "СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА, ПОКРЫТОГО СЛОЕМ ДИЭЛЕКТРИКА, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ", по МПК G01R 27/00.7. Patent application 2007131140/28 of 2007.08.16 “METHOD FOR RESEARCHING THE SURFACE RELIEF OF AN OBJECT FROM ELECTRICALLY CONDUCTING MATERIAL COATED WITH A DIELECTRIC LAYER AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION", according to IPC G01R 27/00.

Claims

1. A method of protection against electrical breakdown of electrical equipment having an insulating gap and the surfaces of electrodes isolated by a liquid dielectric, characterized in that, in order to simplify the method and ensure efficiency in deciding whether to disconnect the equipment from the load voltage, continuous monitoring of pre-test phenomena that occur immediately before the moment of electrical breakdown on the surface of the electrodes in the form of gas bubbles, microstructures and lined up charged moles (micelles - "dark formations"), upon the occurrence of which they generate a command to reduce the load voltage or turn off the equipment.

2. The method of protection against electrical breakdown of electrical equipment according to claim 1, characterized in that for detecting the moment of formation of breakdown phenomena, the electrode surfaces are continuously scanned with a laser beam with a frequency and radiation power that allows the detection and occurrence of gas bubbles and "dark formations" on the surface electrodes in the liquid dielectric layer, the current image (photo) is formed from the signals of reflected rays in the laser raster, it is compared with the reference image, which is calculated by the Unification of each group of previous current images (photographs).

3. The method of protection against electrical breakdown of electrical equipment according to claim 2, characterized in that, in order to ensure continuous verification of the reliability of the indication of the occurrence of pre-breakdown phenomena, use the surface of the reference electrode, which is placed within the laser beam raster and is not connected to the working electrodes electrical equipment electrically.

4. The method of protection against electrical breakdown of electrical equipment according to claim 3, characterized in that on the reference electrode, with a time interval greater than the recovery period of the insulation gap in it after breakdown, a partial partial breakdown between the electrodes is carried out through the insulation gap, which is filled with the same liquid dielectric, as well as the dielectric between working electrodes, aging during the operation of the equipment.

5. Device for protection against electrical breakdown of electrical equipment having an insulating gap and the surfaces of electrodes isolated by a liquid dielectric, characterized in that it consists of at least one scanning laser with a reflected radiation receiver, a reference electrode with an insulating gap and equipment that implements The method according to claim 1.

6. The device for protection against electrical breakdown of electrical equipment according to claim 5, characterized in that the laser with the reflected radiation receiver and the reference electrode are placed so that the working electrodes of the electrical equipment and the surface of the reference electrode fall into the raster of the laser beam.

7. The device for protection against electrical breakdown of electrical equipment according to claim 6, characterized in that the raster of the laser beam with the reflected radiation receiver is oriented with respect to the surface of the electrodes in such a way as to provide maximum sensitivity for the detection of breakdown phenomena and minimal interference.