При диагностике КРУЭ важно определить размер выступа п прежде всего его высоту по измеренным характеристикам коронного разряда. В [4] получена формула для вольт-амперной характеристики изолированной иглообразной частицы, находящейся в электрическом поле с напряженностью Е.
Рис. 1. Зависимость между длиной свободной частицы и максимальным кажущимся зарядом, регистрируемым при микроразряде в КРУЭ-110 при Рм=109 кВ.
Частица находится у оболочки
Рис. 2. Интегральная мостиковая схема: Ф — фильтр постоянного тока, В - вольтметр. Редуцированные характеристики отрицательного (1) и положительного (2) коронных разрядов на выступе электрода при переменном напряжении, p>=0,2 МПа, l=0,5 мм, межэлектродное расстояние 1 см
Данные эксперименты с коронирующими выступами на электроде в среде элегаза показали, что эта формула хорошо описывает вольт-амперную характеристику и в этом случае, если учесть, что при нахождении частицы на электроде нужно при расчете поля добавлять поле от зеркально отраженных зарядов, и поэтому вместо длины частицы нужно подставить двойную ее величину. Тогда вольт-амперная характеристика коронного разряда на выступе при постоянном напряжении запишется в виде
(6)
где к — подвижность ионов; Е0 — напряженность основного поля, при которой на выступе возникает коронный разряд.
Выражение (6) дает прямую зависимость тока коронного разряда от высоты выступа, что можно использовать для целей диагностики. При переменном напряжении нужно учитывать, что коронный разряд горит часть периода напряжения.
Эксперименты показали, что редуцированные вольт-амперные характиристики и при переменном напряжении являются практически прямыми. Поэтому и в этом случае можно использовать (6), изменив только коэффициент:
I=АlЕ(Е—Е0)/р.(7)
Здесь учтено, что подвижность ионов обратно пропорциональна давлению газа р. Для определения коэффициента А были использованы результаты измерений при переменном напряжении с промежутком длиной 1 см и плоскими электродами, в середине одного из которых выступала игла. Поскольку начальное напряжение отрицательного коронного разряда на игле заметно ниже, чем положительного, при подъеме напряжения сначала зажигается только отрицательный коронный разряд, который наблюдается в соответствующие полупериоды напряжения. Ток во внешней цепи при этом имеет постоянную составляющую. С помощью интегральной мостовой схемы измерялись заряды, переносимые в каждый полупериод напряжения Q+ и Q~. Баланс схемы проводился в доrоронном режиме. Токи положительного и отрицательного коронных разряди определялись раздельно по формулам Z+—50Q+, I~=50Q~. В интервале напряжений U0~<UM<U0+ ток измерялся, кроме того, с помощью вольтметра, включенного в диагональ моста. Редуцированные характеристики для иглы длиной 0,5 мм представлены на рис. 2, Коэффициент А, вычисленный из экспериментальные данные, равен 0,57-10-16 А М-МПа/В2. Для коаксиальной системы электродов при наличии выступа на оболочке имеем (8).
Если выступ находится на внутреннем электроде, то в числителе сомножитель R нужно заменить на r0. Измерив начальное напряжение U0~ и определив ток коронного разряда в диапазоне U0~<Un<U0+ по формуле (8) можно найти высоту выступа. Схема измерений показана на рис. 2. Сигнал, пропорциональный среднему току, подводится через фильтр постоянного тока к вольтметру. Схема не подвержена воздействию импульсные помех и исключительно проста. Зажигание положительного коронного разряда определяется по прекращению росте тока с повышением напряжения. Определить UQ+ можно и по осциллограмме, получаемой при использовании обычной импульсной схемы измерения ЧР. Определить U0~ из осциллограммы часто нельзя, во-первых, потому что импульсы отрицательного коронного разряда малы по амплитуде и их на осциллограмме может быть не видно и, во-вторых, потому что отрицательный коронный разряд в ряде случаев вообще имеет безимпульсную форму. Находится ли выступ на оболочке или на внутреннем электроде, можно определить по тому, в каком полупериоде наблюдаются импульсы большей амплитуды: если в положительном, то выступ на внутреннем электроде, если в отрицательном, то на оболочке.
Укажем на возможность оценки радиуса выступа а. Используя данные [5] для начальных напряженностей положительного и отрицательного коронных разрядов для разности в начальные напряжениях, получим
(9)
Определив заранее ∆U0=Ua+—U0~ и рассчитав I, по формуле (9) можно оценить радиус выступа.
Оценка минимальной пробивной напряженности КРУЭ при наличии выступа на электроде. В [6] получено выражение для минимальной пробивной напряженности при наличии выступа на электроде:
(10)
где ркр — критическое давление элегаза, при котором в зависимости пробивного напряжения от давления газа наблюдается минимум и при превышении которого начальные и пробивные напряжения совпадают.
Функцию F для выступов длиной до 1 мм можно принять равной единице; с ростом длины выступа она несколько снижается. Стабилизирующее действие коронного разряда, выражающееся в превышении пробивной напряженности над E+min не учитываем. При коротких импульсах (типа грозового) этот эффект вообще отсутствует [7]. Для использования формулы (10) нужно найти критическое давление ркр, для чего при рабочем давлении элегаза определяются Е+р и pl. По этим значениям на рис. 3 находится соответствующая кривая Е+р=f(pl), и затем правая точка пересечения ее с кривой
Е+min/ркр=f(pкрl). Для двух случаев эти точки пересечения кривых указаны на рис. 3 стрелками. Из значений Е+min/ркр и f(pкрl), соответствующих точке пересечения, находятся для данной высоты выступа и pкр. Для большинства выступов, исследованных в [6, 8], pкр лежит в интервале 0,65—0,95 МПа. Найденную минимальную пробивную напряженность можно сопоставить с максимальной напряженностью в месте нахождения дефекта, которая достигается при испытательных напряжениях. Если E+min окажется ниже, то дефект может привести к пробою. Оценки для КРУЭ-110 показали, что при испытательных напряжениях выступ может привести к пробою при его длине 1,3 мм и выше на внутреннем электроде и при длине 13 мм и выше на оболочке.
Вывод.
На основе результатов измерения максимальных кажущихся зарядов и тока коронного разряда с помощью предложенного метода можно оценить минимальную электрическую прочность элегазового аппарата при наличии в нем дефектов типа свободных частиц или выступа на электроде.
