автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.13, диссертация на тему:Диагностика изоляции многослойных высоковольных катушек

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛПЕХШЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

1 Н V І і* ^

Набока Геннадій Борисович

УДК 621.315

ДТАГНОСТИКА ІЗОЛЯЦІЇ БАГАТОШАРОВИХ ВИСОКОВОЛЬТНИХ КОТУШОК

Спеціальність 05.09.13 - Техніка сильних електричних та магнітних полів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків-1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у

Науковий керівник

Офіційні опоненти:

Харківському державному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України

кандидат технічних наук, доцент Гурин Анатолій Григорович,

Харківський державний політехнічний університет, завідувач кафедри “Електроізоляційна та кабельна техніка” доктор технічних наук Шумілов Юрій Миколайович, Науково-дослідний інегатут високовольтаої техніки, м. Слав’янськ, заступник директора по науковій роботі;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Бойко Микола Іванович Науково-дослідний,.проектно-конструкторський інститут “Молния”, м.Харків,

начальник відділення електрофізичних технологій

Провідна установа - Науково-дослідний, проектно-конструкторській і технологічний інститут “Електроважмаш” Міністерства промислової політики України, м. Харків.

Захист відбудеться 18 травня 2000 р. о 12-35 назасідаїші спеціалізованої вченої ради Д 64.050.08 у Харківському державною політехнічному університеті за адресою:

61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного політехнічного університету.

Автореферат розісланий “£ ” кВшь 2000р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність темн. Діагностика війкової та міжшарової ізоляції >агатошарових (або мультишарових) високовольтних котушок (МВК) іінійних прискорювачів електронів, електродинамічних шпромішовачів сейсмічних та гідроакустичних хвиль, електричних йашин та інших елементів електротехніки визначається особливою жладністю за рядом причин. По-перше, внаслідок різноманітності різичних впливів на ізоляцію МВК: часткові розряди (ЧР), механічні іапружеяня, підвищена температура, опромінення електронами (в трискорювачах). По-друге, внаслідок неоднорідності намотаних зиробів, що містять компонента, дуже відмінні по своїм фізико-яеханічним, акустичним та електричним властивостям. По-третє, шаслідок недоступності компонентів ізоляції МВК безпосередньому штродю. їхній стан можна визначити тільки на підставі ряду побічній трикмет. Заважають великі втрати в провідниках, на фоні яких важко томітити відносно малі втрата в самій ізоляції; велика індуктивність зб’єкта випробувань, паразитні міжшарові та міжвиткові ємності, що утворюють з магнітозв’язаними індуктивностями шарів Загаторезонансні контури.

В процесі типових випробувань МВК, як правило, не проводяться вимірювання, які могли б виявити приховані дефекти золжщї. Коронний розряд по поверхні випробувального обладнання га самого об’єкту контролю часто є основною причиною, що заважає томітити сигнали, обумовлені процесами в глибині ізоляції. Перекриття га сковзячі розряди по поверхні котушок призводять до сильних перевантажень чутливої вимірювальної апаратури, довгих періодів відновлення її підсилюючих властивостей. Необхідна спеціальна техніка підсилення імпульсних сигналів з широким динамічним діапазоном (підсилювачі ШДД).

Іншим видом масових випробувань МВК є вимірювання їхньої добротності. Вона певного мірою відображає втрати і в ізоляцій, на Зазі чого робляться висновки щодо її якості. Зв’язок між добротністю МВК ( <2 ) та показником якості ізоляції - тангенсом кута щелектрнчних втрат tg5 - досить складний і вимагає побудови зстальніх схем заміщення об’єкту.

Зв’язок роботи з науковими програмами, кланами, темами.

Робота пов’язана з науковими дослідженнями кафедри “Електроізоляційна та кабельна техніка” Харківського державного політехнічного університету (ХДГГУ) на замовлення Московського електромеханічного заводу ім. Володимира Ілліча (м. Москва) - № 0452-7 від 25.05.94 та з темою “Розробка та дослідження елементів прискорюючих секцій сильноточного лінійного індукційного прискорювача”, що виконується в ХДПУ по договору на

замовлення Інституту плазменної електроніки та нових методів прискорення ННЦ “Харківський фізшсо-технічний інститут” від 03.12.98.

Мета 1 задачі досліджень. Метою роботи с створення методики та обгрунтування техніки діагностики ізоляції багатошарових високовольтних котушок шляхом регістрації імпульсних сигналів широкого динамічного діапазону, обумовлених частковими розрядами та акустичною емісією в ізоляції, а також шляхом регістрації гармонічних сигналів при резонансних явищах в котушках.

Для досягнення поставленої мети вирішені такі задачі.

1) Проведений аналіз напруженості електростатичного поля МВК та їх систем для встановлення вірогідних місць виникнення ЧР.

2) Досліджені амплитудно-частотш характеристики МВК та обгрунтовані умови збудження резонансних коливань високої амплітуди, близької до номінальної напруги котушок.

3) Створена експериментальна установка для збудження резонансних коливань в МВК нєтлевим індуктором, що одночасно служить і антеною для прийому сигналів імпульсів ЧР.

4) Розроблена техніка прийому імпульсних сигналів широкого динамічного діапазону (ШДД).

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше розроблена методика діагностики багатошарових високовольтних котушок шляхом регістрації імпульсів часткових розрядів, що виникають в об'єкті випробувань при збудженні його власних резонансних коливань.

2. Розроблений спеціалізований функціональний підсилювач для регістрації імпульсних сигналів дефектів ізоляції МВК в широкому динамічному діапазоні.

3. Виконаний аналіз осесиметричних полів МВК з урахуванням взаємного екранування витків, впливу допоміжних екранів, неоднорідності діелектричної проникливості елементів ізоляції котушок.

4. Розроблена методика побудови і аналізу розгорнутих схем заміщення, що враховують взаємоіндуктивності шарів, паразитні міжшарові та міжвиткові ємності, діелектричні втрати в останніх.

Практичне значення роботи полягає у наступному.

з

1. Розроблена експериментальна установка для діагностики МВК (іляхом індуцюювання в них власних резонансних коливань та іегістрації виникаючих при цьому імпульсів ЧР.

2. Виконані дослідження якості МВК прискорювачів електронів з іізною міжшаровою ізоляцією та обгрунтовані рекомендації щодо їх ттиміхації.

3. Розроблена методика вимірювань імпульсів акустичної емісії АЕ) в МВК при пропусканні через них номінального струму та іоведена можливість діагностики дефектів цементації витків.

Особистий внесок здобувана. У спільних працях [І, 4 ] автор іиконав обгрунтування схем заміщення котушок, в [10, 11] - розрахунки юля, в [91 - автору належить ідея методу діагностики та результати їослідження котушок, решта публікації - цілком авторські.

Апробація роботи.

Основні результати робота доповідались на конференціях ‘Дюдектрики-93” (м, Санкт-Петербург, 1993 р), “Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье” (м. Карків, 1995, 1997), регіональних науково-технічних нарадах “Новые разработки в области электрической изоляции” (м.Харків, 1996, 1998 р.).

Публікації. Основний зміст, наукові положення і результати цисертації опубліковано у 11 статтях, серед них 5-у фахових журналах, 5-у матеріалах наукових конференцій.

Впроваджені» результатів знайшло в експериментальних установках для діагностики МВК, розроблених в ХДПУ для АТ “Завод Владимира Ильича” (ЗВІ, м. Москва), в дослідженнях високовольтних котушок на основі склослюдопластової стрічки ЛИФТ-ЗБ та склослюдннітової стрічки ЛС-ЭН-526Т, виконаних в ХДПУ на замовлення тієї ж організації.

Структрура й обсяг дисертації. Работа складається із вступу, п'ята розділів, висновків. Містить 133 стор. тексту, 73 рисунка, 3 таблиці, список цитованої літератури з 143 найменувань, а також додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтовано актуальність теми діагностики ізоляції багатошарових високовольтних котушок, сформульовано мету і задачі дослідження, подано стислу характеристику отриманих наукових результатів.

В першому розділі виконано огляд існуючих методик випробувань намотаних виробів, зокрема МВК прискорювачів. Гу X -

зовнішню (корпусну) ізоляцію; зовнішній (2) та внуфішній (3) складові екрани. Можливі види нробоїв котушки показані на рис.1: І - виткової ізоляції; II - міжшарової ізоляції; Щ - перекриття зовнішньої ізоляції котушки. Дефекти ценгровки екранів можуть призводити до пробоїв на екрани, а наявність повітряних вкраплин в міжшаровій ізоляції - до сковзячих розрядів по поверхні котушок.

і 3 2 1

Рис.1. Ескіз МВК прискорювачів: 1 - витки; 2,3 екрани.

^ру/УЛЛ.^ РОЗДІЛ,

Для розрахунку напруженості поля Еі внутрішнього витка досить врахувати два шара його найближчого оточення (модель 5x5 витків, яка виділена прямоутником на рис.1). Вплив розмірів вікна на Еі видно з результатів, наведених в таблиці 1:

Таблиця 1.

Напруженість поля Еі, МВ/м на внутрішніх витках в залежності від розмірів АОхВО вікна котушки. Діаметр дроту 0,35 мм, номінальна напруга -Ш = 20 кВ.

В0, мм

А0, мм 40 60 90

28 1,13 0,64 0,42

33 1,15 0,68 0,42

50 1,18 0,70 0,44

75 1,18 0,71 0,45

Зауважимо, що критичною за даіпшх умов є напруженість Еі = 6,7 МВ/м, коли на поверхні дроту спалахують часткові розряди (ЧР). Як видно із табл.1, в котушці з ідеачьною рядовою схемою намотки напруженість на поверхні виткіп значно менше напруженості початку ЧР. Тому, якщо ЧР sce-таки виникають і призводять до ниткових замикань, то це може бути свідченням тільки дефектів намоткн, наприклад, внаслідок переплутати витків. Таю' дефекти слід виявляти саме шляхом відповідних випробувань котушки на високій напрузі.

На величину Еі мало впливає місцезнаходження виділеної групи витків в глибині котушки, а також товщина виткової ізоляції (дивіться варіації АО). Сильніше вшшває тотіщш міжишровог Ьолшщ (лип. варіації ВО).

Для розрахунку поля зовнішніх витків (Еа) і корпусної ізоляції (Еіп ) запропонована модель рис. 2а. Ділянки І, И, Ш і IV (вузли з номерами від 1 до 216) відповідають саме зовнішнім випсам котушки. Ділянки V, VI, VII і V111 (вузли від 217 по 276) відповідають корпусній ізоляції котушки.

Рис.2. Модель для ро фухунку поля на зовнішніх витках (І - IV) та поверхні (V-УШ) ізоляції котушки (а) і відповідна розгоргка напруженості поля (б).

Як видно з розгортай напруженості поля (рис.2б), напруженість на поверхні зовнішніх витків (в корпусній ізоляції) досягає 2 МВ/м. Якщо корпусна ізоляція міститиме дефекти у вигляді повітряних вкраплин, то напруженість поля в них зросте ще в є раз ( є - відносна діелектрична прошшшвість корпусної ізоляції; для склослюдяної ізоляції є = 3,5 - 4,0). Тому в дефектах корпусної ізоляції безумовно будуть спалахувати ЧР.

Що ж стосується напруженості поля на поверхні котушки (ділянки V

- VIII), то, як видяо з рис.2б, вона становить близько Еіп - 0,7 МВ/м. Цього також цілком достатньо для розвитку поверхневих ЧР, адже поверхня котушки може мати промислові забруднення.

Із розрахунків виходить також, що величина Еіп мало залежить від товщини корпусної ізоляції ВеЕ. Це пояснюється тим, що силова лінія поля самотньої котушки йде, в основному, в повітрі і лише частково через корпусну ізоляцію: (рис.З):

Рис.З. Характер силових ліній поблизу поверхні корпусної ізоляції самотньої котушки.

Тому щоб завадити розвитку поверхневих розрядів при випробуваннях котушок рекомендуються спеціальні випробувальні екрани (рис.4а). Висота останніх вище висоти котушок. Екрани “відтягують” силові лінії від поверхні котушок, внаслідок чого напруженість поля там значно зменшується (рис.4б, ділянки 14,16).

Аналіз поля трьох екранованих котушок, розміщених соосно (як і в прискорювачах), свідчить про різке зростання осьової складової напруженості. Тому для випробувань одиночних котушок рекомендуються допоміжні електроди, які створюють таке ж осьове поле, як і в робочому режимі.

* 3 13 14 І5 ’’ 7*’

10

$ 2 9 її 8 6

12

\ * . 16 , 5 .

E,MV/m

?

5 І у ЧІЛ 1. 13 ,4 ■“Л ^ \*і 74, \ іі г ч.!6

Ч/ 2 і 3 н 9 '» А X

ч 1 о) і

Рис.4. Поле в системі “котушка- випробувальні екрани”

В третьому розділі викладена методика діагностики котушок по ЧР.

Для цього по зовнішньому екрану пропускають імпульс струму (300 -500 А; 0,15 мс), який збуджує власні резонансні коливання котушки. Амплітуда коливань досягає 30 кВ, тобто, робочої напруги котушки. Доки тривають ці резонансні коливання, в екрані наводяться високочастотні сигнали, обумовлені імпу льсами ЧР в котушці.

Експериментальна установка (рис.5) містить: випрямляч з удвоашям напруги (VD1, VD2, R1 - R3), ємнісний накопичувач (СЗ, С4), тактовий генератор (Т), схему селекції імпульсів ЧР (С5, R14, R15, VD3, VD4), функціональний підсилювач - А. Осцилограми власних коливань (1) та імпульсів ЧР (2) приведеш на рис.6.

Функціональний підсилювач (рис. 7) виконано на неінвертугочому та інвертуючому логарифматорах (DAI, DA2). Він мас багатосгупенчатий захист від регулярних та випадкових імпульсів-завад. Підсилювач містить: фільтр високих частот (Rl, Cl, С2, СЗ, LI, L2, R2); діодний обмежувач (VD1, VD2); захисний резистор R3, зашунтований в нормальному режимі ключем К1 оптоелектронного реле КР293КІ17В; швидкодіючий двухполуперіодний детектор-дискримінатор (VT1 - VT4);

перетворювачі напруга-ток (УТ5, УТ6) для формування управляючих струмів оптореле; ключі К2, КЗ на оотореле КР293КПЗВ.

Ш6

Рис.5. Блок-схсма експгримгитальної установки для діагностики МВК методам ЧР: І - індуктор; А - функціональний підсилювач; Т - тактовий генератор.

Рис.6. Осцилограми власних коливань (1) та імпульсів ЧР (2) в котушці.

Рис?. Прикцишзльпз схема функціонального підсилювача.

Ключі К2, КЗ замикаються тільки на момент прийому корисного сигналу, завдяки чому забезпечується захист підсилювача від регулярних завад. Нормальним с режим прийома слабких сигналів, коди ФІ1 працює з максимальним коефіцієнтом підсилення Ку і міїїімальїшми шумами. При дії сильних сигналів Ку зменшується внаслідок шунтування опорів зворотнього зв’язку спочатку в DA2, а потім і в DA1.

Дія випадкової сильної завади демпфірується шляхом введення у вхідне коло захисного ризистора R3. При цьому прийом сигналів триває, підсилювач не насичується, хоч і працює з підвищеним рівнем власних шумів. При використанні в якості юпоча огооелектрогаюго реле КР293КП7В пгеидкодія кола захисту становить біля 10 - 20 мкс, а максимальна напруга на вході може досягати 400 В. Таким чином забезпечується захист від випадкових перепапруг, швидкість наростання яких досягає 40 - 20 В/мкс. Через деякий час (0,1-1 мс) після закінчення дії перевантаження резистор R3 знову шунтується і відновлюється оптимальний (з точки зору мінімізації теплових шумів) режим підсилення.

Для мінімізації шумів у вхідному колі та колах зворотніх зв’язків застосовуються низькоомні резистори та малошумлячий операційний підсилювач. Але тоді при полосі пропускання fc = 5 МГц коеффіщагг

підсилення одного каскаду не перевищить Ку = 22 навіть при застосуванні мікросхеми AD797, для якої Ky*fc =110 МГц (добуток Ky*fc = const і визначається властивостями операційного підсилювача). Тому підсилювач виконано двухкаскадпим. Його перший каскад - неінвертуючий з максимальним коефіцієнтом підсилення Кі=20, а мінімальним - 1. Другий каскад - інвертуючий. Його коефіцієнт підсилення К2=5, а при дії перенапруги може зменшуватись до нуля.

Передаточна характеристика підсилювача лінійна: від шумового порогу (близько 10 мкв) до 8 мВ. Дачі - до 80 мВ - логарифмічна. Його застосування дозволяє підняти чутливість установки на 40 дБ. При цьому одночасно забезпечується захист вимірювальної апаратури (частотоміра, аналізатора імпульсів) від перевантажень, визваних випадковими пробоями по поверхні котушок.

Мірою якості котушок є число імпульсів ЧР Npd, зареєстрованих протягом двох періодів власних коливань (біля 0,6 мс для згаданих котушок). У таблиці 2 представлені результати діагностики вибірки однотипних котушок. Котушки збуджувались імпульсом струму в шідукторі амплитудою 370 А. Емнісгь накопичувача становила 200 мкФ, зарядна напруга - 80 В.

Таблиця 2.

Результати вимірювань часткових разрядів у котушках.

N котушки Кількість імпульсів ЧР, зареєстрованих протягом двох періодів власних коливань Середнє значення

44 63 60 65 - 63

51 22 22 22 - 22

108 37 38 35 35 36

132 52 47 44 52 49

145 84 82 82 85 83

156 72 64 71 71 70

168 45 46 48 46 46

357 140 138 135 138 1 138

380 58 64 63 58 61

430 65 68 76 77 72

572 298 308 320 283 302

п

95

90

80

70

60

50

40

ЗО

20

10

5

]

0 50 100 150 200 250 300 NP<*

Рис. 8. інтеїральна функція розподілу результатів вимірювань, представлений в табл.2.

На рис.8 представлена інтегральна функція розподілу інтенсивності ЧР у масштабі нормального закону. Яскраво видаю, що котушка N572 мас явно гірші показники порівняно з іншими. Це є дефектний виріб, який краще вилучити з партії. Що ж стосується котушки N357, то рішення відносно її якості вимагає подальших досліджень ( по tg б - див. нижче).

В четвертому розділі запропоновані дві методик^! ошнки-tgS^ міжшарової ізоляції.

Перша методика полягає у порівнянні експериментальної залежності від частоти добротності котушки Q(f) з серією розрахункових залежностей, отриманих на основі схеми заміщення котушок (рис.,0). В схемі враховуються власні індуктивності та взаємоіндуктивності всіх шарів, паразитні міжшарові ємності, втрати енергії в останніх, обумовлені процесами саме в міжаровій ізоляції.

На рис. 10 наведено приклад такого аналізу для котушки, відомі намоточні дані якої і дозволили побудувати серію залежностей 0(0. Експериментальна точка Q понадає в проміжок між двома лініями, одна з яких відповідає tgd-10%, а ішла - tgS=5%. Значить можна вважати, що tg8 ізоляції даної котушки становить біля 8%.

Як видно з рис. 10, найвищу чутливість ця методика мас при вимірюванні добротності на частоті, приблизно рівній половині першої резонансної частоти котушки. Навпаки, при низьких частотах, або при

частотах, близьких до резонансної, чутливість методики наближається до нуля.

Рис.9. Схема заміщення багатошарової котушки і порядок нумерації її ділянок та контурних токів.

Рис.10. Розрахункові залежності від частоти добротності 0 48-шарової котушки при значеннях 1§5 від 0 до 20%. Кружкаші відмічені результати експериментальних вимірювань: добротності О при частотах ОД і 1,0 кГц, а також резонансної частота Рр (3,6 кГц).

Друга методика дозволяє знайти 1^6 ізоляції саме на частотах, близьких до резонансної. Дня цього виконують вимірювання амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) системи “петля - котушка”, а далі порівнюють їх з відповідними розрахунковими. Розрахункові нормовані АЧХ знаходяться також на основі детальних схем заміщення МВК , подібних рис. 9. Тільки в цьому випадку еквівалентні міжшарові ємності краще приводити не до середин шарів (на половину міжшарової напруги), а до їх країв (тобто, на повну напругу).

2 З 4 Н, кНг

Рис.ІІ. Нормовані АЧХ котушки при різних tg§ її ізоляції та експериментальна крива (жирна лінія) для котушки з - 8 %.

На рис. 11 наведено АЧХ тій ж котушки, що і в попередньому прикладі. Як бачимо, в ньому випадку маємо оцінку ізоляції котушки близьку до 6 - 7%.

У п’ятому розділі техніка аналізу імпульсних сигналів використовується для діагностики монолітності виткової та міжшарової ізоляції по сигналам акустичної емісії (АЕ). Імпульси АЕ втишають внаслідок переміщення незакріплешк витків при пропусканні по катугаці струму. Ііггенсивність імпульсів АЕ зростає в ході старіння ізоляції (рис. 12). Це свідчить про зниження монолітності котушки і зростання вірогідності виткових замикань при подальшій її експлуатації.

n, г/хос

Sect73_3

Нагрев Охлаждение

(

L шкШ

О 100 200 Время, мин

- б)

Рис. 12. Свгаали імпульсів АЕ в котушці: у вихідному стані (а) та через 3 роки після цього (б).

Тривалість подібних випробувань має бути не менше півгодини. Тому їх доцільно застосовувати лише для контролю вибіркових котушок в разі впровадження нових електроігюляцішшх матеріалів чи технологій.

ВИСНОВКИ

1. Діагностика мультишарових високовольтних котушок, резонансні частоти яких нижче 100 кГц, а добротність С> більше 10, може бути виконаїи шляхом ударного збудження їхніх власних коливань. Амплітуда останніх може досягати номінальної напруги ( біля 30 кВ), завдяки чому в дефектах ізоляції котушок спалахують часткові розряди. Методика

непридатна для об'єкті» з високою власного резонансною частотою або з низькою добротністю, резонансні коливання в яких швидко згасають.

2. Прийом сигналів ЧР здійснюється тим же самим збуджуючим індуктором, який надалі викопує роль петлевої антени. Для підсилення сигналів ЧР рекомендустьея функціональний підсилювач з широким динамічним діапазоном, який мас багатосгуиенчатий захист від впливу перенапруг. Перенапруги виникають у колі індуктора в момент закриття тиристорного комутатора (регулярні перенапруги), або в разі перекриття по поверхні об’єкту контролю (випадкові перенапруги). Саме застосування функціонального підсилювача дозволяє помітити слабкі сигнали імпульсів ЧР в дефектах ізоляції на фоні окремих сильних імпульсів, пов'язаних із коронним розрядом по поверхні котушок.

3. Оцінка !§5 мгеопарової ізоляції на частоті близько половини резонансної може бути виконана шляхом порівняння експериментальних значень добротності <3 із розрахунковими залежностями 0(0- Останні знаходяться за допомогою багатоелементних схем заміщення котушок. В схемах враховуються взаємоіндуктшності всіх шарів котушок, паразитні мішларові ємності, джоулеві втрата в дроті і діелектричні втрати в ізоляції. Добротність котушок знаходиться безпосередньо за допомогою індуктивного моста

4. Оцінка 1§8 мшшарової ізоляції на резонансній частоті може бути виконана шляхом вимірювання АЧХ петлі, індуктивно зв’язаної з об’єктом контролю. У цьому разі також застосовуються відповідні схеми заміщення системи петля - котушка для побудови розрахункових АЧХ.

5. Дефект ізоляції, пов'язані із недостатньою цементацією витків, можна помітити, збуджуючи імпульси акустичної емісії шляхом нагрівання котушок номінальним струмом. В цьому випадку застосовується та ж сама техніка підсилення імпульсних сигналів (функціональний підсилювач). Змінюється тільки тин датчика та умови збудженая дефектів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гурші А.Г., Набока Г.Б. Многослойные высоковольтные катупіки: оценка межслоевой и межвитковой изоляции но амплитудно-частотным характеристикам./ Вести. Харьк. гос. политехи, ун-та. - Сер.: Новые решения в современных технологиях. - 1998 г. - Вып. N9.-, с.97-101.

Автор обгрунтував схему заміщення та виконав ії аналіз.

2. Набока Г.Б. Функциональный усилитель для регистрации частичных разрядов в высоковольтных катушках. // Вести. Харьк. гос.поліггехн. ун-та, вып.66, 1999 г., с. 6 & -1Ч.

3. Набока Г.Б. Выносной усилитель-ограничитель для приема сигналов акустической эмиссии// Высокие технологии в машиностроении. Сб. научн. трудов Харьковск. гос. политехи, ун-та, Харьков, ХГГГУ, 1999 г.-С.209 -211

4. Турин А.Г., Набока Г.Б. Способ технологического контроля изоляции бумажно-масляных кабелей в процессе сушки и пропитки. // Веста. Харьк. гос,политехн. ун-та, вып.64, Харьков, ХГПУ. - і 999 г. С5-10.

Автор обгрунтував схему заміщення та виконав її аналіз.

5. Набока Г.Б. Расчет напряжения перекрытия многослойных

высоковольтных катушек.// Сборник научных трудов ХГПУ “Информационные технологии: наука, техника, технология,

образование, здоровье”.» Вьш.б.- ЧД - Харьков: ХГПУ.- І999. С.543-546.

6. Набока Г.Б. Резонансный способ измерения частичных разрядов в многослойных высоковольтных катушках.// Сборник научных трудов ХГПУ “Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье”.- Вьт.7.- Ч.З.- Харьков: ХГПУ.- 1999. С.231 -234.

7. Набока Г.Б. Контроль изоляции многослойных высоковольтных катушек по частотным характеристикам //Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Труды междунар. научн.-техн. конф., Харьков, 12-14 мая 1997 г. 4.5, Харьков, ХГПУ.- 1997.-С.279-281.

8. Набока Г.Б. Напряжение перекрытия экранированных многослойных высоковольтных катушек.// В сб. Тезисы докл. междунар. научн.-техн. конф. “Компьютер: наука, техника, технология, здоровье”. - Харьков, ХГПУ,- 1993.-С.121-122.

9. Набока Г.Б., Шокальская О.Ю., Крайзман А.М. Диагностика вилковой изоляции высоковольтных катушек методом акустической эмиссии.// MicroCAD’94. International Computer Science Conference, Kharkov, 3-5 May, 1994. Тезисы докл. междунар. научн.-техн. конф. “Компьютер: наука, техника, технология, здоровье”. - Харьков, ХГПУ. -1994.-С.61.

Автор висунув ідею методу діагностики та провів дослідження котушок.

10. Гурин А.Г., Набока Г.Б., Шокальская О.Ю. Оптимизация изоляции многослойных высоковольных катушек. // Российская н.-т. конф. по физике диэлектриков с междунар. участием “Диэлектрики-93”. Тезисы докладов, Ч.І1. - С-Пб. - 1993. - С. 50- 51.

Автор виконав розрахунки поля.

11. Турин А.Г., Набока Г.Б., Шокальская О.Ю., Крайзман А.М.

Многокатушечная высоковольтная экранированная система ускорителя электронов.// Информационные технологии: наука, техника,

технология, образование, здоровье. Материалы междунар. научно-техн. конф. 19 - 21 апреля. 4.2. Харьков. - ХГПУ.- 1995. - С.29.

Автор виконав розрахунки поля.

Іїабока Г.Б. Діагностика ізоляції багатошарових високовольтнії* котушок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальносте) 05.09.13 - техніка сильних електричних та магнітних полів. - Харківський державний політехнічний університет, Харків, 1999 р.

Захищається 11 наукових праць (в тому числі 6 особистих), в яких викладена методика діагностики багатошарових високовольтних котушок (МІЖ) шляхом зондування їх електричними сигналами в трьох діапазонах частот: а) нижні частоти - приблизно половина першої резонансної- для оцінки тангенса кута втрат tgS міжшаровоіі ізоляції' по залежностям Q(0 добротності від частоти; б) середні частоти - перша резонансна (fp! = 3-60 кГц) - для безконтакної оцінки tg5 по АЧХ Z(f) петлі, індуктивно зв’язаної з об’єктом контролю; в) верхні частоти - в діапазоні до 2 МГц - для прийому сигналів часткових розрядів (ЧР), що вшшкаготь в котушці при іидуктуванні в ній високої напруги резонансної частоти, а також імпульсів . акустичної емісії (АЕ), що виникають при пропусканні через котушку номінального сгруму.

Ключові слова: діагностика ізопяціі, багатошарові високовольтні котушки, часткові розряди, акустична емісія, схеми заміщення.

Nahoka G.B. Diagnostics of High Voltage Multy-Layer Bobbin’s Insulation. - Manuscript

Thesis for a candidate’s of technical sciences degree by speciality 05.09.13 -strong electrical and magnetic field technic. - The Kharkov State Polytecimical University, Kharkov, 1999,

It is defended the 11 scientific works (among them 6 items are self-made) in which are presented diagnostics methods for high voltage multy-layer bobbin’s insulation by using three band of frequanses: a) the lower frequency (about one half of first resonance)- for tiic estimation tgS of insulation by comparing experienced and calculated values of Q-measurements; b) the middle frequency (about first resonance- from 3 to 60 kHz) - for similar purposes by Z-measurements; c) the higher frequency (to 2 Milz)- for void detection by measuring pulses of partial discharges and ultra-sonic emissions.

It may be possible to detect the voids, that have thickness less then 0,1 |лп

- by bygroscope moisturizing, macrovoids (about 10 pm) - by PD-measuring and adhesion’s defects - by pulse ultra-sonic emissions.

Key words: diagnostics of insulation, high voltage multy-layer bobbins, partial discharges, ultrasonic emissions, replace schemes.

Набока Г.Б. Диагностика изоляции многослойных высоковольтных катушек. * Рукопись.

Диссертация та соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.13 - техника сильных электрических и магнитных полей. - Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 1999 г.

Предложены методики диагностики многослойных высоковольтных катушек (МВК) путем зондирования их электрическими сигналами в трех диапазонах частот: а) нижние частоты - примерно половина первой резонансной- используются для оценки тангенса угла потерь tgS межслоевой изоляции по зависимостям Q(f) добротности от частоты; б) средние частоты - первая резонансная (fpi =3-60 кГц) - используются для бесконтактной оценки tgS межслоевой изоляции путем снятия АЧХ Z(f) петли, индуктивно связанной с объектом контроля; в) верхние частоты - в диапазоне до 2 МГц - используются для приема сигналов частичных разрядов (ЧР), возникающих в катушке при индуцировании в ней высокого напряжения резонансной частоты, а тшсже импульсов акустической эмиссии (АЭ), возникающих при пропускании через катушку номинального тока. Это позволяет выявить дефекты изоляции, которые имеют характер микропор (толщиной менее ОД мкм) - по гигроскопическому увлажнению, макропор (толщиной около 10 мкм) - по ЧР, и дефекты цементации витков по повышенному уровню импульсов АЕ.

Экспериментальная установка для диагностики МВК содержит генератор импульсов тока, петлевой индуктор, служащий одновременно антенной для приема сигналов ЧР и специальный усилитель, имеющий многоступенчатую защиту от воздействующих импульсов перенапряжений. Через индуктор пропускают импульс тока, возбуждающий в катушке резонансные колебания высокой амплитуды (30 кВ). Пока продолжаются эти колебания в дефектах изоляции катушки развиваются частичные разряда. Они наводят в индукторе высокочастотный сигнал, который усиливается и передается на частотомер. Мерой качества катушек является число импульсов ЧР, зарегистрированных за время двух периодов собственных колебаний. По этому показателю однотипные катушки могут отличаться в десятки раз. Дефектными считаются изделия, имеющие значительно более высокий уровень ЧР по сравнению с основной массой изделий. Указанным образом выявляются грубые дефекты изоляции -макропоры, характерный размер которых составляет десятки микрометров.

Косвенные методики оценки tgS изоляции катушек основаны на сравнении экспериментальных и расчетных зависимостей от частоты добротности Q(f) катушек или полного сопротивления Z(f) петли,

индуктивно связанной с объектом контроля. Первая методика применяется преимущественно при частотах, близких к половине первой собственной резонансной частота. Вторая методика применяется на частотах, равных первой резонансной.

Расчетные зависимости 0(1) и Z(l) строятся на основе детальных схем замещения МВК, в которых учитываются индуктивные связи всех слоев, джоулевы потери в проводе катушки, паразитные емкости между соседними слоями и диэлектрические потери в межслоевой изоляции (через ее искомый параметр 1§5). Длительные наблюдения за катушками показывают возможность гигроскопического увлажнения их межслоевой изоляции. Это является свидетельском наличия в изоляции микропор. Микропоры нельзя обнаружить путем измерений ЧР, так как при типовых испытаниях напряжение, которое прилагается к микроноре, ниже пробивного.

Дефекты адгезии эмаль-изоляции провода к межслоевой изоляции катуппаг, которые могут привести к виткояим замыканиям из-за перетирания вигковой изоляции незакрепленных вибрирующих витков, обнаруживаются путем регистрации высокочастотных импульсов акустической эмиссии. Последние возникают при тепловом расширении провода, по которому пропускают постоянный ток номинальной величины. Обнаружено увеличение интенсивности импульсов АЭ в ходе длительного хранения катушек. Оно свидетельствует о потере монолитности изоляции, повндимому, в результате действия внутреппих термомеханических напряжений.

Регистрация импульсов АЭ осуществляется с помощью того же специализированного усилителя, который разработан для регистрации ЧР. Наличие многоступенчатой защиты от перенапряжений способствуют тому, что усилитель быстро восстанавливает свою чувствительность после действия случайных импульсов помех. Нелинейный характер верхней части передаточной характеристики позволяет вести непрерывное наблюдение за множеством импульсом малой амплитуды на фоне действия сильных импульсов! юренапряжегтй.

Ключевые слова; диагностика изоляции, многослойные высоковольтные катушки, частичные разряды, акустическая эмиссия, схемы замещения.