автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Анализ тепловых полей некоторых элементов электроустановок высокого напряжения применительно к задачам их диагностики

Сухичев Михаил Иванович

Анализ тепловых полей некоторых элементов электроустановок высокого напряжения применительно к задачам их диагностики

Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 ИЮЛ 2011

Санкт-Петербург - 2011

4851810

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Титков Василий Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Фоминич Эдуард Николаевич

кандидат технических наук, доцент

Кадзов Георгий Долматович

Ведущая организация: Федеральное государственное образовательное

сертационного совета Д 212.229.11 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», расположенном по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, Главное здание, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан « (¿Жл^уЫН. 2011 г.

учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет

путей сообщения»

Защита состоится г. в 40

часов на заседании дис-

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Попов М. Г.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Тепловой метод диагностики получил широкое распространение в электроэнергетике в связи с развитием технических средств и методов инфракрасной термографии.

В практике встречаются задачи, когда объект контроля находится вне зоны измерения. В этом случае приходится прибегать как к контактным методам контроля теплового режима, так и к анализу тепловых полей вне зоны тепловыделяющего дефекта. Для эксплуатации высоковольтного электрооборудования важно определить состояния, например, контактных соединений в необлужива-емых ячейках РУ, некоторых дефектов ОПН. Для решения поставленных задач в диссертации применяется численное моделирование, аналитическое решение задачи теплообмена, экспериментальное исследование.

В электроустановках возможен подогрев по шине контактных соединений (КС) расположенным рядом на этих же шинах оборудованием. Не меньшую проблему представляет собой оценка температуры контактного соединения вне зоны, в которой можно провести измерения.

Традиционно в электроэнергетике применяется модель одного КС на бесконечной шине с одинаковыми параметрами. Такая модель описана ещё в работах Хольма и повторялась многими авторами в последствии. Однако такая модель не позволяет эффективно проводить диагностику в описанном выше современном оборудовании.

В качестве другого примера можно выделить ограничители перенапряжений (ОПН), которые являются сегодня неотъемлемым элементом защиты высоковольтного оборудования. Они выполняют важную роль, защищая дорогостоящие элементы оборудования высокого напряжения от выхода из строя вследствие воздействия перенапряжений. Важность диагностики в эксплуатации ОПЙ

подчёркивалась многими авторами, например, Дмитриевым В. Л., Демьяненко К. Б. и других.

Несмотря на то, что ОПН является легко доступным для обследования объектом, отсутствие достаточно адекватных тепло-электрических моделей ОПН ограничивает возможность и пути улучшения качества их диагностики.

Цель диссертационной работы

Получение более совершенных, по сравнению с имеющимися, критериев тепловой диагностики контактных соединений и ОПН на основе математического моделирования физических полей данного оборудования.

Задачи диссертационной работы

1. Разработка аналитической математической модели теплового поля контакта на основе теории теплопередачи и её верификация.

2. Разработка диагностической модели дефектного контакта на основе аналитической модели теплового поля шины.

3. Сравнение и выбор методов численной реализации диагностической модели контакта.

4. Разработка численной модели и расчёт характеристик теплообмена в горизонтальных токопроводах применительно к использованию в диагностической модели контактных соединений.

5. Разработка математической модели ОПН и её конечно-элементной реализации.

6. Адаптация конечно-элементной модели на основе сравнения с результатами экспериментальных исследований ОПН с искусственными дефектами.

7. Выработка диагностического критерия ОПН для некоторых нарушений изоляции (частичное внешнее и частичное внутреннее загрязнения).

Научная новизна

1. Разработана аналитическая модель теплового поля шинопровода с группой контактов на основе модели теплопроводности вдоль шины и поперечного теплообмена в модели Ньютона—Рихмана. Получены общие решения для всех возможных сочетаний граничных условий и распределений контактов вдоль шины.

2. Разработан теоретически обоснованный критерий дефектности контактных соединений по полю температуры в зависимости от параметров среды и шины.

3. Разработана методика оценки коэффициентов теплоотдачи горизонтальных шинопроводов для различных условий прокладки (одно и трехфазные шинопроводы, шинопроводы в кожухе).

4. Разработана методика оценки состояния контакта на основе фрагмента теплового поля шины. Работоспособность методики продемонстрирована путем моделирования работы алгоритмов распознавания при использовании искусственно «зашумленных» данных.

5. Разработана конечно-элементная модель ОПН на основе совместного решения уравнений для электрического и теплового поля при учете нелинейности проводящей среды резистора ОПН. Выработан качественный критерий диагностики ОПН с нарушениями изоляции.

Практическая значимость заключается в следующих положениях:

1. обоснованы и реализована в виде программного кода методики оценки состояния контактов по тепловому полю шин, в том числе находящихся вне зоны измерения.

2. предложен теоретически обоснованный критерий дефектности контактных соединений в зависимости от параметров среды и шины.

3. предложен формируемый на основе анализа поверхностного распределения температуры ОПН теоретически обоснованный диагностический признак для выявления частичного внутреннего или внешнего перекрытия изоляционного корпуса аппарата.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1. Аналитическая модель теплового поля шины с группой контактов.

2. Методика диагностики контакта, находящегося вне зоны измерения.

3. Критерий дефектности контактных соединений в зависимости от параметров среды и шин.

4. Результаты исследования распределения теплового поля по поверхности изоляционного корпуса ОПН и диагностический признак для выявления частичного внутреннего или внешнего перекрытия изоляционного корпуса ОПН.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Перенапряжения и надёжность эксплуатации электрооборудования» (2009), «Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики» (2009), «XXXVIII неделя науки СПбГПУ» (2009), российской научно-технической конференции «Молодые учёные — промышленности Северо-Западного региона» (2009).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 6 печатных работах, из них 2 статьи в изданиях, входящих в Перечень изданий, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертационных работ, 2 статьи в сборниках трудов конференций и 2 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 3 глав и 4 приложений, включает 170 страниц основного текста, 62 рисунка, 16 таблиц и список литературы из 80 наименований.

Содержание работы

Во Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.

В первой главе проведён обзор методов регистрации и анализа тепловых полей в электрооборудовании.

Указана ограниченность тепловых бесконтактных методов диагностики из-за возможности анализа только поверхностного распределения теплового поля. Для расширения возможностей тепловых методов применяются методы анализа тепловых полей.

Сформулирована цель диссертационной работы и обозначены подходы к решению проблемы.

Во второй главе рассмотрена проблема диагностики контактных соединений (КС).

В первом разделе главы более подробно показана актуальность данной задачи в том числе из-за невозможности прогнозирования состояния КС, слабости нормативной базы и особенностей нового оборудования, препятствующих проведению тепловизионного обследования.

Так же в этом разделе сформулированы основные подходы к решению задачи диагностики КС, заключающиеся в

1. нахождении аналитического решения задачи о растекании тепла по шине от дефектного КС;

2. установлении степени влияния на результат принятых при решении аналитической задачи допущений;

3. разработка диагностических приемов и методов обработки результатов измерений поля температуры на основании разработанных математических моделей и оценка возможностей для применения диагностики оборудования по особенностям его теплового поля на практике;

4. сравнение с опытными данными для подтверждения аналитических выводов.

Во втором разделе главы проведён анализ известных аналитических решений задачи о растекании тепла вдоль шины, указано на их ограниченость только одним КС на бесконечной шине.

Поэтому было выведено общее одномерное аналитическое решение задачи в виде набора участков с неизменными термоэлектрическими характеристиками.

Для каждого участка распределение температуры определено как

а — коэффициент теплоотдачи с поверхности шины; р — периметр сечения шины; Л — коэффициент теплопроводности; 5 —площадь поперечного сечения шины; / — полный электрический ток на участке;

= — электрическое сопротивление на единицу длины; Т0 — температура среды.

Т(х)= ГцсЬ л/Лл: + ФдвЬ \[Хх+-,

(1)

где Т0 = Т(х)\х=0 -

л _ ар д _ 12Л'+арТ{) Л — -ттг И В — -тт-

расчётные коэффициенты;

При этом, если участки стыкуются в точке х = I, условия стыковки участков можно записать в виде системы

Особенности компьютерной реализации схемы расчёта для любых возможных граничных условий, в том числе заданных в произвольной точке на шине вынесены в приложение.

Кроме того, был обоснован отказ от аналитического решения задачи с учётом лучистого теплообмена и установлено, что введение зависимости удельного сопротивления от температуры вида р = р0 (1 + а (Т(х) - Гоп)) не приводит к изменению уравнения распределения температуры на участке, а лишь изменяет постоянные коэффициенты Ли В.

Так же выведены варианты его упрощения для практического использования, которые совпадают с уже известными решениями.

Показано, что решение для шины с несколькими КС может быть получено по принципу суперпозиции с учётом пространственного сдвига источников из нескольких решений для шины с одним КС. В частности для шины с двумя разнесёнными в пространстве источниками тепла имеем:

где Т](х), Т2(х), '1\{х)— распределение теплового поля вдоль шины для первого, второго КС и суммарное соответственно.

В третьем разделе главы для установления степени влияния на решение принятых в постановке аналитического решения допущений выполнен расчёт в котором лучистый теплообмен был заменён на на теплообмен по закону

(2)

А А

= г; сИ >/А (*-!,)+ ¿7-; 5Ь л/а(л: — /0-н

+ Т2 сЬ у/а (х -12) + (1Т'2 вИ у/а (х -12),

в

(3)

Ньютона—Рихмана. Этот расчёт показал, что для температур, характерных для высоковольтного электрооборудования, погрешность не превышает 0,07 К, что лежит ниже погрешности лучших средств измерения.

Для учёта эффектов вызываемых неравномерным распределение температуры в сечении проводника и влиянием эффекта искривления токовых линий, было решено несколько вариантов двухмерного численного решения той же задачи, которые так же показали погрешность ниже точности средств измерения.

В данном разделе был приведён пример сведения трёхмерной задачи к двум задачам более низкой размерности. Это пример демонстрирует возможность использования аналитического выражения в случае, когда термоэлектрические характеристики шины зависят от температуры.

Кроме того, на примере одно- и трёх-фазных токопроводов показан метод нахождения коэффициента теплообмена а путём построения численной модели. При этом учёт конвекции выполнен на основании решения двухмерной задачи газовой динамики.

В четвёртом разделе главы, посвящённом диагностике, теоретически обосновано, что тепловизионным обследованием могут быть определены все практически значимые величины, кроме расстояния от точки измерения до КС или температуры КС, так как последние являются связанными величинами.

Кроме того, в разделе рассмотрены возможные критерии браковки и указано, что наилучшим с точки зрения автора является температура КС.

Так же в разделе на основании расчётов из второго раздела предложен теоретически обоснованный критерий дефектности КС в зависимости от параметров среды и шины:

2 VI I /В\2 В

КРИТ'"»^ VI /шах V ПЛа"' УА) V (4)

где Гкрит. —браковочная температура КС;

Г11лав — температуру плавления металла покрытия (если есть) или шины;

/щах — максимально возможный на данном присоединении ток; п — число отходящих от КС участков шин. Для прямой шины без отпаек

Ь = 2,45 ■ 10~8 ^г1 — коэффициент из закона Франца—Видемана. Так же в разделе указано теоретически обоснованное выражение для связи точности и дальности определения дефектного КС:

где / — расстояние от места измерения до КС;

ЛГдо,, — минимальный прирост температуры в контакте, регистрация которого необходимо обеспечить;

дТ — точность средства измерения температуры.

В пятом разделе главы для подтверждения возможности диагностики КС, находящегося вне зоны прямой видимости тепловизора, проводится моделирование диагностики и сравнение трёх вариантов диагностики: по базе данных, с помощью нейронных сетей и на основе аппроксимации аналитической формулой.

Так же в разделе обосновываются преимущества и недостатки методов.

Автор рекомендует использовать метод на основе аппроксимации полученной выше аналитической зависимости, так как последний не требует предварительного обучения или набора базы данных.

В шестом разделе главы приводится пример опытного исследования, подтверждающего правильность полученных теоретических результатов.

Практический пример восстановления картины поля представлен на рис. 1. Для примера специально была выбрана термограмма с сильно зашумленным распределением температуры (рис. 2).

В седьмом разделе главы приводятся основные результаты главы.

Третья глава посвящена проблеме тепловизионной диагностики ОПН.

(5)

Рис. 1. Распределение температуры вдоль шины по термограмме, восстановленный участок кривой и границы погрешности.

Рис. 2. Термограмма использованная для примера восстановления температуры КС.

Для подтверждения актуальности задачи проведён сравнительный анализ тепловизионного метода диагностики ОПН и метода на основании измерения токов утечки. Показано, что тепловой метод обладает рядом преимуществ по сравнению с методами измерения токов утечки.

Так же актуальность задачи была подтверждена анализом современных нормативных документов по этой проблематике, который показал недостаточное теоретическое обоснование представлений о тепловых процессах в ОПН.

Отдельно отмечены методы, предлагающие расчёт падения напряжения на варисторах по распределению теплового поля, которые дают приблизительную оценку в следствии неучёта продольного теплового потока в ОПН.

Для определения качественного и количественного влияния дефектов на тепловое поле ОПН, а значит и теоретического обоснования диагностики, была разработана математическая модель ОПН-27 кВ, используемого на железной дороге, с применением метода конечных элементов(рис. 3).

Математическая модель ОПН основана на решении уравнений в частных производных:

Л ч/=() _ (ЭЛ№1 ри-

га

/\ (Электрическии '

( нотсиц»ал) « /п

('Злсктрнчсскан

(ПОЛ Я ЦП и)

и=о

Чаэемленш.4)

ЫТ-Т.,)

а)

б)

Рис. 3. Граничные условия электрической (а) и тепловой (б) части модели ОПН. 1 - нелинейный резистор; 2 - алюминиевые фланцы; 3 - стеклопластиковая труба; 4 - силиконовое покрытие; 5 - загрязнение.

1. для потенциала, учитывающие проводимость и ток смещения;

- V • ((сг + }шЕйегуяи - Те) =

(6)

где сг — электропроводность; ш — круговая частота тока; ео—диэлектрическая постоянная; ег — относительная диэлектрическая проницаемость; и — электрический потенциал; 3е — плотность внешнего тока; — плотность источников тока.

2. для теплового поля, учитывающие тепловыделение в теле ОПН источника.

о

- (рсуТ(А 0) = Ч- о) + ж 0, (7)

от

где р— плотность среды; су — теплоёмкость среды при постоянном объёме V; Т — температура; г — радиус-вектор; Л — коэффициент теплопроводности; (2 — плотность тепловых источников.

При этом для учёта нелинейных характеристик колонки варисторов ОПН применяется её проводимость вычисляется по формуле

сг(£д) = a-ref

\— - 1+з.т 5.

г-'-2?

tre/J I .

sin «■ (o>í) dt, (8)

где а — коэффициент нелинейности материала варистора, описываемой с помощью стандартной формулы Е = Eref (J-^ ;

tтге/ — опорная проводимость при известной опорной напряжённости электрического поля Eref.

Т и со — период и круговая частота приложенного напряжения.

На основании изложенной математической модели и проведённых экспериментов, было определено, что тепловое поле ОПН в модели отличается от представленного в нормативных документах. При этом температура в верхней части аппарата выше, чем в нижней, что можно использовать при практических измерениях (рис. 4).

Опыты качественно совпадают с результатами расчёта по математической моделью (рис. 4).

Расчёты так же показали принципиальную возможность объективной диагностики ОПН на основе анализа распределения теплового поля и его характеристик.

В результате численного анализа сформулирован качественный диагностический признак нарушения целостности изоляции ОПН, заключающийся в смещении точки наибольшей температуры.

Заключение

В работе рассмотрена проблема тепловой диагностики контактных соединений и ОПН. На основе теоретических и экспериментальных исследований в диссертации получены следующие результаты:

1. Разработана аналитическая модель теплового поля шины произвольной

Рис. 4. Распределение теплового поля вдоль тела ОПН (верх аппарата слева):

.... —расчётное при усреднённом для всей поверхности коэффициенте теплопроводности;

--расчётное при раздельном для каждой части коэффициенте теплопроводности;

---экспериментальное.

длины с группой контактов. Проведена её верификация.

2. Предложена методика диагностики контакта, находящегося вне зоны измерения, по тепловому полю шины.

3. Предложен критерий дефектности контактных соединений в зависимости от параметров среды и шин.

4. Выполнены исследования распределения теплового поля по поверхности изоляционного корпуса ОПН.

5. Предложен качественный диагностический признак для выявления частичного внутреннего или внешнего перекрытия изоляционного корпуса ОПН.

Публикации в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК

1. Сухичев М.И., Титков В. В. К вопросу о тепловизионной диагностике контактных соединений//Электро. 2010. — 6. Т. 3. С. 37-39.

2. Сухичев М. И., Титков В. В. Тепловые процессы в шинах электроустановок // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. Т. 3 (106)/2010. С. 14-21.

Публикации в других изданиях

1. Сухичев М. И. О нормативных документах по тепловизионной диагностике контактных соединений. // Молодые учёные — промышленности СевероЗападного региона, материалы конференции Политехнического симпозиума. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009. С. 211-213.

2. Сухичев М. И. О нормативных документах по тепловизионной диагностике ограничителей перенапряжений нелинейных. // Молодые учёные — промышленности Северо-Западного региона. Материалы конференции Политехнического симпозиума. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009. С. 210-211.

3. Сухичев М. И., Титков В. В. Изменение распределения теплового поля ОПН с внутренним и внешним загрязнением // XXXVIII неделя науки СПбГПУ. Т. II из Материалы международной научно-практической конференции. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009. С. 4-5.

4. Сухичев М. И., Титков В. В., Гусейнов Г. А. и др. Оценка технического состояния ОПН с внутренним и внешним загрязнением // Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики / Под ред. Во-ропай Н. И., Таджибаев А. И. Т. 60 из «Методы и средства исследования и обеспечения надёжности систем энергетики». СПб.: «Северная звезда», 2010. С. 532-536.

Подписано в печать 30.06.2011. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 7825Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812)297-57-76

Содержание.

Введение.

Глава 1. Методы исследования тепловых режимов и полей электроустановок.

1.1. Методы регистрации тепловых полей.

1.2. Аналитические методы анализа тепловых режимов.

1.3. Численные методы анализа тепловых режимов.

1.4. Тепловой метод диагностики.

1.5. Постановка задачи.

Глава 2. Диагностика контактных соединений по тепловому полю в области контакта.

2.1. Актуальность задачи.

2.2. Аналитическое решение.

2.3. Численный анализ.

2.4. Модельная задача «шина в оболочке».

2.5. Выбор диагностической модели контактного соединения.

2.6. Моделирование диагностики.

2.7. Опытные исследования.

2.8. Результаты главы.

Глава 3. Тепловые поля ОПН и их диагностика под рабоче напряжением по внешнему тепловому полю. Ц

3.1. Актуальность проблемы. Л

3.2. Математическая модель электротепловых процессов в

ОПН. З^

3.3. Физическое моделирование. Л

3 А. Некоторые результаты моделирования внешнего дефекта. П

3.5. Некоторые результаты моделирования внутреннего дефекта.

3.6. Сравнение с экспериментальными данными.

3.7. Результаты главы.

Тепловой метод диагностики получил широкое распространение в электроэнергетике в связи с развитием технических средств и методов инфракрасной термографии [18].

В практике встречаются задачи, когда объект контроля находится вне зоны измерения. В этом случае приходится прибегать как к контактным методам контроля теплового режима, так и к анализу тепловых полей вне зоны тепловыделяющего дефекта. Для эксплуатации высоковольтного электрооборудования важно определить состояния, например, контактных соединений в необлуживаемых ячейках РУ, некоторых дефектов ОПН. Для решения поставленных задач в диссертации применяется численное моделирование, аналитическое решение задачи теплообмена, экспериментальное исследование.

В электроустановках возможен подогрев по шине контактных соединений (КС) расположенным рядом на этих же шинах оборудованием. Не меньшую проблему представляет собой оценка температуры контактного соединения вне зоны, в которой можно провести измерения.

Традиционно в электроэнергетике применяется модель одного КС на бесконечной шине с одинаковыми параметрами. Такая модель описана ещё в работах Хольма [80] и повторялась многими авторами в последствии [9, 37, 38, 67]. Однако такая модель не позволяет эффективно проводить диагностику в описанном выше современном оборудовании.

В качестве другого примера можно выделить ограничители перенапряжений (ОПН), которые являются сегодня неотъемлемым элементом защиты высоковольтного оборудования. Они выполняют важную роль, защищая дорогостоящие элементы оборудования высокого напряжения от выхода из строя вследствие воздействия перенапряжений. Важность диагностики в эксплуатации ОПН подчёркивалась многими авторами, например, Дмитриевым В. Л. [32], Демьяненко К. Б. [29] и других.

Несмотря на то, что ОПН является легко доступным для обследования объектом, отсутствие достаточно адекватных тепло-электрических моделей ОПН ограничивает возможность и пути улучшения качества их диагностики.

Отсюда можно вывести цель данной работы: получение более совершенных, по сравнению с имеющимися, критериев тепловой диагностики контактных соединений и ОПН на основе математического моделирования физических полей данного оборудования.

2.3.3. Выводы.

Проведённое численное моделирование подтвердило, что как одномерное, так и двухмерное численное моделирование с достаточной степенью точности совпадают с аналитическим одномерным решением.

Таким образом использование именно аналитического решения можно порекомендовать для практического использованиям том числе для протяженных участков упрощённые выражения (см. раздел 2.2.12).

2.4. Модельная задача «шина в оболочке».

Решение данной задачи представляет интерес для оценки значений коэффициентов теплообмена закрытой ошиновки.

Заключение

В работе рассмотрена проблема тепловой диагностики контактных соединений и ОПН.

Задача тепловой диагностики контактных соединений актуальна так как сложный, до конца не изученный механизм развития дефектов в КС не позволяет прогнозировать возникновение и развитие дефектов в КС. В тоже время несовершенство современной нормативной базы диагностики КС не позволяет объективно определять состояние КС. Усугубляет проблему направление развития современного электрооборудования, которое делает невозможными некоторые виды и способы традиционной диагностики.

В работе обоснована постановка задачи о диагностики КС как задачи о растекании тепла вдоль шин от нагретого КС; упомянуты известные авторам работы по этой тематике и результаты их решения.

Для понимания процессов при распределении теплового поля вдоль шины от КС было найдено наиболее общее аналитическое решение этой задачи, в том числе с учётом зависимости сопротивления шины от температуры.

Численное решение этой же задачи позволило установить степени влияния на решение задачи принятых в постановке аналитического решения допущений.

Дополнительно было получено численное решение в точности повторяющее аналитическое для подтверждения точности численного метода.

На основании полученного решения задачи обоснован выбор диагностической модели и диагностических признаков и предложена методика диагностики контакта, находящегося вне зоны измерения, по тепловому полю шины.

Так же в работе рассмотрены возможные варианты моделирования, точность и дальность определения дефектного контактных соединений и предложен критерий дефектности контактных соединений в зависимости от параметров среды и шин.

Результаты математического моделирования подтверждены экспериментальными исследованиями.

Актуальность задачи тепловой диагностики ОПН подтверждает проведённый сравнительный анализ тепловизионного метода и метода на основании измерения токов утечки. Показано, что тепловой метод обладает рядом преимуществ по сравнению с методами измерения токов утечки.

Так же актуальность задачи была подтверждена анализом современных нормативных документов по этой проблематике, который показал недостаточное теоретическое обоснование представлений о тепловых процессах в ОПН.

Отдельно отмечены методы, предлагающие расчёт падения напряжения на варисторах по распределению теплового поля, которые дают приблизительную оценку в следствии неучёта продольного теплового потока в ОПН.

Для определения качественного и количественного влияния дефектов на тепловое поле ОПН, а значит и теоретического обоснования диагностики, была разработана математическая модель ОПН с применением метода конечных элементов.

На основании изложенной математической модели и проведённых экспериментов, было определено, что тепловое поле ОПН в модели отличается от изложенной в нормативных документах характерной, близкой к экспоненциальной формой с более высокой температурой в верхней части аппарата, чем нижней, что можно использовать при практических измерениях.

Расчёты показали принципиальную возможность объективного метода анализа ОПН на основе анализа распределения теплового поля и его характеристик и определение диагностических параметров.

На этом основании предложен качественный диагностический признак для выявления частичного внутреннего или внешнего перекрытия изоляционного корпуса ОПН.

Опыты качественно совпадают с результатами расчёта по математической моделью. Количественное различие скорее всего обусловлено неточными значениями теплофизических характеристик.

1. Eric S. Raymond. The Cathedral & the Bazaar. O'Reilly Media, 2001. P. 256.

2. Paez G. Integrable and differentiable approximations to Planck's equation // SPIE. 1998. Vol. 3437. Pp. 371-377.

3. Англоязычный раздел официального сайта компании Land Instruments International об инфракрасных измерениях. URL: http:/ www. landinst . ccm/infrared

4. Аппараты для ограничения перенапряжений в высоковольтных сетях, Под ред. Афанасьева А. И., Богатенкова И. М., Фейзуллае-ва Н. И. Учеб. Пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000. С. 164.

5. Афанасьев А. И., Богатенков И. М., Фейзуллаев Н. И. Аппараты для ограничений перенапряжений в высоковольтных сетях, Под ред. Афанасьева А. И. Учебное пособие. СПб: Изд-во СПбГТУ, 2000. С. 164.

6. Афонин А. В., Ньюпорт Р. К., Поляков В. С. и др. Основы инфракрасной термографии, Под ред. Ньюпорта Р. К., Таджибаева А. И. СПб.: ПЭИПК, 2004. С. 240.

7. Афонин А. В., Таджибаев А. И. Инфракрасная термография, Под ред. Таджибаева А. И. СПб.: ПЭИПК, 2009. С. 104.

8. Афонин А. В., Таджибаев А. И., Титков В. В. Излучения в инфракрасном диапазоне и тепловые процессы в материалах, Под ред. Таджибаева А. И. СПб.: ПЭИПК, 2007. С. 120.

9. Беляев В. JI. Особенности работы и конструкций многоамперных электрических аппаратов. Учеб.пособие. СПб.: СЗТУ, 2005. С. 274.

10. Беляков В.В., Малышев A.B., Кривошеев Н.В., Вольфганг К. Маршнер. Мониторинг силовых кабельных линий с адаптацией к условиям окружающей среды в режиме реального времени // Электро. 2008. Т. 5. С. 38^2.

11. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Метод граничных элементов в прикладных науках, Под ред. Гольдштеина Р. В. М.: Издательство «Мир», 1984. С. 494.

12. Блюдников Л. М., Иванова Р. Н., Рудакас П. П. Применение тепловизоров в энергетике. Тепловидение // Межвузовский сб.научн.тр. 1978. Т. 2. С. 162-167.

13. Большая советская энциклопедия., Под ред. Прохорова А. М. 3-е изд. М., «Сов. энциклопедия», 1969-78. Т. 1-30.

14. Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел JI. Методы граничных элементов, Под ред. Григолюка Э. И. М.: Издательство «Мир», 1987. С. 524.

15. Власов А. Б. Тепловизионный метод контроля физических параметров высоковольтных вводов // Электротехника. 1994. Т. 4. С. 34-40.

16. Власов А. Б. Диагностическая модель тепловизионного контроля высоковольтных вводов // Электрика. 2004. Т. 2. С. 21-26.

17. Власов А. Б. Факторный анализ результатов тепловизионного контроля высоковольтных вводов с твёрдой изоляцией. // Электротехника. 2005. Т. 2. С. 3-8.

18. Власов А. Б. Модели и методы термографической диагностики объектов энергетики. М.: Колос, 2006. С. 280.

19. ГОСТ 13276-79. Арматура линейная. Общие технические условия.

20. ГОСТ 14312-79. Контакты электрические. Термины и определения.

21. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения.

22. ГОСТ 8024-90. Аппараты и электротехнические устройства переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Нормы нагрева при продолжительном режиме работы и методы испытаний.

23. ГОСТ Р 52725-2007 Ограничители перенапряжений нелинейныедля электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.

24. Гершуни Г. 3., Жуховицкий Е. М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. С. 392.

25. Годжелло А. Г., Панков И. А., Гринберг Р. П. Модель старения неразъёмных алюминиевых контактных соединений // Электротехника. 2002. —2. Т. 2. С. 47-^9.

26. Турин А. В., Малышев А. В., Кривошеев Н. В., Вольфганг К. Марш-нер. Мониторинг технического состояния силовых линий электропередачи с использованием линейных оптических сенсоров (LIOS технологии) // Электро. 2007. Т. 2. С. 38-41.

27. Деклу Ж. Метод конечных элементов, Под ред. Яненко H.H. М.: Издательство «Мир», 1976. С. 96.

28. Демирчян К. С., Нейман Л. Р., Коровкин Н. В., Чечурин В. Л. Теоретические основы электротехники. 4 изд. СПб.: Питер, 2003. Т. 3. С. 377.

29. Демьяненко К. Б. К вопросу о необходимости диагностики ОПН в процессе эксплуатации. // Электро. 2008. Vol. 3. Рр. 43-47.

30. Дзецкер Н. Н., Висленев Ю. С. Многоамперные контактные соединения. Л.: Энергоатомиздат, 1987. С. 128.

31. Дмитриев В. Л. Диагностика ОПН в эксплуатации. Достоверность оценки состояния. // Новости ЭлектроТехники. 2007. Т. 5.

32. URL: http://wwv\me ws.elteh.ru/ar h/2007/ 4//07 php.

33. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике, Под ред. По-бедриБ.Е. М.: Издательство «Мир», 1975. С. 541.

34. Исаев С. И., Кожинов И. А., Кофанов В. И. и др. Теория тепломас-собмена, Под ред. Леонтьева А. И. учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1979. С. 495.

35. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. 3-е, перераб. и доп. изд. М.: Энергия, 1975. С. 488.

36. Карманов В. Г. Математическое программирование. Учеб. пособие. 5-е изд., стереотип, изд. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2004. С. 264.

37. Ким Е. И., Омельченко В. Т., Харин С. Н. Математические модели тепловых процессов в электрических контактах. Алма-ата, «Наука» КазССР, 1977. С. 236.

38. Комаров A.A., Яковлев В.Н. Электрические контакты. Учебно-методическое пособие. Самара: СамИИТ, 2001. С. 51.

39. Константинов А. Г., Осотов В.Н., Фоминых Ю.А. Применение приборов инфракрасной техники для онтроля силового электроэнергетического оборудования//Энергетик. 1993. Т. 12. С. 22-25.

40. Коробейников С.М. Диэлектрические материалы. Учебное пособие. Новосибирск, НГТУ, 2000. С. 67.

41. Криксунов JI.3. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. радио, 1978. С. 400.

42. Кучинский Г. С., Кизеветтер В.Е., Пинталь Ю.С. Изоляция установок высокого напряжения, Под ред. Кучинского Г. С. Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1987. С. 368.

43. Ландау JI. Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. 5-е изд., стереот. изд. М.: Физматлит, 1987 (2001, 2003 Reprint). Т. VII. С. 264.

44. Ландау Л. Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. 8-е изд., стереот. изд. М.: Физматлит, 1988 (2001, 2003 Reprint). Т. П. С. 536.

45. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. 5-е изд., стереот. изд. М.: Физматлит, 1988 (2001 Reprint). Т. VI. С. 731.

46. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. Ч. I. 5-е изд., стереот. изд. М.: Физматлит, 1995 (2001,2002 Reprint). Т. V. С. 616.

47. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. 4-е изд., стереот. изд. М.: Физматлит, 1995 (2002 Reprint). Т. VIII. С. 656.

48. Малышев А. В., Кривошеев Н. В., Вольфганг К. Маршнер. Мониторинг силовых кабельных линий с системой RTTR и его влияние на оптимизацию пропускной способности кабельной сети // Электро. 2008. Т. 2. С. 22-28.

49. Математический институт Клэя (The Clay Mathematics Institute). Анонс приза за решение задач тысячелетия, web, 2000. — 5. URL: http: / /wm cía yrath. org/mil lennium/.

50. Миркес E. M. Нейроинформатика. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. С. 347.

51. Мышкин Н. К., Кончиц В. В., Браунович М. Электрические контакты. Долгопрудный: Издательский Дом «Интелект», 2008. С. 560.

52. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справичные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учеб. пособие для втузов. 4-е, перераб. и доп. изд. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 608.

53. Неразрушающий контроль: Справочник: в 8 т., Под ред. Клюева В. В. 2-е, испр. изд. М: Машиностроение, 2006. Т. 5. Тепловой контроль. С. 688.

54. Официальный (англоязычный) сайт фирмы Irisys. URL: http: //wwwirisys.c o.uk/.

55. Официальный сайт «АБС ЗЭиМ Автоматизация». URL: http: //www zeim.ru

56. Официальный сайт ООО «СКБ ИКСенсор». URL: http:// iksensor сап/.

57. Официальный сайт компании ИРТИС. URL: http: / /www irtis.ru/.

58. Пахомова И.Ю., Суворинов A.B., Хапаев М.М. Метод граничных элементов расчета ненасыщенных магнитных линз И Известия высших учебных заведений. Математика. 1996. — 9. Т. 40, № 9. С. 37-47.

59. Поляков В. С. Способ дистанционного контроля распредления напряжения на последовательно соединённых элементах высоковольтной установки // А. с. СССР №911345, МКП4 G 01R119/00. 1979. — 05. № А. с. СССР №911345, МКП4 G 01R119/00.

60. Программное обеспечение, реализующее метод конечных элементов. Вики.org/wiki/\T2Acyrt\T2A\cyro1. T2A\cyrr\T2A\1. T2A\cyrch\T2A\cyrh\T2A\cyre1. T2A\cyrm\T2A\1. T2A\cyro\T2A\

61. URL: http: //ru.wi kipedia.1. CYRM\T2A\cyr e\T2A\1. T2A\cyrd\T2 A\cyrg\cyra\T2A\cyrn \T2A\cyri\cyrn\T2A\cyre ry\T2A\ rev\T2A\cyrL\T 2A\cyre\cyre\T2A\cyrn \T2A\cyrt\ cyrv.

62. РД 153-34.0-20.363-99 Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ, 2001.

63. Раздел о тепловизорах фирмы Pergam (поставщик тепловизоров Flir). URL: http://wwv^pe rgam.ru/catalo gl htm

64. Родионов С. А. Основы оптики. Конспект лекций. СПб: СПб ГИТ-МО (ТУ), 2000. С. 167.

65. Российский сайт компании Fluke. URL: http: //шш flüke.ru

66. Русскоязычный сайт о тепловизорах компании NEC Avio Infrared Technologies Co. Ltd. URL: http: //nec-av io. ru

67. Сайт официального представительства компании TESTO в Росии. URL: http: //тт.tes to.ru

68. Сафонов Jl. И., Сафонов А. Л. Электрические прямоугольные соединители. Анализ физических процессов в контактах. // Технологии в электронной промышленности. 2007. Т. 6. С. 54-58.

69. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов, Под ред. ПобедриБ.Е. М.: Издательство «Мир», 1979. С. 392.

70. Сивухин Д. В. Общий курс физики. 2-е, испр. изд. М.: Наука, 1983. Т. Ш. Электричество. С. 687.

71. Сивухин Д. В. Общий курс физики. 3-е, исправленное и дополненное изд. М.: Наука, 1990. Т. П. Термодинамика и молекулярная физика. С. 592.

72. Сивухин Д. В. Общий курс физики. 3-е изд., стереот. изд. М.: ФИЗ-МАТЛИТ, 2005. Т. IV. Оптика. С. 792.

73. Сивухин Д. В. Общий курс физики. 5-е, стереотипное изд. М.: Физматлит, 2006. Т. I. Механика. С. 560.

74. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов, Под ред. МарчукаГ.И. М.: Издательство «Мир», 1977. С. 351.

75. Сухичев М. И. Тепловые режимы высоковольтного электрооборудования и проблемы их диагностики. Магистерская диссертация, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2007.

76. Теория электрических аппаратов, Под ред. Александрова Г. Н. М.:Высшая школа, 1985. С. 312.

77. Титков В. В., Таджибаев А. И. Математические модели и оценка состояния электроустановок на основе анализа температурных пространств. СПб.: ПЭИПК, 2005. С. 76.

78. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. 4 изд. Эдиториал УРСС., 2004. Т. 3: Излучение. Волны. Кванты, из Перевод с английского. С. 240.

79. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. 5 изд. ЛКИ., 2007. Т. 1: Современная наука о природе. Законы механики. 2: Пространство, время, движение, из Перевод с английского. С. 440.

80. Физический энциклопедический словарь, Под ред. Прохоров А. М. М.: Сов. Энциклопедия, 1983 (1995 Reprint). С. 928.

81. Хольм Р. Электрические контакты, пер. с англ. М.: ИЛ, 1961.