Исследование влияния магнитного поля на характеристики частичных разрядов

Статья посвящена исследованию зависимостей характеристик частичных разрядов от магнитной индукции. Разработана конструкция экспериментальной установки. Она позволяет прикладывать как высокое напряжение, так и ток, сопоставимый с рабочим. Установка включает в себя источник высокого напряжения (прибор для испытания диэлектриков), схему протекания тока, высоковольтный трансформатор тока и образец кабеля с СПЭ-изоляцией. Работа электрической схемы экспериментальной установки была смоделирована с помощью программного обеспечения. Моделирование показало, что при наличии эксплуатационной электрической прочности изоляции трансформатора тока высоковольтный потенциал не может контактировать с контуром протекания тока. После этого было проведено моделирование магнитного поля внутри изоляционного слоя. На основе разработанной конструкции была создана экспериментальная установка. Для регистрации частичных разрядов в образце кабеля создавался искусственный дефект. Результаты моделирования магнитного поля позволили оценить магнитную индукцию в поле искусственного дефекта кабеля. Далее были проведены экспериментальные исследования по оценке влияния магнитного поля тока жилы кабеля на характеристики частичных разрядов. Результаты измерений показали снижение среднего кажущегося заряда частичных разрядов и мощности частичных разрядов с увеличением тока. Кроме того, сравнивались формы сигналов, но существенных различий не обнаружено. Магнитное поле тока может оказывать влияние на характеристики частичных разрядов в долгосрочной перспективе из-за возможного влияния на направление роста электрической древовидной структуры.

1. Li G., Luo Z., Xiong J. [et al.]. Statistical characteristics of partial discharge caused by typical defects in cable joint under oscillating voltage // 2014 International Conference on Power System Technology. China, 2014. P. 1368–1373. DOI: 10.1109/POWERCON.2014.6993672.

2. Zhao X., Pu L., Ju Z. [et al.]. Partial discharge characteristics and development of typical XLPE power cable insulation defects // 2016 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD). China, 2016. P. 623–626. DOI: 10.1109/CMD.2016.7757955.

3. Kim C., Jin Z., Jiang P. [et al.]. Investigation of dielectric behavior of thermally aged XLPE cable in the high-frequency range // Polymer Testing. 2006. Vol. 25, no. 4. P. 553–561. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2006.03.009.

4. Boggs S. A. Mechanisms for degradation of TR-XLPE impulse strength during service aging // IEEE Power Engineering Review. 2002. Vol. 17, no. 2. P. 308–312. DOI: 10.1109/MPER.2002.4312059.

5. Tao W., Song S., Zhang Y. [et al.]. Study on the electricfield characteristics of water tree region on the dry or wet condition in XLPE cables // 2016 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE). 2016. P. 1–4. DOI: 10.1109/ICHVE.2016.7800763.

6. Chen G., Tham C. H. Electrical treeing characteristics in XLPE power cable insulation in frequency range between 20 and 500 Hz // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2009. Vol. 16, no. 1. P. 179–188. DOI: 10.1109/TDEI.2009.4784566.

7. Gulski E., Putter H., Smit J. J. Investigation of water treeing — Electrical treeing transition in power cables // 2008 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis. China, 2008. P. 234–237. DOI: 10.1109/CMD.2008.4580270.

8. Chen X., Mantsch A. R., Gubanski S. M. [et al.]. Electrical treeing behavior of DC and thermally aged polyethylenes utilizing wire-plane electrode geometries // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2014. Vol. 21, no. 1. P. 45–52. DOI: 10.1109/TDEI.2013.004108.

9. Hauschild W., Lemke E. High-voltage test and measuring techniques. 2014. 505 p.

10. Knenicky M., Prochazka R., Hlavacek J. Partial Discharge Patterns during Accelerated Aging of Medium Voltage Cable System // 2018 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE). Greece, 2018. P. 1–4. DOI: 10.1109/ICHVE.2018.8641847.

11. Yuan Y., Lu G., Wang W. [et al.]. Dielectric loss and partial discharge test analysis of 10 kV XLPE cable // 2013 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. China, 2013. P. 124–127. DOI: 10.1109/CEIDP.2013.6747414.

12. Ahmed Z., Hussain G. A., Lehtonen M. [et al.]. Analysis of partial discharge signals in medium voltage XLPE cables // 2016 17th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE). Czech Republic, 2016. P. 1–6. DOI: 10.1109/EPE.2016.7521817.

13. Korobeynikov S. M., Ridel A. V., Medvedev D. A. [et al.]. Registration and simulation of partial discharges in free bubbles at AC voltage // IEEE Transactions On Dielectrics And Electrical Insulation. 2019. Vol. 26, no. 4. P. 1035–1042. DOI: 10.1109/TDEI.2019.007808.

14. Gómez F. Á., Albarracín-Sánchez R., Garnacho F. [et al.]. Diagnosis of insulation condition of mv switchgears by application of different partial discharge measuring methods and sensors // Sensors. 2018. Vol. 18, no. 3. P. 1–20. DOI: 10.3390/s18030720.

15. Deshpande A. S., Mangalvedekar H. A., Cheeran A. N. Partial discharge analysis using energy patterns // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2013. Vol. 53. P. 184–195. DOI: 10.1016/j.ijepes.2013.04.015.

16. Liu S., Wang Y., Tian F. Prognosis of Underground Cable via Online Data-Driven Method with Field Data // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2015. Vol. 62, no. 12. P. 7786–7794. DOI: 10.1109/TIE.2015.2458300.

17. Bruning F. J., Campell A. M., Campbell F. J. [et al.]. Insulation aging from simultaneous mechanical strain, polymerchemical, and temperature interactions in // Conference Record of the 1992 IEEE International Symposium on Electrical Insulation. 1992. P. 74–78. DOI: 10.1109/ELINSL.1992.247048.

18. Celina M., Gillen K. T., Assink R. A. Accelerated aging and lifetime prediction: Review of non-Arrhenius behavior due to two competing processes // Polymer Degradation and Stability. 2005. Vol. 90, no. 3. P. 395–404. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2005.05.004.