Инфракрасное диагностирование разрядников - Тепловизионная диагностика многоэлементного разрядника при разгерметизации

Рассмотрим диагностику многоэлементного разрядника при разгерметизации элемента, приведшей к его увлажнению, для чего обратимся к рис. 1а. Как видно из него, в нормальном режиме работы разрядника, через последовательно соединенные рабочие (Rp) и шунтирующие (Rui) сопротивления элемента протекает ток утечки 1у. Этот ток вызывает в них Джоулевы потери, которые нагревают сопротивления:
Рр = (Iy)2*Rp; Рш = (Iy)2*Rni. (1)
Поскольку Rp « Rui, то Рр « Рш, следовательно, заметный нагрев поверхности элемента будет только в районе расположения шунтирующих сопротивлений, которые навешиваются на блоки искровых промежутков (рис. 1б).
При анализе различных дефектов элемента разрядника удобно рассматривать вид огибающих температурных профилей (термопрофилограмм) поверхности элемента. Огибающая термопрофилограммы наиболее близко отражает тепловое состояние внутренних частей элемента разрядника, т. к. отражает температуры впадин между ребрами фарфоровой покрышки элемента, а эти впадины наиболее близко находятся к внутренним частям элемента; кроме того, огибающая термопрофилограммы игнорирует "волнистость" температурного профиля поверхности элемента из-за наличия ребер на его фарфоровой покрышке.
В данном случае, огибающая поверхности термопрофилограммы по продольной оси исправного элемента разрядника изображена на рис. 1в утолщенной линией. Очевидно, что наибольшая температура поверхности элемента имеется в месте расположения центра блока искровых промежутков и по мере перемещения к краям элемента, она будет приближаться к температуре окружающей среды, сравниваясь с ней у его краев.
При потере элементом герметичности происходит увлажнение и окисление его внутренних деталей (сопротивлений, искровых промежутков, внутренней поверхности фарфоровой покрышки). Пленка влаги и окислов в той или иной мере шунтирует элемент, при этом ток через шунтирующие сопротивления Rui значительно уменьшается (большая часть тока проходит через пленку влаги и окислов), вследствие чего нагрев поверхности элемента тоже уменьшается, приближаясь в пределе к температуре окружающей среды и огибающая температурного профиля его поверхности по продольной оси выравнивается (тонкая линия на рис. 1в). При этом выполняется соотношение:
ДТн » ДТд, (2)
где: ДТн = Тн - Токр. — максимальное превышение температуры поверхности исправного элемента в месте расположения блока искровых промежутков по отношению к температуре окружающего воздуха;
ЛТд = Тд - Токр. — максимальное превышение температуры поверхности дефектного элемента в месте расположения блока искровых промежутков по отношению к температуре окружающего воздуха.

Таким образом, тепловые картины исправного и увлажненного элементов будут значительно отличаться и, в соответствии с выражением (2), могут служить диагностическим признаком для выявления увлажненного элемента.
Кроме того, при внутреннем увлажнении одного или нескольких элементов одной и той же фазы разрядника, ток через исправные элементы (соединенные последовательно с увлажненным) этой же фазы пропорционально увеличится. Вследствие этого, нагрев исправных элементов дефектной фазы будет больше, чем нагрев элементов соседней "здоровой" фазы. Например, если в фазе "В" разрядника имеется увлажненный элемент, а в фазе "А* все элементы исправны, будет выполняться соотношение:
ДТнв > ДТиА, (3)
где: ДТнв — максимальное превышение температуры по отношению к температуре окружающей среды поверхности исправных элементов дефектной фазы "В";
ДТнА — максимальное превышение температуры по отношению к температуре окружающей среды поверхности исправных элементов "здоровой" фазы "А".
Таким образом, на основании соотношения (3) можно выявить дефектную фазу, а потом, пользуясь выражением (2) уточнить месторасположение увлажненного элемента.

На практике выявление увлажненного элемента в большинстве случаев значительно упрощается, т.к. он заметно выделяется при рассмотрении тепловой картины фазы в целом.
В качестве примера, приведем реальный случай выявления увлажненного элемента в разряднике РВМ-330, защищающего автотрансформаторную группу. На рис. 2а, б приведены термограммы фазы разрядника в целом и элементов 6, 7 и 8 (более крупно), при этом для удобства привязки, на том же рисунке приведена схема расположения элементов в фазе и результаты обработки термограмм. На них отчетливо виден более холодный (на термограммах более темный) элемент 7, выше и ниже которого расположены более теплые (светлые) элементы 6 и 8. Для сравнения, на рис. 51а, б приведена термограмма и результаты ее обработки для "здоровой" фазы этого же разрядника.
Из рассмотрения и анализа рис. 2а, б можно сделать следующие выводы:

1. максимальное превышение температуры поверхности элементов в "здоровой" фазе разрядника наблюдается в центре расположения блока искровых промежутков (шунтирующих сопротивлений). Оно колеблется в пределах от 15% до 27% от температуры окружающей среды; максимальный перегрев исправных элементов дефектной фазы при этом колеблется в пределах от 31% до 42% от температуры окружающей среды, т. е. выполняется соотношение (14-10);
2. максимальное превышение температуры поверхности элемента с предполагаемым увлажнением (в данном случае оно равно 0% от температуры окружающей среды) значительно ниже, чем максимальный перегрев поверхности любого из исправных элементов в этой же фазе, т. е. выполняется соотношение (1).

После тепловизионного контроля разрядник был выведен из работы для проведения внеочередных испытаний, которые показали (см. таблицу 2) значительное снижение сопротивления изоляции элемента 7 и увеличение его тока утечки выше допустимых норм. Разборка элемента показала обширное увлажнение и коррозию внутренних деталей его конструкции.

Таблица 2. Результаты испытаний и осмотра при ревизии разрядника РВМГ-330, забракованного по результатам термографического обследования (см. рис. 1)

а) термограмма фазы разрядника б) термограмма элементов 6, 7 и 8

в) схема расположения элементов с результатами обработки термограмм
Рис. 2. Результаты диагностики разрядника РВМГ-330 (фаза с дефектным элементом)

б) схема расположения элементов с результатами обработки термограмм
Рис. 3. Результаты диагностики разрядника РВМГ-330 (фаза с исправными элементами)