Коронные разряды и тепловые аномалии: ультрафиолетовая и тепловизионная диагностика высоковольтного оборудования

Дефекты высоковольтного оборудования редко имеют одну и ту же причину. Они могут быть связаны как с воздействием сильного электрического поля, так и с нагревом при протекании тока. На практике эти механизмы часто действуют параллельно и по-разному проявляются на разных стадиях развития повреждения: одни дефекты в первую очередь сопровождаются разрядной активностью, другие — тепловыми потерями.

Чтобы корректно оценить состояние оборудования, важно понимать характер развития дефектов и методы их выявления. Технологии диагностики фиксируют различные физические проявления повреждений, поэтому их раздельное использование не даёт полной картины. Сопоставление данных, полученных несколькими методами, помогает точнее определить тип и стадию развития повреждения.

Далее рассмотрим особенности ультрафиолетовой и тепловизионной диагностики высоковольтного оборудования.

Разные механизмы повреждения — разная картина при диагностике

Развитие дефектов в высоковольтных сетях происходит по нескольким сценариям. Коронный разряд и другие явления, связанные с воздействием электрического поля, появляются в зонах повышенной напряжённости. Повреждения, связанные с протеканием тока, возникают из-за роста сопротивления с последующим выделением тепла.

Ультрафиолетовые (УФ) и тепловизионные инфракрасные (ИК) системы регистрируют физические проявления дефектов. Ультрафиолетовая визуализация фиксирует разрядную активность, возникающую при воздействии электрического поля, тогда как тепловизионный контроль выявляет рост температуры из-за резистивных потерь.

Тепловизионный контроль: оценка последствий

Температурные аномалии возникают при переходе электрической энергии в тепловую, как правило, из-за роста сопротивления в токопроводящих соединениях. Чаще всего к росту сопротивления приводят ослабленные контактные соединения, износ соединительных узлов, перегрузка и ухудшение состояния внутренних элементов.

Заметный нагрев требует достаточной нагрузки, поэтому при её снижении даже серьёзные дефекты могут не проявляться в ИК-диапазоне. В результате тепловизионный контроль чаще фиксирует неисправности на поздней стадии развития, когда потери энергии становятся заметными.

Ультрафиолетовый контроль: поиск первопричины

В отличие от тепловизионного, ультрафиолетовый контроль визуализирует УФ-излучение, возникающее при ионизации воздуха под действием высокой напряжённости электрического поля. Когда локальная напряжённость электрического поля превышает электрическую прочность воздуха, возникает коронный разряд. Коронная активность сопровождается излучением в УФ-диапазоне, которое можно зарегистрировать даже при дневном освещении с помощью ультрафиолетовых камер, адаптированных для работы при солнечном свете. В отличие от тепловых аномалий, коронная активность не зависит от тока нагрузки. Она может возникать как при низкой нагрузке, так и при её отсутствии и служит индикатором ранней стадии развития дефекта, вызванного воздействием электрического поля.

Развитие дефектов и их обнаружение на разных стадиях

Дефекты высоковольтного оборудования развиваются по-разному. В зависимости от начальных условий они могут проявляться как электрические или тепловые аномалии либо их сочетание. Часто коронный разряд возникает раньше, чем становится заметен нагрев. В других случаях дефекты, связанные с повышенным сопротивлением, вызывают тепловые аномалии без сопутствующей разрядной активности.

ИК-изображение: аномалий не выявлено

УФ-изображение: зарегистрированы два коронных разряда

Механизмы, приводящие к развитию дефектов, могут действовать совместно. Длительная разрядная активность приводит к поверхностному трекингу и нагреву, а процессы, связанные с повышенным сопротивлением, изменяют геометрию элементов и усиливают локальную напряжённость электрического поля.

Сопоставление данных ультрафиолетового и тепловизионного контроля

При диагностике высоковольтного оборудования результаты УФ- и тепловизионных обследований по возможности анализируют совместно. Каждая технология чувствительна к определённому физическому процессу, а их сопоставление даёт более полную картину технического состояния.

УФ-излучение без тепловой аномалии обычно указывает на раннюю стадию воздействия сильного электрического поля, когда повреждение токопроводящих элементов ещё не получило развития. На этом этапе можно принимать профилактические меры.

Нагрев без УФ-излучения, как правило, свидетельствует о дефекте, связанном с повышенным сопротивлением в цепи протекания тока, например об ослабленном контактном соединении или локальной перегрузке.

Одновременное обнаружение УФ-излучения и нагрева в одной области говорит о повышенном риске. Такое сочетание признаков указывает на то, что воздействие напряжения затронуло токопроводящие элементы либо что повышенное сопротивление изменило локальное распределение электрического поля.

Мультиспектральный подход в диагностике высоковольтного оборудования

Эффективная диагностика опирается на данные из нескольких источников. Как правило, структурированный рабочий процесс включает:

1. визуальный осмотр для выявления механических дефектов и оценки условий окружающей среды;
2. обследование в УФ-диапазоне для обнаружения разрядной активности и оценки воздействия электрического поля;
3. тепловизионное обследование при соответствующей нагрузке для выявления резистивного нагрева;
4. сопоставление результатов для определения преобладающего механизма развития дефекта.

Для корректной интерпретации результатов и отслеживания изменений во времени важно фиксировать нагрузку, условия окружающей среды и параметры съёмки. На практике совместный анализ данных, полученных с помощью разных датчиков, делает оценку технического состояния оборудования более согласованной и достоверной.

Заключение

Ультрафиолетовая и тепловизионная диагностика не конкурируют между собой — каждая из этих технологий отражает различные аспекты состояния оборудования. УФ-контроль фиксирует воздействие электрического поля и разрядную активность на ранних стадиях формирования дефекта. Тепловизионный контроль выявляет нагрев, вызванный протеканием тока через участки с повышенным сопротивлением, который обычно появляется на более поздних стадиях.

Совместное применение УФ- и ИК-методов в сочетании с визуальным осмотром даёт более полное представление о состоянии оборудования на разных этапах развития дефекта, помогая принимать обоснованные решения по техническому обслуживанию и повышать надёжность энергосистемы.

* EPRI — Научно-исследовательский институт электроэнергетики США