TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACHFakulta elektrotechniky a informatiky

Mäsiarska 74, 041 20 KOŠICE

TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACHFakulta elektrotechniky a informatiky

Mäsiarska 74, 041 20 KOŠICE

UNIVERZÁLNE MODELY ČIASTKOVÝCH VÝBOJOV

prof. Ing. K. Marton, DrSc.; Ing. J. Balogh, PhD.; Ing. M. Boga; Ing. J. DŽMURA, PhD; Ing. Jaroslav PETRÁŠ

UNIVERZÁLNE MODELY ČIASTKOVÝCH VÝBOJOV

prof. Ing. K. Marton, DrSc.; Ing. J. Balogh, PhD.; Ing. M. Boga; Ing. J. DŽMURA, PhD; Ing. Jaroslav PETRÁŠ

• Úvod

• Teoretická interpretácia napäťového a prúdového modelu

• Univerzálny model čiastkových výbojov

• Viacčlánkové modely

• Záver

ÚvodÚvodDefinícia pojmu „Čiastkový výboj“ (IEC 60270:2000)-

-lokalizovaný elektrický výboj, ktorý len čiastočne

premosťuje izoláciu medzi vodičmi a ktorý sa môže alebo

nemusí objaviť v okolí vodiča

Výskyt a rozvoj čiastkových výbojovVýskyt a rozvoj čiastkových výbojov

Vnútorné

defekty

Vnútorné

defekty

• geometricky

symetrické

• dutiny alebo

cylindrické útvary

• geometricky

symetrické

• dutiny alebo

cylindrické útvary

Stromčekový výboj (treeing effect):Stromčekový výboj (treeing effect):

Povrchové výbojePovrchové výboje

Rozhranie pevná fáza – plyn (vzduch)Rozhranie pevná fáza – plyn (vzduch)

DD

EEEf 22

2

1

2

1

Vz

E

y

E

x

Ep zyx

1

Elektrická schéma vzorky s defektomElektrická schéma vzorky s defektom

A C

+

-

L

C k

Z m

Sam ple = vzorka

PDu q

d tu

TEORETICKÁ INTERPRETÁCIA NAPÄŤOVÉHO A PRÚDOVÉHO

MODELU

TEORETICKÁ INTERPRETÁCIA NAPÄŤOVÉHO A PRÚDOVÉHO

MODELU

C 3 C 1

C 2

U

U 2

U 1

C 3

C 2

C 1

R

GI

i

i2

i1

a) element kapacity s defektom

a) element kapacity s defektom

b) náhradný modelb) náhradný model

Základná schéma (Gemant, Philipoff)Základná schéma (Gemant, Philipoff)

Diferenciálna rovnica popisujúca dej vo výbojovom priestore napäťového moduluDiferenciálna rovnica popisujúca dej vo

výbojovom priestore napäťového modulu

0323121

32

i

CCCCCCR

CC

dt

di

po úprave0 Ki

dt

di

0

dtetfppF pt

dostanemeKteii 0

kde v prípade t=0 bude Kti eR

Ui

Nevýhoda: Nepoukazuje na dej v čele impulzu

Riešením operátorovými počtami a transformáciou

Modelovanie dejov priamo v dutine:PRÚDOVÝ MODELModelovanie dejov priamo v dutine:PRÚDOVÝ MODEL

E 0

R P

C

+

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

+ + + + + + + + + + + +

_ __

__

__

__

_

R P

R P

R P

a)

r1

r2

E 0C

+

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

+ + + + + + + + + + + +

_ __

__

__

__

_

--

--- - -- -- - --- - -- - - -

------

- ------ --

--

-

-

-- --

+--- - -+

----

--

-

- -- -

+

+

++

+

+---

-- -

-++

++

+

++ +

++++

++

+ +++ ++

+ + ++

+ + +++ +++ + +++ + ++

+ ++

+ +++ +++ ++ +

+

+

+

++

+

+

R

L

b)

r1

r2

1

2

0

11r

r

d

F

EE

1

2

01

2

max

11r

r

r

r

i

F

E

E

Pomery pred nasadením výboja

Po vzniku výboja

Obvod je rozšírený o mikroindukčnosť L, ktorá predstavuje dráhu výboja. Pre obvod napíšeme diferenciálnu rovnicu

01

idtCRi

dt

diL

ktorej riešením je ak korene 2 priebeh prúdového impulzu

2121

021tt

tt eeItieAeAti

Ďalšia analýza: i(0)=0 uc= -U0 - pred výbojom je na Cd

napätie U0Ďalšia podmienka je viazaná na i´(0) v bode t = 0

000 00

uRidt

diL

t

z čoho L

Ui 00

i

i (t)1

i(t)

1= 42

1

2

u (t)c

t 0

IN F L . B O D

-U 0

i (t)2

t

S ca le6 5 m V /d iv

T im e sc a le2 n s /d iv

Prúdový impulz strímrového výboja

Aperiodický priebeh impulzuČV získaného z prúdovéhomodelu

z podmienky di/dt = 0, pričom I0 0 bude:

2

1

21

21 ln

mt

UNIVERZÁLNY MODEL ČIASTKOVÝCH VÝBOJOVUNIVERZÁLNY MODEL ČIASTKOVÝCH VÝBOJOV

Defektné miesto je nahradené iskriskom

a) elektródový systém b) spektrálna analýza

Detailný pohľad na usporiadanie elektród

Objem plynom vyplneného priestoru: V = 1,38.10-9 m3;d = 450μm

Energia elektrického poľa medzi elektródami v prípadeC0 = 0,19 pF a pri fiktívnych napätiach U = 10 – 100 – 1000 Vbude: W1 9,465.10-12 Ws; 59 MeV

W2 9,465.10-10 Ws; 5,9GeVW3 9,465.10-8 Ws; 0,59TeV

A k tiv ita č ia stk o v ý ch v ý b o jo v p r i v y šších tep lo tá ch(E x p er im en t)A k tiv ita č ia stk o v ý ch v ý b o jo v p r i v y šších tep lo tá ch(E x p er im en t)

C K

Z m

Napäťový model (modifikovaný Böningom)Napäťový model (modifikovaný Böningom)

uu

u u

u u

A BC

C

C C

C

ii

T S 1

T S 2

R

R

R

R

G I

t= 0

33

55

44

4

4 1

1

11

2

2

2

3 D IG .O S C .

xx

Rozšírený náhradný obvod prvku vzduchovej dutinyTS1, TS2- toroidná sonda

Priebeh napäťových relaxácií a prúdových impulzov snímaných digitálnym osciloskopom

Priebeh napäťových relaxácií a prúdových impulzov snímaných digitálnym osciloskopom

Prúdový model defektného miestaPrúdový model defektného miesta

C

C

C12

R

R

G I

n 3

D IG .O S C .

u K S

xx

Priebeh napäťového a prúdového signálu z digitálneho osciloskopuPriebeh napäťového a prúdového signálu z digitálneho osciloskopu

Príklad fázového rozloženia čiastkových výbojovPríklad fázového rozloženia čiastkových výbojov

VIACČLÁNKOVÉ MODELYVIACČLÁNKOVÉ MODELY

Model s kapacitným premostením

Mnohočlánkový model podľa KučinskéhoMnohočlánkový model podľa Kučinského

Oba modely umožňujú použiť toroidnú sondu na snímanie napäťových, prip. prúdových impulzov

VIACČLÁNKOVÝ MODEL VINUTIAVIACČLÁNKOVÝ MODEL VINUTIA

S ta to ro v ý p le c h

V n ú to rn á o c h ra n ap ro ti v ý b o jo m

Iz o lá c ia

P o lo v o d iv á o c h ra n ap ro ti v ý b o jo m

Vo n k a jš ia o c h ra n a p ro ti v ý b o jo m

C u v o d ič

VN točivý strojDetail statorového vinutia

Kapacitno- odporový modelKapacitno- odporový model

R ´ R d xC H

C I

S te n a d rá ž k y

V z d u c h o v á m e d z e ra

P o lo v o d iv á o c h ra n a

Iz o lá c ia

C u v o d ič

T S

xx

xx

s u p e rp o z íc iev ý b o jo v

ZÁVERZÁVER

Vysoká stabilita modelovAplikovateľnosť pri teplotách od -15°C do 100°CVysoká citlivosť U a I modelovSnímanie signálov: TS; KS a galvanicky Privedenie výpovedeschopnej veličiny cez A/D prevodník do počítača

Ďakujem za pozornosťĎakujem za pozornosť