Испытательный трансформатор без частичных разрядов

Когда говорят про испытательные трансформаторы без частичных разрядов, многие сразу думают о каких-то сверхтехнологиях или абсолютном нуле в протоколах. На практике же, если копнуть, часто оказывается, что под этой формулировкой скрывается просто качественный, грамотно спроектированный и собранный аппарат, который нормально прошел приемо-сдаточные испытания. Но вот это ?нормально? — и есть вся соль. Потому что требования к уровню частичных разрядов (ЧР) для разных классов напряжения и разных условий эксплуатации — вещь неоднозначная. Бывало, привозили нам трансформатор, заявленный как ?без ЧР?, а на объекте при первом же включении на номинале в затемненном помещении видно свечение по юбке. Или в накладных красуется PDIV ≥ 1.5 Uном, а по факту на 1.2 уже начинается нестабильный рост. Так что мое глубокое убеждение: ключевое здесь не громкое название, а понимание, как и при каких условиях этот параметр был верифицирован, и главное — как он будет вести себя в реальной жизни, не в лаборатории с идеальным воздухом, а, скажем, в сыром подвале распределительного устройства или на открытой подстанции при моросе.

От теории к практике: где кроются подводные камни

В теории все гладко: используешь специальную изоляцию, тщательную пропитку, избегаешь острых кромок и полостей — и получаешь трансформатор с пренебрежимо низким уровнем частичных разрядов. На деле же начинается с материалов. Вот, например, эпоксидные системы. Казалось бы, отработанная технология. Но партия смолы может чуть отличаться по вязкости, температура в цехе при заливке упала на пару градусов — и вот уже в толще изоляции или на границе ?жила-изоляция? формируются микротрещины или раковины, которые станут очагами ЧР при повышенном напряжении. Или классика жанра — контакты и соединения внутри бака. Их часто недооценивают, концентрируясь на обмотках. А ведь плохо обжатый наконечник отводящего провода или неотполированная внутренняя поверхность электрода системы экранирования могут стать источником проблем, которые проявятся не сразу, а через сотни часов работы.

Опыт подсказывает, что один из самых критичных этапов — это не столько производство, сколько испытания готового изделия. Многие производители проводят тесты на ЧР по упрощенной схеме, в идеальных условиях. Но мы-то знаем, что трансформатор потом будет работать в связке с кабелем, с другим оборудованием, которое само может быть источником помех. Поэтому для нас всегда был важен комплексный подход. Я помню, как на одном из объектов для КРУЭ 110 кВ требовался именно такой, ?чистый? трансформатор. Заказчик долго выбирал и в итоге остановился на оборудовании от ООО Ухань Мусен Электрик. На их сайте https://www.msdq.ru как раз указано, что они производят в том числе и высоковольтные установки для испытаний на частичные разряды. Это важный момент — компания, которая сама делает контрольно-измерительную аппаратуру для ЧР, обычно более вдумчиво подходит к проектированию самих испытуемых объектов, в нашем случае — трансформаторов. Они понимают процесс изнутри.

Что еще часто упускают? Режим работы. Трансформатор может показывать отличные результаты при кратковременном приложении испытательного напряжения, но что будет при длительной нагрузке, когда температура активной части растет? Термические напряжения в изоляции могут привести к расшатыванию связок и появлению тех самых микроразрядов. Поэтому настоящая проверка — это не только стандартный тест по ГОСТ или МЭК, но и длительная выдержка на уровне, скажем, 1.1-1.2 от рабочего напряжения, с мониторингом тенденции. Иногда тишина в первые полчаса обманчива.

Кейс из реальности: не все, что блестит

Хочу привести пример, который многому научил. Года три назад мы закупали партию испытательных трансформаторов 100 кВ для сервисной лаборатории. В спецификации было четко прописано: уровень частичных разрядов не более 5 пКл при 80 кВ. Пришел товар, с виду — монолит. Проводим приемку своими силами. Собираем схему, калибруем, подключаем. Напряжение плавно поднимаем. До 70 кВ — полная тишина, фон в пределах шумов. На 75 кВ — появляются единичные всплески, но в пределах допуска. На 80 кВ — начинается стабильный поток импульсов, явно превышающий 10 пКл. Стали разбираться. Оказалось, проблема была в конструкции выводов высокого напряжения. Производитель сэкономил на размерах экранирующих колец и радиусе закругления, создав зону повышенной напряженности поля. В лабораторных условиях производителя, видимо, фон был высокий, и эти разряды ?тонули? в нем. А в нашей экранированной камере они проявились во всей красе.

Этот случай заставил нас пересмотреть протокол приемки. Теперь мы всегда требуем не просто протокол испытаний, а детальное описание условий: какая измерительная система использовалась (ее полоса, чувствительность), как была откалибрована, каков был уровень фона в лаборатории. Абсолютные цифры без контекста — почти бесполезны. Кстати, после этого мы стали более пристально смотреть на предложения на рынке. И в каталогах ООО Ухань Мусен Электрик обратили внимание на то, что они делают акцент на применении своего оборудования в тяжелых условиях — горнодобывающий сектор, гидротехнические сооружения. Это косвенный признак того, что к стойкости изоляции и защите от внешних воздействий (влага, пыль) там подходят серьезно, а это прямым образом влияет и на стойкость к возникновению внутренних ЧР.

Что мы сделали с теми бракованными трансформаторами? Не стали их возвращать (сроки поджимали), а провели доработку своими силами. Установили дополнительные экраны из электропроводящей резины, залили проблемные узлы специальным компаундом. После доработки повторные испытания показали приемлемый результат. Но это, конечно, кустарщина. Идеальный вариант — когда такой необходимости не возникает вовсе.

Роль измерительного комплекса: нельзя доверять вслепую

Здесь хочется сделать важное отступление. Говоря о трансформаторах без ЧР, невозможно не говорить об аппаратуре, которая это подтверждает. Можно иметь идеальный продукт, но если измерительная система не откалибрована или настроена неправильно, можно либо пропустить дефект, либо, наоборот, забраковать хороший аппарат. Я всегда советую коллегам: если есть возможность, проводите сравнительные испытания с эталонным источником разрядов или участвуйте в сличениях. Мы, например, для особо ответственных заказов используем два независимых метода: классический, по импульсам тока, и акустический, для локализации. Бывает, электрический метод показывает некий фон, а акустика молчит — значит, возможно, это внешняя помеха. И наоборот.

В этом контексте мне импонирует подход, когда производитель, как ООО Ухань Мусен Электрик, предлагает комплекс. То есть они могут поставить и испытательный трансформатор, и резонансную испытательную систему для него, и оборудование для испытания на ЧР. Почему это хорошо? Потому что вся цепочка оптимизирована изначально. Схемы соединений, экранирование, согласование импедансов — все это продумано для совместной работы. Вероятность того, что трансформатор от такого производителя будет стабильно показывать низкий уровень ЧР именно в составе их же или рекомендованной ими системы, намного выше. Это не реклама, а наблюдение с рынка.

Еще один нюанс — питание. Качество испытательного напряжения тоже критично. Если на входе преобразователя или регулировочного автотрансформатора есть гармоники или провалы, это может индуцировать помехи, которые трудно отличить от истинных частичных разрядов в самом трансформаторе. Поэтому в идеале нужен или сетевой фильтр, или, что лучше, источник с чистой синусоидой на выходе. Частотно-регулируемые резонансные установки, кстати, здесь часто выигрывают, так как работают в узком диапазоне, настроенном на резонанс, где форма кривой обычно лучше.

Применение в отраслях: почему требования разнятся

Тут стоит вернуться к тому, для чего вообще нужен трансформатор без частичных разрядов. Сфера применения, указанная для оборудования компании — энергетика, транспорт, металлургия, химия, горнодобыча, гидротехника — это хорошая иллюстрация. В каждой из этих отраслей свои требования. В химической промышленности, например, может быть агрессивная атмосфера, которая со временем ухудшает состояние поверхности изоляторов, провоцируя поверхностные разряды. Значит, нужна не только внутренняя ?чистота?, но и усиленная защита внешней изоляции.

А вот для гидротехнических сооружений (скажем, для испытаний генераторов или кабелей на ГЭС) часто критична влажность. Трансформатор, который в сухой лаборатории показывает отличные результаты, в условиях повышенной влажности может начать ?фонить? по поверхности. Поэтому важно смотреть не на голые цифры из паспорта, а на то, проводились ли типовые испытания в условиях, приближенных к реальным, или, еще лучше, есть ли опыт эксплуатации в схожих условиях. Когда видишь, что продукция заявлена для таких разных и сложных секторов, это говорит о том, что производитель, вероятно, имеет широкую базу испытаний и адаптирует конструкции.

В транспортной отрасли, особенно в электроподвижном составе, добавляются вибрации. Постоянная тряска может ослабить механические крепления внутри бака, что опять-таки может привести к микросмещениям и возникновению разрядов. Поэтому для таких применений трансформатор должен быть не только электрически ?тихим?, но и механически прочным. И это опять к вопросу о комплексном подходе: мало сделать хорошую изоляцию, нужно обеспечить ее сохранность на протяжении всего срока службы.

Итоговые соображения: на что смотреть при выборе

Итак, подводя неформальный итог. Если вам нужен действительно надежный испытательный трансформатор без частичных разрядов, я бы советовал смотреть не на рекламные слоганы, а на детали. Во-первых, на методологию испытаний производителя. Запросите не просто сертификат, а развернутый протокол с осциллограммами, описанием фона, схемой подключения. Во-вторых, на конструктивные особенности: как выполнена система экранирования, какие материалы использованы для изоляции, как защищены выводы. В-третьих, на репутацию и опыт в смежных областях. Если фирма, как ООО Ухань Мусен Электрик, производит еще и тестеры диэлектрических потерь, и резонансные испытательные установки, это говорит о глубоком понимании высоковольтной диагностики в целом.

Не стесняйтесь задавать неудобные вопросы: ?А что будет, если трансформатор будет работать 8 часов подряд на номинале??, ?Как поведет себя изоляция при резком изменении температуры окружающей среды??, ?Проводились ли испытания с подключенным длинным кабелем??. Ответы на такие вопросы часто гораздо информативнее, чем заявленные в каталоге цифры.

В конце концов, идеальный трансформатор без ЧР — это не миф, но он стоит своих денег. И эти деньги платятся не за волшебную надпись, а за тщательный расчет, качественные материалы, контролируемое производство и, что крайне важно, за честные и полные приемо-сдаточные испытания. Искать нужно именно такой баланс между заявленными параметрами и реальной, подтвержденной практикой надежностью. Все остальное — просто слова на бумаге.