[go: up one dir, main page]

RU2222002C2 - Способ оценки степени термического старения изоляционной бумаги - Google Patents

Способ оценки степени термического старения изоляционной бумаги Download PDF

Info

Publication number
RU2222002C2
RU2222002C2 RU2001124935/28A RU2001124935A RU2222002C2 RU 2222002 C2 RU2222002 C2 RU 2222002C2 RU 2001124935/28 A RU2001124935/28 A RU 2001124935/28A RU 2001124935 A RU2001124935 A RU 2001124935A RU 2222002 C2 RU2222002 C2 RU 2222002C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
luminescence
paper
degree
aging
ageing
Prior art date
Application number
RU2001124935/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001124935A (ru
Inventor
М.Ю. Шувалов
Ю.В. Образцов
В.Л. Овсиенко
М.С. Корсакова
А.В. Ромашкин
Л.Н. Газизова
Original Assignee
Открытое акционерное общество Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности filed Critical Открытое акционерное общество Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности
Priority to RU2001124935/28A priority Critical patent/RU2222002C2/ru
Publication of RU2001124935A publication Critical patent/RU2001124935A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2222002C2 publication Critical patent/RU2222002C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области испытаний изоляционной бумаги. Способ включает снятие спектра люминесценции образцов бумаги, подвергнутых дополнительному термостарению в диапазоне 100-180oС, причем возбуждение люминесценции выполняют световым потоком из интервала длин волн 250-500 нм, а испускание регистрируют в диапазоне 300-700 нм, измерение интенсивности люминесценции и построение кривых зависимости люминесценции от времени ускоренного старения при разных температурах, из которых определяют значения константы скорости убывания люминесценции К. Из соотношения K=A•exp(-W/RT) определяют значения множителя А, эффективной энергии активации W и константу скорости старения Кэ, соответствующую температуре эксплуатации. Затем определяют остаточный ресурс τост по соотношению τост = 1/Kэ•ln(It/Iпр), где Iпр - минимально допустимое значение интенсивности люминесценции, соответствующее предельному состоянию бумаги, It - значение интенсивности люминесценции, соответствующее исходному состоянию, для которого оценивается степень старения. О степени старения судят по доле израсходованного ресурса. Технический результат - повышение достоверности определения степени старения. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области испытаний изоляционных материалов, в частности изоляционной бумаги, методом люминесцентного анализа и может быть использовано, например, для оценки остаточного ресурса и степени старения маслонаполненного кабеля.
Основу кабельных сетей высокого напряжения в России составляют кабели с бумажной изоляцией, пропитанной маслом под давлением. У большой части кабельных линий израсходована значительная часть фактического ресурса (а у некоторых линий израсходован назначенный ресурс), поэтому задача оценки степени старения и остаточного ресурса для них весьма актуальна. Одним из основных направлений в решении указанных задач является обследование бумажных лент, составляющих изоляцию.
Наиболее традиционным способом такого обследования является определение механических свойств лент (прочности на разрыв, эластичности) [Head J.G., Gale F. S., Lawson W.G. Effects of high temperatures and electric stress on the degradation of oil-filled cable insulation. IEE 3rd International conference on dielectric materials, measurements and applications. 1979, Birmingham, UK, p. 56-60].
Этот метод имеет следующие недостатки.
Механические характеристики бумаг имеют большой разброс [Diagnostic methods for high voltage cable systems. CIGRE, 1996, 15/21/33-05, 10 р.], факт исчерпания ресурса по этим характеристикам устанавливается достаточно произвольно [Diagnostic methods for HV paper cables and accessories. ELECTRA # 176, 1998, p. 25-51].
Так как воздействующие факторы, в первую очередь температура, характеризуются радиальным градиентом, для достоверной диагностики требуется значительный объем изоляции, который не всегда доступен.
Более эффективным средством диагностики является измерение степени полимеризации бумаги (СП) [Singh L., Morel О.Е., Singh S.К. The development of an aging model to estimate the residual life of oil-paper transmission cables in the United States. CIGRE 1998, 15-201, 7р.]. Этот способ имеет удовлетворительную воспроизводимость и не требует значительного количества материала. Кроме того, он позволяет более объективно оценивать близость состояния изоляции к предельному.
Однако он отличается большой трудоемкостью. Для определения СП одной пробы требуется ее химическая обработка в течение 18 часов [IEC Publication 450. Measurement of the average viscometric degree of polymerization of new and aged electrical papers. 1974, 27 p.].
Необходимо отметить, что явление старения сложно, складывается из целого ряда физико-химических процессов и для его характеристики одного-двух чисел, которые могут быть получены в результате измерения механических параметров и СП вообще говоря, недостаточно.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ оценки степени термического старения изоляционной бумаги путем ее люминесцентного анализа, заключающийся в том, что его проводят по наблюдению спектра люминесценции, вызванной облучением бумаги ультрафиолетовыми лучами, причем степень термического разрушения определяют по величине смещения спектра люминесценции этой бумаги в более длинноволновую область с использованием калибровочного графика (авторское свидетельство СССР 125392? кл. G 01 N 21/64, 1959).
Недостаток способа - малая конкретность. Отсутствуют данные по спектральным диапазонам возбуждения и регистрации, не приводится калибровочный график, необходимый для определения степени деструкции, не приводятся и методы его построения. Кроме того, согласно данным экспериментов смещение спектра люминесценции в более длинноволновую область, положенное в основу этого способа, происходит далеко не при всякой длине волны возбуждения (оно не имеет места, например, для ультрафиолетовой люминесценции). Наконец, способ не позволяет оценивать остаточный ресурс изоляции.
Поставленная задача состояла в разработке способа оценки степени термического старения изоляционной бумаги, позволяющего повысить достоверность определения степени старения и оценить, кроме того, остаточный ресурс кабеля, содержащего испытываемую бумагу в качестве материала изоляции.
Технический результат достигается тем, что в способе оценки степени термического старения изоляционной бумаги путем возбуждения люминесценции световым потоком и исследования спектра люминесценции предварительно снимают спектр люминесценции образца бумаги в исходном состоянии, для которого определяется степень старения, и подвергают дополнительному термическому старению образцы бумаги при различных температурах в диапазоне 100-180oС, после чего снимают спектры люминесценции, причем возбуждение люминесценции выполняют световым потоком со спектральным интервалом из диапазона 250-500 нм, а испускание регистрируют в диапазоне 300-700 нм, измеряют интенсивность люминесценции в спектральной области максимума люминесценции бумаги в исходном состоянии или интегральную интенсивность люминесценции, строят кривые зависимости люминесценции от времени старения при разных температурах, из которых определяют значения константы скорости убывания люминесценции К, из которых в свою очередь по соотношению
Figure 00000002

где Т - абсолютная температура бумаги при испытаниях или эксплуатации и R - универсальная газовая постоянная, определяют значения предэкспоненциального множителя А, и эффективной энергии активации W, и константу скорости старения Кэ, соответствующую температуре эксплуатации, и определяют остаточный ресурс τост по соотношению
Figure 00000003

где It - значение интенсивности люминесценции, соответствующее исходному состоянию, Inp - минимально допустимое значение интенсивности люминесценции, соответствующее предельному состоянию бумаги, и о степени старения судят по доле израсходованного ресурса.
Способ заключается в следующем.
Возбуждение люминесценции выполняется световым потоком из спектрального диапазона 250-500 нм. В частности, если в качестве источника света используется ртутная дуговая лампа, то рекомендуемые спектральные интервалы и линии таковы: 250-285, 334, 365, 450-480 нм. При этом испускание следует регистрировать в диапазоне 300-700 нм; для приведенных интервалов и линий возбуждения соответствующие интервалы регистрации таковы: 300-500 нм, 400-700 нм (для линий возбуждения 334 и 365 нм), 500-700 нм соответственно.
Измерения интенсивности люминесценции следует производить в той спектральной области, в которой имеют место наибольшие различия между спектрами бумаг в исходном состоянии и с различными степенями старения, как правило в области максимума люминесценции бумаг в исходном состоянии. Допустимо также выполнять оценки состояния изоляции по интегральным значениям сигнала люминесценции.
Интенсивность люминесценции хорошо коррелирует с СП. На основании этого установлено, что предельное значение интенсивности составляет 30-50% от того, которое имеет место в отсутствии старения, в зависимости от типа бумаги и используемого спектрального диапазона.
Нами установлено, что в процессе термического старения интенсивность люминесценции убывает со временем экспоненциально и что константа скорости этого процесса зависит от температуры по закону Аррениуса. Эти факты позволяют использовать для оценки остаточного ресурса соотношения (1) и (2).
При этом константу скорости убывания люминесценции К следует определять путем испытаний коротких отрезков кабеля или образцов бумаги на ускоренное старение при температурах 100-180oС.
Выбор диапазона температур, при которых следует выполнять испытания на ускоренное старение, диктуется требованием сохранения механизма термического старения, который имеет место в эксплуатации. Критерием изменения этого механизма при повышении температуры является появление пространственной микронеоднородности люминесценции, т.е. образование в бумаге микроучастков с меньшей по сравнению с окружающим материалом люминесценцией.
Долю израсходованного ресурса определяют как отношение наработки t к сумме наработки и остаточного ресурса
доля израсходованного ресурса =
Figure 00000004

Наблюдение и регистрацию люминесценции целесообразно выполнять на микроспектрофлуориметре, т. е. на приборе, обладающем высоким пространственным разрешением. Это позволяет определять предельное состояние не только по интенсивности люминесценции (что обеспечивается и на макроспектрофлуориметре). В том случае, если будет обнаружена значительная пространственная неоднородность люминесценции, т.е если бумага состоит из чередующихся участков с относительно большой и малой люминесценцией (и относительные отличия достигают 4 крат), состояние изоляции следует квалифицировать как предельное, вызванное значительным перегревом.
При использовании видимой люминесценции определить степень близости состояния изоляции к предельному можно также, используя характеристику формы спектра, определяемую соотношением:
Figure 00000005

где длины волн λ1 и λ2 находятся в диапазонах 490-500 и 550-600 нм соответственно. Предельное значение спектральной характеристики (3) составляет 0,2-0,1, т.е. при СХ≤0,1-0,2 состояние изоляции предельное.
Если же на бумаге обнаруживаются участки, у которых люминесценция вообще отсутствует, то это доказывает, что изоляция подвергалась действию электрических разрядов и также находится в предельном состоянии.
Кабельные бумаги, находясь в составе изделия, приобретают спиральную форму, что затрудняет проведение измерений, т.к. в фокусе объектива измерительного прибора оказывается лишь малый участок бумажной ленты. Этот недостаток может быть преодолен путем применения контактных объективов, выравнивающих поверхность исследуемого объекта.
Изложенное поясним следующими примерами.
1) Маслонаполненный кабель на напряжение 110 кВ отработал в эксплуатации 20 лет. Отрезок этого кабеля длиной 1,6 м был разделен на 10 образцов одинаковой длины. Один образец был использован для определения исходного состояния изоляции, девять образцов были использованы для определения параметров температурной зависимости коэффициента скорости старения (т.е. убывания люминесценции) путем испытаний на ускоренное старение и последующих измерений спектров люминесценции. Торцы образцов сразу после разделки запаивались, в один из торцов впаивалась трубка - расширитель. Старение производилось при температурах 100, 120, 140oС. Времена съема образцов с испытаний составили:
при температуре 100oС: 16050 ч,
при температуре 120oС: 5648 и 10830 ч,
при температуре 140oС: 1150, 2590, 3930 и 5374 ч.
После снятия каждого образца с испытаний он вскрывался, из бумажных лент экстрагировалось кабельное масло и измерялись спектры люминесценции лент. Измерения выполнялись с помощью микроспектрофлуориметра, собранного на базе микроскопа ЛЮМАМ Р-8. В качестве источника света использовалась ртутная лампа ДРШ 250-2, из спектра излучения которой выделялось возбуждающее излучение с длиной волны 365 нм. Это излучение с помощью светоделительного зеркала направлялось в объектив с увеличением 10 и числовой апертурой 0,3, выполняющий одновременно и роль конденсора. Свет люминесценции через этот объектив и фотометрическую диафрагму - зонд поступал на дифракционную решетку монохроматора, имеющую 600 штрихов/мм. Световой сигнал, разложенный монохроматором в спектр, направлялся на фотокатод фотоэлектронного умножителя Hamamatsu R 928 и после аналогово-цифрового преобразования заносился в память ЭВМ.
На фиг. 1 приведена зависимость относительной интенсивности люминесценции, измеренной на длине волны 490 нм, от времени старения при разных температурах испытаний. При построении фиг.1 значения интенсивности люминесценции представлялись в долях от величины It, соответствующей наработке 20 лет. В свою очередь It составляет 90% от значения, соответствующего кабелю в состоянии поставки, не подвергавшемуся сколько-нибудь значительным термическим воздействиям.
На основе полученных опытных данных найдены следующие значения коэффициентов:
Figure 00000006
Figure 00000007

Величины констант скоростей К при различных температурах испытаний, а также параметры А и W определяются из опытных данных методом наименьших квадратов или каким-либо иным известным способом.
Оценка остаточного ресурса в виде его зависимости от температуры показана на фиг.2.
Полученные результаты позволяют оценивать степень старения, определяемую как отношение наработки изделия к сумме наработки и остаточного ресурса. Так, если дальнейшая эксплуатация кабеля будет происходить при температуре 80oС, то в соответствии с фиг.2 степень старения составит 20/(20+32)=38,5%.
2) После длительной эксплуатации отказала кабельная линия, оснащенная кабелем с алюминиевой оболочкой - произошел пробой соединительной муфты. Во внешних слоях бумажных лент были обнаружены местные потемнения, отличающиеся значительной микрогетерогенностью интенсивности люминесценции. Спектры люминесценции более темных и относительно светлых микрообластей приведены на фиг.3. И по отношению максимумов в распределениях интенсивности (оно достигает 6) и по величине спектральной характеристики (3), равной 0,12, при λ1 = 500 нм и λ2 = 560 нм состояние изоляции является предельным. Причиной отказа послужило местное воздействие высокой температуры, связанное, скорее всего, с нарушением технологии монтажа (лужения, пайки).

Claims (1)

  1. Способ оценки степени термического старения изоляционной бумаги путем возбуждения люминесценции световым потоком и исследования спектра люминесценции, отличающийся тем, что предварительно снимают спектр люминесценции образца бумаги в исходном состоянии, для которого определяется степень старения, и подвергают дополнительному термическому старению образцы бумаги при различных температурах в диапазоне 100-180°С, после чего снимают спектры люминесценции, причем возбуждение люминесценции выполняют световым потоком со спектральным интервалом из диапазона 250-500 нм, а испускание регистрируют в диапазоне 300-700 нм, измеряют интенсивность люминесценции в спектральной области максимума люминесценции бумаги в исходном состоянии или интегральную интенсивность люминесценции, строят кривые зависимости люминесценции от времени старения при разных температурах, из которых определяют значения константы скорости убывания люминесценции К, из которых в свою очередь по соотношению
    Figure 00000010
    где Т - абсолютная температура бумаги при испытаниях или эксплуатации;
    R - универсальная газовая постоянная,
    определяют значения предэкспоненциального множителя А и эффективной энергии активации W, и константу скорости старения Кэ, соответствующую температуре эксплуатации, и определяют остаточный ресурс τост по соотношению
    Figure 00000011
    где It - значение интенсивности люминесценции, соответствующее исходному состоянию;
    Iпр - минимально-допустимое значение интенсивности люминесценции, соответствующее предельному состоянию бумаги,
    и о степени старения судят по доле израсходованного ресурса.
RU2001124935/28A 2001-09-12 2001-09-12 Способ оценки степени термического старения изоляционной бумаги RU2222002C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001124935/28A RU2222002C2 (ru) 2001-09-12 2001-09-12 Способ оценки степени термического старения изоляционной бумаги

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001124935/28A RU2222002C2 (ru) 2001-09-12 2001-09-12 Способ оценки степени термического старения изоляционной бумаги

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001124935A RU2001124935A (ru) 2003-07-20
RU2222002C2 true RU2222002C2 (ru) 2004-01-20

Family

ID=32090356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001124935/28A RU2222002C2 (ru) 2001-09-12 2001-09-12 Способ оценки степени термического старения изоляционной бумаги

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2222002C2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2371683C1 (ru) * 2008-04-10 2009-10-27 Владимир Константинович Козлов Способ определения степени деградации твердой изоляции маслонаполненных аппаратов
RU2647224C1 (ru) * 2016-10-24 2018-03-14 Публичное акционерное общество "Межрегиональная распределительная сетевая компания Волги" Способ оценки состояния бумажной изоляции маслонаполненных электрических аппаратов
GB2587642A (en) * 2019-10-03 2021-04-07 Quantum Base Ltd Deriving information from an optically readable security element

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU125392A1 (ru) * 1959-05-14 1959-11-30 М.З. Гаврилов Способ люминесцентного анализа
US5486904A (en) * 1990-12-18 1996-01-23 Basf Aktiengesellschaft Method for determining resin particles in paper stocks
EP0703451A2 (en) * 1994-09-26 1996-03-27 Nalco Chemical Company Monitoring process fluids in papermaking systems
RU2069356C1 (ru) * 1991-11-11 1996-11-20 Отдел автоматизации и технической физики Иркутского научного центра СО РАН Способ ускоренного определения качества материала или продукта

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU125392A1 (ru) * 1959-05-14 1959-11-30 М.З. Гаврилов Способ люминесцентного анализа
US5486904A (en) * 1990-12-18 1996-01-23 Basf Aktiengesellschaft Method for determining resin particles in paper stocks
RU2069356C1 (ru) * 1991-11-11 1996-11-20 Отдел автоматизации и технической физики Иркутского научного центра СО РАН Способ ускоренного определения качества материала или продукта
EP0703451A2 (en) * 1994-09-26 1996-03-27 Nalco Chemical Company Monitoring process fluids in papermaking systems

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2371683C1 (ru) * 2008-04-10 2009-10-27 Владимир Константинович Козлов Способ определения степени деградации твердой изоляции маслонаполненных аппаратов
RU2647224C1 (ru) * 2016-10-24 2018-03-14 Публичное акционерное общество "Межрегиональная распределительная сетевая компания Волги" Способ оценки состояния бумажной изоляции маслонаполненных электрических аппаратов
GB2587642A (en) * 2019-10-03 2021-04-07 Quantum Base Ltd Deriving information from an optically readable security element
US11562611B2 (en) 2019-10-03 2023-01-24 Quantum Base Limited Deriving information from an optically readable security element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5241184A (en) Apparatus and method for quantizing remaining lifetime of transmission cable insulation
US10209197B2 (en) Method for inspecting aging state of silicone rubber composite insulating material
EP3295530B1 (de) Hochspannungskabelgarnitur und verfahren zum herstellen einer hochspannungskabelgarnitur
KR100541996B1 (ko) 전기기기의 절연 진단방법
Ahmed et al. Analysis of partial discharge signals in medium voltage XLPE cables
EP0809799B1 (de) Verfahren und anordnung zur bestimmung der reinheit und/oder des drucks von gasen für elektrische lampen
Vakulenko et al. Features of the enameled wires insulation diagnosing by voltage
US5736655A (en) Method for evaluating a remaining life of a rotating machine coil
RU2222002C2 (ru) Способ оценки степени термического старения изоляционной бумаги
US3821640A (en) Method and apparatus for accelerated testing of power cable insulation for susceptibility to treeing
Wada et al. Method to evaluate the degradation condition of transformer insulating oil-establishment of the evaluation method and application to field transformer oil
JP2000241351A (ja) 蛍光分析装置を用いた架橋ポリエチレンの劣化診断方法
De Maria et al. Frequency dielectric spectroscopy and an innovative optical sensor to assess oil-paper degradation
JPS6159242A (ja) 絶縁物の劣化診断方法
Chmura et al. Life curves for new and thermally aged oil-impregnated paper insulation
JPH07260688A (ja) 蛍光を用いたポリマー材料の劣化診断方法
Neettiyath et al. Life expectancy estimation of thermally aged Cu contaminant-diffused oil impregnated pressboard
Markova et al. Fluorescence method for quick transformer oil monitoring
Robalino et al. Evaluation of Distribution Class Transformers Using Narrow Band Dielectric Frequency Response Measurements
Chen et al. Laser Raman Spectroscopy applied in detecting dibenzyl disulfide in transformer oil
Wu et al. Aging diagnostics of power transmission cable insulation by fluorescence techniques
JP2002214121A (ja) 絶縁劣化診断方法
RU2371683C1 (ru) Способ определения степени деградации твердой изоляции маслонаполненных аппаратов
RU2807402C1 (ru) Способ диагностики высоковольтного импульсного конденсатора
Pohnan Voids and wax in solid high-voltage cables

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180913