Ежегодно мировая экономика теряет миллиарды долларов из-за повреждений линий электропередач. По статистики, каждая вторая авария на энергосетях происходит по вине повреждений изоляции в том числе в соединительных и концевых кабельных муфтах. В большинстве случаев виной тому физическое старение оболочек или производственный брак. Но существует и более коварная причина – частичный разряд.
Частичный разряд диагностируется в настоящее время ниже поименованными методами, но проявляются на физическом плане в любом случае и при любых условиях как механические колебания, вызванные электрическими разрядами.
Сегодня известны следующие методы обнаружения частичных разрядов как:
- электрический;
- электромагнитный, или дистанционный, СВЧ-метод;
- акустический;
- химический;
- оптический, или оптоэлектронный;
- термический.
Как было сказано выше — частичный разряд проявляются на физическом плане в любом случае и при любых условиях как механические колебания, вызванные электрическими разрядами. Начальная стадия диагностики затруднена из-за чувствительности выше поименованных методов.
Здесь на помощь приходит хемотроника, позволяющая однозначно регистрировать миллиардные доли атмосферного давления благодаря возможности реагировать буквально на считанные молекулы носителей заряда на электроде хемотронном датчике.
Сама хемотроника возникла на стыке двух наук – электрохимии и электроники. Основой хемотроники являются приборы, использующие принцип электрохимического преобразования в твердых и жидких электролитах. Носителями заряда в этих приборах служат ионы, обладающие малой подвижностью.
К основным достоинствам хемотронных приборов можно отнести малую потребляемую мощность, высокую чувствительность по входу.
Хемоторонные датчики позволяют однозначно регистрировать миллиардные доли атмосферы, также могут реагировать буквально на считанные молекулы. При этом имеют малый уровень собственных шумов, достаточно высокую надежность и невысокую стоимость.
Недостатками хемотронных приборов являются лишь малый частотный диапазон (0 – 1 кГц), при этом жидкофазные хемотронные приборы узким температурным диапазоном (0 — 50 °С). Твёрдые электролиты существенно расширяют температурный диапазон использования.
Предлагается для обнаружения медленно начинающихся процессов разрушения концевых и соединительных кабельных муфт линий электропередач использовать простейший хемотронный датчик из школьного опыта по физики далёкого 1986 года, опубликованный в популярном научно-техническом, см. рис. № 4.1.
Рис. № 4.1. Датчик хемотронный из школьного опыта по физики 1986 года.
Технология изготовления:
Сначала необходимо изготовить цилиндрический корпус. Корпус можно склеить из отдельных пластинок оргстекла, в этом случае он будет прямоугольным. Примерный диаметр круглого корпуса — 40 мм, а высота около 20 мм. С торцов цилиндра надо выточить две полости глубиной около 5 мм и диаметром 30 мм, так чтобы между ними осталась толстостенная перемычка. Непосредственно под перемычкой просверлите горизонтально отверстие диаметром 2-3 мм для заливки электролита и подберите к этому отверстию плотную пробку. Затем с противоположной стороны корпуса просверлите одно под другим еще три отверстия для электродов диаметром чуть больше миллиметра. Центральный электрод должен находиться в перемычке, верхний и нижний — в соответствующих полостях.
В качестве электродов используются толстые грифели для цанговых карандашей. Те места, где грифели выходят из корпуса, надо за герметизировать каким-либо клеем. Когда клей высохнет, в перемычке просверлите вертикально очень тонкое сквозное отверстие диаметром не более 0,5 мм. Выбирая для него место, имейте в виду, что это отверстие обязательно должно пройти через средний грифель-электрод.
Прибор уже почти готов. Осталось лишь приклеить к нему сверху и снизу по тонкой мембране из того же оргстекла, только небольшой толщины (0,3-0,5 мм). Пока приклейте только нижнюю мембрану. Теперь об электролите. В половине стакана воды растворите 20-30 г иодида калия, а затем, слегка подогрев раствор, добавьте около 1 г иода. Через боковое, более широкое отверстие залейте этот электролит внутрь датчика, в нижнюю полость, следя за тем, чтобы не осталось воздушных пузырьков. Легче всего провести эту операцию медицинским шприцем. Когда заполнится и верхняя полость, приклейте вторую мембрану и окончательно за герметизируйте корпус, для чего вставьте во впускное отверстие заранее приготовленную пробку и тщательно залейте ее клеем.
Хемотронный датчик работает от батарейки для карманного фонарика. Верхний и нижний электроды, находящиеся в полости, соедините с положительным полюсом батарейки, средний — с отрицательным. В цепь желательно включить реостат, а также вольтметр и микроамперметр, которые, как вы уже знаете, можно заменить тестером.
С помощью реостата (или сопротивлений) установите напряжение примерно 0,8-0,9 В. Микроамперметр, включенный в цепь центрального электрода, покажет ток 200-300 мкА. Оставьте цепь замкнутой часов на десять-пятнадцать. Ток постепенно понизится до 10-20 мкА, что и требуется. Теперь датчик готов к работе.
Проверить, как он действует, проще всего так: подуйте на одну из мембран. В то же мгновение стрелка микроамперметра резко отклонится вправо. Для глаза движение мембраны незаметно, но датчик на него сразу отреагировал.
Поясним, почему так происходит. Сила тока зависит от того, сколько йода находится возле страдательного электрода — катода. Под действием постоянного тока йод на катоде восстанавливается, принимая электроны, а на аноде он вновь образуется из ионов. Поэтому йод как бы постепенно перекачивается от катода к аноду. После зарядки датчика ток понемногу падает, потому что у отрицательного электрода остается все меньше йода. Но как только вы подули на мембрану, к катоду поступает дополнительная, пусть и очень небольшая, порция молекул йода; датчик мгновенно на это реагирует: ток возрастает.
Приведённые выше школьные эксперименты в области хемотроники позволяют немного усовершенствовать сам датчик, изменить электрическую систему управления на новой элементной базе и использовать его для заявленных целей.
Для этого нужно использовать только одну мембрану из плёнки. Изготовить её и корпус датчика по профилю кабельной муфты подвода/отвода высокого напряжения. Плотно установить такой датчик на каждой муфте.
Такой датчик позволит на начальной стадии диагностировать медленно начинающиеся процессы частичных разрядов (ЧР), приводящие в перспективе к пробою изоляции
.
Рис. № 4.2. Датчик обнаружения медленно начинающихся процессов разрушения концевых и соединительных кабельных муфт линий электропередач
В конструктивном плане датчик обнаружения медленно начинающихся процессов разрушения концевых и соединительных кабельных муфт линий электропередач на основе выше поименованного представлен на рис. № 4.2.
ВЫВОД:
Такой датчик намного чувствительнее других типов. Позволяет однозначно регистрировать миллиардные доли атмосферы. Реагирует буквально на считанные молекулы у электрода. При этом имеет малый уровень собственных шумов, достаточно высокую надежность и повторяемость в любой мастерской.
Недостатками хемотронных приборов являются лишь малый частотный диапазон (0 – 1 кГц) и узким температурным диапазоном (0 — 50 °С). Применение твёрдых электролитов существенно расширяют диапазон использования.