پس زمینه فیزیکی

زمان افزایش کوتاه جریان پالس (کمتر از 1ns) تخلیه جزئی PD امواج الکترومغناطیسی را از HF تا محدوده UHF (3 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز) و در چندین ماده عایق بیش از حد تحریک می کند.

سرعت انتشار امواج UHF حاصل به Er حاصله بستگی دارد، به عنوان مثال. در نفت حدود (2.3×co) یا 2x(10^8)  m/s تخمین زده شده است (co نشان دهنده سرعت نور در خلاء). محدوده فرکانس اندازه گیری به دستگاه خاص بستگی دارد.

جنبه های انتقال

قطعات فلزی محفظه های دستگاه می توانند به عنوان موجبر یا تشدید کننده و اثراتی مانند پراکندگی، تضعیف، تشدید حفره عمل کنند. امواج ایستاده، انعکاس و پراش به ترتیب بر انتشار سیگنال‌های پالس PD و ویژگی‌های پالس تأثیر می‌گذارند.

مشخصات مسیر انتقال معمولاً به این موارد بستگی دارد

• مشخصات و ابعاد مواد
• امپدانس الکترومغناطیسی و رفتار دی الکتریک محیط دی الکتریک اطراف
• فاصله بین منبع و سنسور

سیستم های اندازه گیری

میدان های الکتریکی/الکترومغناطیسی

سیستم های غیر متعارف اندازه گیری تخلیه جزئی بر اساس تکنیک های فرکانس رادیویی (RF) در دو حالت مختلف کار می کنند: یکی از محدوده فرکانس در ناحیه HF/VHF و دیگری از محدوده فرکانس در ناحیه UHF استفاده می کند. در محدوده HF و VHF الکتریکی. میدان مغناطیسی و الکترومغناطیسی (به عنوان مثال TEM 00) معمولاً قابل اندازه گیری است. در محدوده UHF عمدتا حالت های میدان الکترومغناطیسی (به عنوان مثال TEM XX) اندازه گیری می شود.

محدوده فرکانس

HF به طور اسمی محدوده فرکانس از 3 مگاهرتز تا 30 مگاهرتز و VHF محدوده فرکانس 30 مگاهرتز تا 300 مگاهرتز را پوشش می دهد. پهنای باند اندازه گیری معمولی برای اندازه گیری باند باریک در محدوده HF و VHF تا 3 مگاهرتز، برای اندازه گیری باند وسیع در محدوده VHF. معمولاً به ترتیب 50 مگاهرتز و بالاتر.

محدوده فرکانس UHF اسمی بین 300 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز است. حالت اندازه گیری اعمال شده در محدوده UHF معمولاً یا حالت دهانه صفر در یک یا چند فرکانس جداگانه با پهنای باند تفکیک معمولاً بین 3 مگاهرتز تا 6 مگاهرتز یا حالت پهنای باند کامل است.

سنسورها

کلیات

سنسورهای معمولاً مورد استفاده در محدوده فرکانس HF و VHF بر اساس خازنی هستند. در محدوده فرکانس UHF، سنسورهای مورد استفاده معمولا آنتن های میدان نزدیک مانند سنسورهای دیسکی یا مخروطی شکل همراه با الکترودهای درجه بندی میدان هستند.

سیگنال های خروجی سنسور معمولاً به شکل پالس های نوسانی با فرکانس بالا هستند. این سیگنال ها را می توان در حوزه زمان به صورت پالس های نوسانی با به عنوان مثال نمایش داد. حداکثر پاکت مقدار خروجی اندازه گیری شده. در حوزه فرکانس، سیگنال ها معمولاً به عنوان طیف حاصل از پالس های گذرا نمایش داده می شوند. کمیت های خروجی اندازه گیری شده در حوزه فرکانس، حداکثر بزرگی فرکانس های طیفی مشخصه مربوطه است.

سنسورها را می توان به عنوان امپدانس با فرکانس بالا که از ترکیبی از خازنی تشکیل شده است، مشخص کرد. مقادیر اجزای القایی و مقاومتی این امپدانس فرکانس بالا و محدوده فرکانس اندازه‌گیری مربوطه، حالت اندازه‌گیری سنسور را تعیین می‌کند و خروجی حاصل تابعی از امپدانس آن و بزرگی جزء میدان گذرای مربوطه ناشی از سیگنال PD است.

کمیت اندازه گیری شده می تواند یک ولتاژ گذرا یا مقدار پالس جریان باشد.

نوع و مشخصه

چند نمونه از سنسورهایی که عمدتاً در محدوده فرکانس HF تا VHF استفاده می شوند:

• خازن ها
• ترانسفورماتورهای جریان
• کویل های روگوفسکی
• جفت کننده های الکترومغناطیسی جهت دار
• الکترودهای فیلم
• جفت کننده های میدان محوری
• پروب های ولتاژ زمین گذرا (TEV)
• کوپلرهای مقاومتی

چند نمونه از سنسورهایی که عمدتاً در محدوده UHF استفاده می شوند:

• سنسورهای دیسکی و مخروطی شکل
• کوپلرهای پنجره خارجی
• جفت کننده هاچ
• سنسورهای مانع
• الکترودهای درجه بندی میدانی
• حسگرهای راهنمای موج
• آنتن های UHF
• جفت کننده های الکترومغناطیسی جهت دار

مقدار خروجی سنسورها را می توان به گروه های زیر طبقه بندی کرد:

• مشخصه فرکانس یعنی تابع انتقال
• حفظ قطبیت
• جهت دار
• وابسته به بزرگی میدان
• حساسیت
• نصب وابسته به هندسه و مکان
• وابسته به حالت
• مشخصه انتقال
• ناحیه تحت نظارت که باید در محدوده ناحیه دریافت کننده سنسورها باشد

موقعیت

سنسورها را می توان در داخل قطعه ولتاژ بالا نصب کرد یا به صورت خارجی در روزنه های دی الکتریک نصب کرد. پنجره ها یا شیرهای بازرسی سنسورها باید تا حد امکان نزدیک به ناحیه خاص تشخیص PD و در داخل محفظه فلزی یا صفحه نمایش قطعه ولتاژ بالا نصب شوند.
در دستگاه‌ها یا سیستم‌های ولتاژ بالا بزرگ‌تر، نصب چندین حسگر برای بهبود حساسیت اندازه‌گیری و کمک به تشخیص منبع PD و مکان‌یابی مفید است. همچنین می توان از چندین سنسور برای بررسی حساسیت چیدمان استفاده کرد.

سنسورها نباید تاثیر منفی بر طراحی دی الکتریک و عملکرد قطعه ولتاژ بالا داشته باشند.

تأثیرات مربوط به ابزار

پردازش سیگنال دامنه فرکانس و زمان

سیگنال های خروجی حسگرها را می توان در حوزه زمان یا فرکانس پردازش کرد (شکل 1 را ببینید).

پردازش سیگنال حوزه زمان پهن باند، شکل موج کامل پالس مربوط به PD را بهتر نشان می‌دهد و تجزیه و تحلیل دقیق ویژگی‌های شکل موج تک تک پالس‌ها را امکان‌پذیر می‌کند (مانند بازتاب‌سنجی PD، تحلیل شکل پالس PD، و غیره).

پردازش سیگنال حوزه فرکانس باند باریک ممکن است در صورت وجود نویز و اغتشاشات خارجی، قابلیت سرکوب نویز بهتری را فراهم کند و در نتیجه حساسیت بهبود یافته را در محیط‌های پر سر و صدا نشان دهد. تجزیه و تحلیل شکل موج تک پالس به طور کامل امکان پذیر نیست زیرا محدودیت های پهنای باند در مسیر پردازش، اشکال پالس را خراب می کند، اگرچه تجزیه و تحلیل آماری مشتق شده به عنوان مثال. می توان الگوی PD حل شده را اعمال کرد.

پهنای باند پردازش

پردازش حوزه زمان از یک محدوده فرکانس وسیع یا فوق گسترده برای پردازش سیگنال استفاده می کند. فیلترهایی برای سرکوب تداخل های منفرد یا چندگانه قبل از پردازش سیگنال اعمال می شوند. سپس سیگنال از یک آشکارساز پیک باند گسترده پردازش می‌شود و در حوزه زمانی که معمولاً با فاز ولتاژ بالا اعمال‌شده هماهنگ است، نمایش داده می‌شود.

پردازش دامنه فرکانس معمولاً یا در بازه‌های فرکانس مختلف یا در حالت دهانه صفر انجام می‌شود، اساساً یک گیرنده تنظیم‌شده در مرکز یک فرکانس مرکزی ثابت با پهنای باند وضوح مشخص. خروجی این حالت بازه صفر معمولاً در حوزه زمان نمایش داده می شود، به عنوان مثال. مشابه یک صفحه نمایش اسیلوسکوپ معمولی یا به عنوان مثال. به عنوان یک الگوی حل شده فاز PD.

حالت طیفی باند پهن، خروجی یک گیرنده فرکانس جابجایی (به عنوان مثال فوق هتروداین) یا به اصطلاح تحلیلگر طیف بلادرنگ را به عنوان طیف توان در مقابل فرکانس پردازش می کند. این همچنین می تواند به عنوان طیفی از سیگنال های اندازه گیری شده (PD و سیگنال های دیگر) نمایش داده شود.

شکل 1 – طبقه بندی ابزار برای پردازش سیگنال

در محدوده‌های HF و VHF، مقادیر ابزار معمولاً آمپر یا ولت با در نظر گرفتن استفاده از کوپلرهای القایی و خازنی هستند. خروجی سنسورهای UHF نیز معمولاً یک سیگنال ولتاژ است. این مقادیر اندازه گیری شده توسط ابزارها در ارتباط خطی با حالت میدان الکترومغناطیسی اندازه گیری شده و مشخصه انتقال سنسور هستند.

با این حال، مقادیر مشتق شده باید با پارامترهای PD در ارتباط باشند. این می تواند خطی باشد، در هنگام استفاده از ولتاژ خروجی مستقیم سنسور UHF، یا درجه دوم، به عنوان مثال. با پردازش مقدار توان (W) سیگنال سنسور، یا انرژی سیگنال (J) که مربوط به مقاومت اندازه‌گیری تعریف شده است.

نکته: سنسور UHF را می توان با ویژگی آنتن آن از نظر ارتفاع موثر (rn)، دیافراگم موثر (mm2)، ضریب آنتن (M11) یا افزایش آنتن (dbi) توصیف کرد.

بررسی عملکرد و حساسیت

برای تشخیص و اندازه گیری امواج الکترومغناطیسی ساطع شده از تخلیه جزئی. جنبه های مختلف روش در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2 – مروری بر جنبه های مهم تشخیص تخلیه جزئی الکترومغناطیسی

لازم به تأکید است که هنگام استفاده از روش تشخیص الکترومغناطیسی (فرکانس رادیویی)، مقدار اندازه PD به عنوان بار ظاهری را نمی توان مستقیماً به عنوان یک مقدار کالیبره ارزیابی کرد.

با این حال، تأیید حساسیت تشخیص را می توان انجام داد و ثابت شده است که در عمل مفید است، به عنوان مثال. برای تابلو برق عایق گاز، ماشین های دوار سیم پیچ استاتور. و غیره در شکل 3 مراحل کلی برای انجام بررسی حساسیت برای GIS. ترانسفورماتورهای قدرت، سیم پیچی استاتور و کابل های برق نشان داده شده اند. اگرچه مراحل خاص در دستگاه های مختلف ولتاژ بالا کمی متفاوت است. رویکرد کلی در شکل 2 نشان داده شده است.

برای ارزیابی حساسیت تشخیص الکترومغناطیسی به عنوان مثال. روش UHF، بررسی حساسیت باید اعمال شود. با این، حساسیت تشخیص قابل دستیابی در بدترین پیکربندی با مقایسه مستقیم در اندازه‌گیری همزمان IEC 60270 بار ظاهری (PC) از یک منبع PD واقعی، مهم و معنی‌دار نشان داده می‌شود.

بررسی عملکرد یک بررسی عملکردی کل سیستم اندازه‌گیری PD است و به طور کلی به اندازه‌گیری شارژ ظاهری مربوط نمی‌شود.

توجه: بررسی عملکرد همچنین می تواند برای یافتن فرکانس های اندازه گیری باند باریک مناسب استفاده شود.

شکل 3 – بررسی اجمالی عملکرد و بررسی حساسیت در دستگاه های مختلف

تشخیص PD در محدوده HF تا UHF عمدتاً برای لوازم جانبی کابل برق و ماشین‌های دوار استفاده می‌شود که در آن گذرگاه‌های الکترومغناطیسی با استفاده از حسگرهای القایی و خازنی و همچنین توسط پروب‌های میدانی طراحی‌شده خاص گرفته می‌شوند. برای ترانسفورماتورهای قدرت، تابلو برق عایق گاز و سیم پیچ استاتور. محدوده های VHF و UHF در درجه اول استفاده می شوند.