Мирзаабдуллаев А.О
В 1801 году немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к выводу, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света) и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли актиническим излучением [1]. Идеи о единстве трёх различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля, Мачедонио Меллони и др. [2].
Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения может быть по-разному поделен на подгруппы. Стандарт ISO по определению солнечного излучения [3] даёт следующие классификации (таблица 1):
Таблица 1
Классификация ультрафиолетового излучения
Наименование
|
Длина волны в нанометрах
|
Количество энергии на фотон
|
Аббревиатура
|
Ближний
|
400 нм — 300 нм
|
3.10 — 4.13 эВ
|
NUV
|
Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон
|
400 нм — 315 нм
|
3.10 — 3.94 эВ
|
UVA
|
Средний
|
300 нм — 200 нм
|
4.13 — 6.20 эВ
|
MUV
|
Ультрафиолет B, средневолновой
|
315 нм — 280 нм
|
3.94 — 4.43 эВ
|
UVB
|
Дальний
|
200 нм — 122 нм
|
6.20 — 10.2 эВ
|
FUV
|
Ультрафиолет С, коротковолновой
|
280 нм — 100 нм
|
4.43 — 12.4 эВ
|
UVC
|
Экстремальный
|
121 нм — 10 нм
|
10.2 — 124 эВ
|
EUV, XUV
|
Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «чёрным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения вследствие явления фотолюминесценции.
Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный» (VUV), в виду того, что волны этого диапазона распространяются, в основном, в безвоздушном пространстве, т.е. в вакууме и сильно поглощаются атмосферой Земли.
Космические источники УФ-излучения
Практически всё УФ-излучение типа UVC и приблизительно 90 % UVB космического происхождения поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле — UVB.
Фильтры для ультрафиолетовых лучей бывают твердыми, жидкими и газообразными. Например, обычное стекло непрозрачно при λ < 320 нм [4], в более коротковолновой области прозрачны лишь специальные сорта стекол (до 300—230 нм), кварц прозрачен до 214 нм, флюорит — до 120 нм. Для более коротких волн нет подходящего по прозрачности материала для линз объектива и приходится применять отражательную оптику — вогнутые зеркала. Однако, для столь короткого ультрафиолета непрозрачен уже и воздух, который заметно поглощает ультрафиолет, начиная с 180 нм.
Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле — Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхность Земли, зависит от следующих факторов:
- концентрации атмосферного озона над земной поверхностью;
- высоты Солнца над горизонтом;
- высоты над уровнем моря;
- атмосферного рассеивания;
- состояния облачного покрова;
- степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы).
УФ-излучение коронных и частичных разрядов
Воздействие высокого напряжения на границе среды (материалов) с различной диэлектрической проницаемостью, на неоднородности токопроводов, на загрязнениях изолирующих поверхностей приводит к возникновению частичных разрядов (ЧР). Интенсивность разрядных процессов зависит от напряженности электрического поля, что в свою очередь определяется напряжением на токоведущих частях оборудования и радиусом кривизны поверхностей элементов: чем меньше радиус, тем больше напряженность электрического поля и интенсивнее разряд.
«В 1982-88 годах был создан, уникальный, в своем роде, электронно-оптический дефектоскоп серии «Филин», который позволял дистанционно, без отключения оборудования и ВЛ, диагностировать и определять неисправные (нулевые) или загрязненные изоляторы [5-10]. Для диагностики фарфоровых подвесных изоляторов в процессе эксплуатации это был огромный шаг вперед. Однако, развал СССР и, последовавший за ним, экономический кризис перекрыл пути развития данного направления в России. Только с начала 2000 годов вновь стали развивать ЭОД для исследования коронных и частичных разрядов во внешней изоляции электрооборудования и ВЛ. Появилась серия усовершенствованных электронно-оптических дефектоскопов – ЭОД Филин. Был разработан и первый нормативный документ – методические указания по дистанционному оптическому контролю изоляции [11]. Одним из существенных недостатков ЭОД Филин-6 была ограниченность его применения по времени суток и по погодным условиям. Для данного прибора было огромной помехой наличие солнечного спектра в обследуемом УФ-диапазоне (рис.1.).
 |
| Рис.1. Совместное рассмотрение спектров солнечной радиации и УФ-излучения |
В это же время за рубежом появились аналоги ультрафиолетовых дефектоскопов: приборы «CoronaScope» (производитель – Forsyth Electro-Optics, Inc., США) и «CoroCam II» (производитель – ЮАР, поставщик – французская фирма SYNERGYS TECHNOLOGIES, российская фирма «ПЕРГАМ»). Наиболее приспособленными являются ультрафиолетовые камеры дневного функционирования «DayCor II™» (производитель – Израиль, поставщик – ОFIL, Ltd). Ультрафиолетовые камеры CoroCam, Ofil Luminar HD и подобные приборы дистанционного контроля в настоящее время имеют очень широкое распространение при диагностике состояния высоковольтного оборудования и ВЛ.
Главное преимущество данного типа приборов - это высокая чувствительность, отстроенность от спектра солнечного излучения и наглядность получаемых фото-видеоизображений. Однако, несмотря на эти преимущества, по показаниям УФ-камер не всегда удается однозначно классифицировать дефекты на высоковольтном оборудовании и на линиях электропередачи переменного напряжения. Показываемые источники электрических разрядов на таких линиях и на элементах высоковольтного оборудования требуют, прежде всего, квалифицированного экспертного анализа и оценки. В подавляющем большинстве случаев выявленные источники УФ-сигналов не являются признаками дефектов. На элементах высоковольтного оборудования и ВЛ имеются источники УФ-излучений, которые являются лишь показателями наличия поверхностей, создающих неоднородности с повышенной напряженностью электрического поля. Благодаря высокой чувствительности УФ-камеры, регистрируются множества УФ-излучений, которые не всегда связаны с реальными дефектами элементов. Это ставит перед оператором непростую задачу: компетентно анализировать, корректно и объективно классифицировать, и выделить, действительно ценные и реально связанные с дефектами, сигналы.
 |
| Рис.2. УФ-контроль расщепленных проводов на вводах АТ-500 кВ |
На рис.2 показан пример УФ-контроля высоковольтного ввода в АТ-500 кВ, где зафиксирован очень интенсивный разряд (более 27 тыс. имп.мин), и оператор, в качестве причины, указывает повреждение распорок на расщепленных спусках к высоковольтному вводу. По креплению аппаратных зажимов видно, что распорки просто невозможно было смонтировать, т.к. крепление аппаратных зажимов к одной пластинке, как показано на фото (рис.2), не оставляет возможности монтажа распорок. Источниками УФ-сигналов, в данном случае, выступают торцы тонких болтов на аппаратных зажимах. Здесь имеет место дефект монтажа: для снижения напряженности электрического поля вблизи ввода АТ-500 кВ необходимо было установить экранирующие кольца или же смонтировать аппаратные зажимы на специальных переходниках, позволяющих закреплять расщепленные провода на вершинах равностороннего треугольника. На рис.3 очевидно, что источниками являются заостренные края экранных полуколец изолирующих подвесок. Несмотря на высокую интенсивность (более 6000 имп/мин), сами сигналы неточно привязаны к точкам излучения, что не только не дает корректно определить источник излучения, но и установить вид дефекта.
 |
| Рис. 3. УФ-излучение на экранных кольцах натяжных гирлянд ВЛ 500 кВ, регистрированное УФ-камерой OFIL Luminar |
Отсутствие точной корреляции, принимаемого УФ-сигнала с реальным дефектом, отсутствие четкого критерия для определения дефекта, а также невозможность установления функциональной связи количественной характеристики принимаемых сигналов с признаками дефектов в свое время послужила препятствием для включения данного вида контроля в стандарт организации ПАО «Россети» - Объем и нормы испытаний электрооборудования (СТО 34.01-23.1-001-2017) [12]. Несмотря на это, многих представителей энергокомпаний, в том числе, и ПАО Россети, сервисных организаций и представителей ПАО Российских железных дорог, привлекают в УФ-камерах высокая чувствительность и возможность работы в дневное время. В периодической печати есть публикации, которые, как преимущество, подчеркивают именно эти качества УФ-камер [7, 8, 9].
Практика показывает, что на оборудовании и ВЛ напряжением 110 кВ и выше, даже наличие ограничения применения ЭОД, в условиях солнечной радиации, не снижает его эффективность по определению дефектов. Это связано с более высокой информативностью сигналов, принимаемых ЭОД Филин, по сравнению с УФ-камерой. На рис.4 показано, в каком участке спектра УФ-сигнала работают УФ-камеры и ЭОД Филин.
 |
| Рис.4. Спектральный состав коронного разряда |
Как видно из рис.4, у УФ-камеры, при отстройке от солнечного спектра, граница его сместилась так, что попала в зону, где, как минимум, в 25 раз меньше принимается УФ-сигнала коронного разряда, чем у ЭОД Филин-6. Это и объясняет разницу в изображениях УФ-сигналов, полученных с применением УФ-камеры DayCor II™» Ofil Luminar (рис.2, 3) и ЭОД Филин-6 (рис.5, 6).
 |
Рис.5. УФ-излучение на экранных полукольцах натяжной изолирующей подвески ВЛ 500 кВ
|
 |
| Рис. 6. Корона на острых кромках и болтах конденсатора связи (а) и на такелажной проволоке верхнего модуля трансформатора напряжения 220 кВ (б) |
В результате анализа проведенных обследований изоляции на ВЛ 35-500 кВ ЕЭС России, а также контактной сети железных дорог, выявлено следующее:
- для контактной сети электрифицированных железных дорог 3 кВ (постоянного тока) и 25 кВ (переменного тока), а также ВЛ и ПС напряжением 6-35 кВ эффективность применения УФ-камер и критерии дефектности в получаемом УФ-сигнале значительно выше, чем в сетях высокого напряжения ввиду того, что уровень напряжения и напряженность электрического поля на изолирующих элементах и на токоведущих частях таких сетей практически не вызывают побочных частичных или коронных разрядов;
- для высоковольтного оборудования и ВЛ напряжением 110-750 кВ, где имеется большое количество «побочных» источников УФ-излучения, критерии оценки дефектов у ЭОД Филин-6 значительно выше, чем у любой из современных УФ-камер ввиду большей информативности принимаемых сигналов.
- наличие множества побочных источников УФ-излучения на оборудовании и ВЛ 110 кВ и выше (шероховатости на поверхностях различной линейной арматуры и проводов, наличие тонких болтов, проволок, незакругленные шплинты), которые и приводят к появлению повышенной напряженности электрического поля, создают большие препятствия на пути эффективного использования УФ-камер в качестве приборов неразрушающего контроля технического состояния высоковольтного оборудования и ВЛ.
За рубежом можно увидеть обратные примеры. Так, при осмотре двухцепной линии 765 кВ в Южной Корее, выявлено полное отсутствие треска короны, столь привычного для наших линий, начиная с класса напряжения 220 кВ. Все оказалось просто: и провода большего сечения, и арматура сделана так, что острых углов на ней нет, и ни один болт, гайка или шплинт не торчит. Все детали зажимов и другой арматуры сглажены, а головки болтов и шплинты «утоплены» в тело детали и экранированы им. Поэтому УФ-камера может показать общее для нашей (и для большинства стран) отклонение от идеала, допускаемое повсеместно из-за неаккуратного выполнения проекта, изделия, монтажа и эксплуатации [11].
Выводы
1. Для эффективного использования приборов неразрушающего контроля (УФ-камеры, ЭОД «Филин-6») необходимо максимально локализовать источник УФ-излучения на месте обнаружения путем управления чувствительностью прибора, изменением расстояния и ракурса съемки, более четкой дополнительной фотосъемкой.
2. Для уменьшения (полного исключения) побочных источников УФ-излучения, которые не связаны с реальным дефектом на высоковольтном оборудовании и ВЛ необходимо, при проектировании, изготовлении, строительстве и монтаже, а также в процессе эксплуатации необходимо максимально исключить неровности (шероховатости) на поверхностях различной линейной арматуры и проводов, наличие торчащих тонких болтов, проволок, незакругленных шплинтов так, чтобы при отсутствии дефектов также не было и никаких УФ-излучений.
Литература
1. Большая Российская энциклопедия. М.: Изд. БРЭ. – 2007. – 768 с.
2. Мачедонио Меллони. Термохроза или окрашивание термохроза или термическое окрашивание, продемонстрированное большим количеством экспериментов / La thermochrôse ou la coloration calorifique démontrée par und grand nombre d'expériences, et .//. "Impr. de J. Baron". – 1850. – 404 с.
3. W. Kent Tobiska, Anatoliy A. Nusinov. Статус проекта международного стандарта ISO по определению интенсивности солнечного излучения (DIS 21348).
(https://www.researchgate.net/publication/237533760. Скачано 21.07.2025).
4. Рябцев А. Н. Ультрафиолетовое излучение // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. — С. 221. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7.
5. Куценко С.М. Характеристики частичных разрядов в изоляторах из фарфора и поликарбоната / С.М. Куценко, Н.Н. Климов, В.И. Муратов //Изв. Томского политехнического университета. – 2006. – т.309. – №2. – С 82-87.
6. Лобынцев Г.В. Электронно-оптические дефектоскопы в энергетике. Вестник Владикавказского научного центра, том 6, № 2. – 2006. – С. 49-51.
7. Козлов М.В. Возможности регистрации коронных разрядов на линиях электропередачи в ультрафиолетовой области спектра / М.В. Козлов, В.Ю. Корнилов, Н.Ю. Трухина// Проблемы энергетики. – 2010. – №9-10. – С. 49-53.
8. Железнов Ф.Д. Повышение достоверности ультрафиолетовой диагностики изоляции контактной сети / Ф.Д. Железнов, Ю.И. Плотников, В.А. Акулов, С.В. Демидов, С.В. Милованов // Железная дорога мира. – 2011. – №4. – С. 60-68.
9. Плотников Ю. И. Ультрафиолетовая диагностика изоляции контактной сети: модернизация мобильной системы / Ю. И. Плотников,Ю. М. Федоришин, С. В. Демидов // Железные дороги мира. 2009 № 5 С. 53 – 60.
10. Вдовин В.П. Диагностика электрической изоляции высоковольтного оборудования под рабочим напряжением / В.П. Вдовин, А.Г. Овсянников, А.И. Поспелов // Энергетик. 1995. №10. С.16-18.
11. Овсянников А.Г. УФ-инспекция электрооборудования: лучше один раз увидеть / А.Г. Овсянников, Р.С. Арбузов, В.М. Толчин // ЭнергоЭксперт. – 2015. – №4. – С. 42-48.
12. Методические указания по дистанционному оптическому контролю изоляции воздушных линий электропередачи и распределительных устройств переменного тока напряжением 35 – 1150 кВ. Утв. Деп. НТЦ ПАО «ФСК ЕЭС». 2005. – 43 с.
13. Объем и нормы испытаний электрооборудования. Утв. Распоряжением ПАО «Россети» от 29.05.2017 № 280 р. Разр. ОАО «Фирма ОРГРЭС», ООО НТЦ «ЭДС», АО «НТЦ ФСК ЕЭС». – 2017. – 262 с.
|
ЭНЕРГОЭКСПЕРТ 