Оценка остаточного ресурса твёрдой изоляции является критически важной для предотвращения аварийных отказов электрооборудования. Традиционные наиболее распространенные применяемые на практике для оперативного контроля методы диагностики, такие как измерения сопротивления мегаомметром или испытания повышенным напряжением, требуют отключения приложенного напряжения, дают лишь бинарные заключения «годен/не годен» и не позволяют количественно прогнозировать остаточный ресурс в режиме мониторинга. Цель работы заключается в разработке и экспериментальной верификации модели, которая по относительному параметру Котн частичных разрядов, извлекаемому из амплитудно-фазовых диаграмм, позволяет оценивать сопротивление, пробивное напряжение и условный остаточный ресурс фарфоровых изоляторов в процентах. Эксперименты выполнены на подвесных фарфоровых изоляторах и их гирляндах, состоящих из двух изоляторов, включая дефектные, при приложенном напряжении промышленной частоты 50 Гц в диапазоне от 6÷25 кВ. Регистрация частичных разрядов осуществлялась анализатором частичных разрядов, снабженным стандартными высокочастотными измерительными трансформаторами с полосой частот 1÷15 МГц. По амплитудно-фазовым диаграммам выделены частичные разряды положительной полярности диапазона 35÷430 пКл, по относительному значению которых оценены сопротивление, пробивное напряжение и условный остаточный ресурс изоляторов. Котн – доля таких частичных разрядов ко всем частичным разрядам положительной полярности. Модель верифицирована на исправных и дефектных образцах. Научная новизна работы заключается в том, что для фарфоровых изоляторов по характеристикам частичных разрядов, выделяемых по амплитудно-фазовым диаграммам, осуществлялась и была верифицирована в лабораторных условиях количественная оценка их состояния, что является развитием метода оценки остаточного ресурса по так называемым измеряемым параметрам. В отличие от нормативных методов, предлагаемый метод позволяет бесконтактно оценивать сопротивление, пробивное напряжение и условный остаточный ресурс изоляторов и их гирлянд без отключения приложенного напряжения, что важно с практической точки зрения.
Assessing the remaining life of solid insulation is critical for preventing failures of electrical equipment. Traditional diagnostic methods (e.g., megohmmeter measurements or high-voltage testing) require disconnecting the applied voltage, provide only a binary “pass/fail” conclusion, and do not allow quantitative prediction of residual life in monitoring mode. This study develops and experimentally verifies a model that estimates the relative residual life of solid insulation using porcelain insulators as an example. The model employs the relative partial discharge parameter Krel extracted from amplitude‑phase diagrams. Krel is the proportion of positive‑polarity partial discharges in the range 35÷430 pC to all positive‑polarity partial discharges. Experiments were performed on suspended porcelain insulators (type PF‑6V) and two‑insulator strings, including defective samples, under 50 Hz applied voltage of 6÷25 kV. Partial discharges were recorded with a standard analyzer (1÷15 MHz bandwidth). Using Krel, the model estimates insulation resistance, breakdown voltage, and relative conditional residual life (in percent). For a defective insulator, the calculated breakdown voltage (14.6 kV) agreed well with the experimental value (15 kV), deviation 2.7%. The scientific novelty is that this study presents and experimentally verifies a quantitative assessment of their condition based on partial‑discharge characteristics from amplitude‑phase diagrams has been developed and verified in laboratory conditions. Unlike standard methods, the proposed approach enables contactless evaluation of resistance, breakdown voltage, and relative residual life of insulators and their strings without disconnecting the applied voltage, which is essential for practical monitoring.
1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е изд. М.: НЦ ЭНАС, 2003. 260 с. URL: https://www.elec.ru/viewer?url= library/direction/pue_7.pdf (дата обращения: 24.04.2026).
2. Florkowski M., Kuniewski M. Partial Discharge-Originated Deterioration of Insulating Material Investigated by Surface-Resistance and Potential Mapping // Energies. 2023. Vol. 16. № 16. P. 5973. DOI: 10.3390/en16165973.
3. Maresch K., Freitas-Gutierres L. F., Oliveira A. L. et al. Advanced Diagnostic Approach for High-Voltage Insulators: Analyzing Partial Discharges through Zero-Crossing Rate and Fundamental Frequency Estimation of Acoustic Raw Data // Energies. 2023. Vol. 16. № 16. P. 6033. DOI: 10.3390/en16166033 (дата обращения: 24.04.2026).
4. Кучинский Г. С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. Л.: Энергия, 1979. 224 с. URL: https://ru.djvu.online/file/oJsNWY2zpjarN (дата обращения 11.05.2026).
5. Коржов А. В., Сафонов В. И., Дзюба М. А., Бабаев Р. М.о., Коростелев Я. Е. Математическая модель прогнозирования остаточного ресурса изоляции по режимным параметрам // Вестник ЮУрГУ. Серия Энергетика. 2023. Т. 23. № 1. С. 56–64. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50467321 (дата обращения: 24.04.2026). DOI: 10.14529/power230106.
6. Голенищев-Кутузов В. А., Голенищев-Кутузов А. В., Семенников А. В., Калимуллин Р. И., Иванов Д. А. Контроль текущего рабочего состояния и прогнозирование остаточного ресурса высоковольтных изоляторов // Известия РАН. Серия физическая. 2023. Т. 87. № 12. С. 1823–1827. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54804666 (дата обращения: 24.04.2026). DOI: 10.31857/S0367676523703143.
7. Georgiev G., Ivanova M., Dimitrova R., Rangelov Y. Polymeric Composite Insulators for Overhead Power Lines. A Review of In-Service Damages and Diagnostic Approaches // 2021 17th Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA). 2021. P. 1–6. DOI: 10.1109/ELMA52514.2021.9503054.
8. Pan C., Wu K., Meng Y., Cheng Y., Tang J. The effect of discharge area variation on stochastic characters of PD magnitude // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2017. Vol. 24. № 1. P. 217–226. DOI: 10.1109/TDEI.2016.005904.
9. Montanari G. C., Shafiq M., Myneni S. B. Insulation Defect Modelling and Partial Discharge Typology Identification: A Robust and Automatic Approach // Applied Sciences. 2024. Vol. 14. № 15. P. 6715. DOI: 10.3390/app14156715.
10. Sanyal S., Kim T., Yi J. et al. Failure Trends of High-Voltage Porcelain Insulators Depending on the Constituents of the Porcelain // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. № 2. P. 694. DOI: 10.3390/app10020694.
11. Gao X., Li Z., Xu Z. et al. Dynamic Severity Assessment of Partial Discharge in HV Bushings Based on the Evolution Characteristics of Dense Clusters in PRPD Patterns // Sensors. 2025. Vol. 25. № 24. P. 7537. DOI: 10.3390/s25247537.
12. Abubakar A., Zachariades C. Phase-Resolved Partial Discharge (PRPD) Pattern Recognition Using Image Processing Template Matching // Sensors. 2024. Vol. 24. № 11. P. 3565. DOI: 10.3390/s24113565.
13. Гатауллин А. М. Регистрация и обработка сигналов частичных разрядов // Приборы и техника эксперимента. 2014. № 4. С. 55–60. URL: https://www.elibrary.ru/contents.asp?id=33969451 (дата обращения: 24.04.2026).
14. Гатауллин А. М., Гавриленко А. Н., Писковацкий Ю. В., Минкин А. С. Диагностика фарфоровых изоляторов по характеристикам частичных разрядов // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2024. Т. 26. № 5. С. 19–30. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=74034948 (дата обращения: 24.04.2026). DOI: 10.30724/1998-9903-2024-26-5-19-30.
15. Morshuis P. H. F. Partial discharge mechanisms in voids related to dielectric degradation // IEE Proc.-Sci. Meas. Technol. 1995. Vol. 142. № 1. P. 62–68. URL: https://digital-library.theiet.org/doi/10.1049/ip-smt%3A19951562 (дата обращения 16.06.2026). DOI: 10.1049/ip-smt:19951562.
16. Исмагилов Ф. Р., Демин А. Ю., Янгиров И. Ф., Кудрявцев Н. С. Импульсный резонансный генератор для испытания изоляции высоковольтного электрооборудования // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2026. Т. 22. № 1. С. 42–50. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=89213528 (дата обращения 11.05.2026). DOI: 10.17122/1999-5458-2026-22-1-42-50.
17. Гуляев И. В., Васенин А. Б., Степанов С. Е., Крюков О. В., Зюзев А. М. Экспериментальные исследования по мониторингу параметров изоляции трансформаторов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2026. № 2 (257). С. 29–38. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=89088773 (дата обращения 11.05.2026).