Cauzele descărcării parțiale în aparatele de comutare de înaltă tensiune

Descărcarea parțială este unul dintre cele mai importante semne de avertizare timpurie ale deteriorării izolației în aparatele de distribuție de înaltă tensiune. Deși o descărcare parțială nu unește complet izolația dintre conductori, activitatea de descărcare repetată poate deteriora treptat sistemul de izolație și poate crește riscul de defecțiune a izolației, aprindere și oprire neașteptată a echipamentului.

Înțelegerea cauzelor descărcărilor parțiale îi ajută pe inginerii electrici să identifice defectele într-un stadiu incipient și să îmbunătățească fiabilitatea aparatului de comutare pe toată durata de viață a acestuia.

Ce este descărcarea parțială?

Descărcarea parțială este o descărcare electrică localizată care are loc doar într-o porțiune a unui sistem de izolație. Se poate dezvolta în interiorul unui gol umplut cu gaz, de-a lungul unei suprafețe de izolație, în jurul unei margini ascuțite a conductorului sau în apropierea unui defect al unui dielectric solid sau compozit.

Fenomenul este de obicei asociat cu o concentrare locală de stres electric. Când câmpul electric local depășește rezistența de rezistență a unei zone slabe, are loc o descărcare scurtă. Descărcarea poate fi scurtă și mică, dar activitatea repetată poate slăbi progresiv izolația din jur.

IEC 60270 definește metode bazate pe sarcină pentru măsurarea descărcării parțiale în aparate, componente și sisteme electrice testate cu tensiune AC sau DC. Standardul abordează, de asemenea, circuitele de măsurare, calibrarea, măsurarea digitală și separarea semnalelor de descărcare parțială de interferențele externe.IEC 60270:2025

Cum descărcarea parțială deteriorează izolația

1. Daune chimice cauzate de particulele încărcate

În timpul unei descărcări parțiale, electronii și ionii se deplasează prin regiunea slabă a izolației. Aceste particule încărcate cu energie înaltă se ciocnesc cu moleculele de izolație și pot rupe legăturile chimice.

Bombardamentul repetat poate provoca:

1, Descompunerea lanțurilor polimerice

2, Eroziunea de suprafață

3, formarea căilor carbonizate conductoare

4、Degradarea chimică a rășinii epoxidice și a altor materiale izolante

5, O reducere treptată a rigidității dielectrice

În izolația solidă, acest proces poate mări o cavitate internă sau poate crea un canal de arbore. Odată ce defectul devine suficient de mare, izolația poate să nu mai reziste la tensiunea normală de funcționare sau la supratensiune temporară.

2. Daune termice și oxidative

Descărcarea parțială produce, de asemenea, căldură localizată. Deși energia medie a unei descărcări individuale poate fi scăzută, impulsurile repetate concentrate în aceeași zonă pot crește temperatura izolației din jur.

Stresul termic rezultat poate duce la:

1, Supraîncălzire locală

2, fisurare oxidativă

3, Topirea sau carbonizarea materialelor polimerice

4, Pierderea rezistenței mecanice

5、Extinderea fisurilor și golurilor interne

Daunele termice și daunele chimice se întăresc adesea reciproc. Pe măsură ce suprafața izolației devine mai aspră sau mai conductivă, câmpul electric local devine mai puțin uniform, ceea ce poate accelera activitatea de descărcare în continuare.

Aparatură de înaltă tensiune și sistemul său de izolare

Aparatul de înaltă tensiune este un ansamblu complex care combină conductori, dispozitive de comutare, bare colectoare, componente de izolație, carcase de împământare și sisteme de control.

În funcție de design, materialele tipice pot include:

1, Rășină epoxidică

2, silicon sau alte materiale plastice de inginerie

3, Aer sau gaz izolator

4, Hexafluorura de sulf în echipamentele aplicabile izolate cu gaz

5, izolație ceramică sau compozită

6、Cupru, aluminiu și alte materiale conductoare

Combinația de materiale și geometrii diferite creează mai multe locații în care poate apărea descărcarea parțială. Calitatea fabricației, precizia asamblarii, tensiunea de funcționare, temperatura, umiditatea, contaminarea și îmbătrânirea izolației pot influența toate comportamentul PD.

Pentru aplicațiile de comutație, cerințele relevante depind de proiectarea echipamentului și de clasa de tensiune. Seria IEC 62271 acoperă aparatele de comutare și control de înaltă tensiune, inclusiv echipamente care utilizează izolație solidă și gaze izolante.Seria IEC 62271

Principalele cauze ale descărcărilor parțiale în aparatele de comutare de înaltă tensiune

1. Defecte în procesul de fabricație a izolației

Defectele de fabricație se numără printre cele mai comune surse de descărcare parțială în tablourile de distribuție cu izolare solidă.

Goluri interne și bule de aer

În timpul turnării, turnării sau încapsulării epoxidice, bulele de aer pot rămâne în interiorul izolației. Aceste goluri au o rigiditate dielectrică mai mică decât izolația solidă din jur.

Când se aplică tensiune, câmpul electric din interiorul golului devine mai mare decât câmpul mediu din materialul solid. Aceasta este legată de diferența dintre constanta dielectrică a gazului din interiorul golului și cea a izolației din jur.

Ca urmare, gazul din cavitate se poate descompune înainte de izolația principală. Fiecare descărcare poate mări golul, poate deteriora suprafața acestuia și, în cele din urmă, poate reduce rezistența globală a izolației.

Particule străine și contaminare a materialelor

Particulele de metal, praful, umiditatea și alte impurități introduse în timpul producției pot crea puncte slabe locale. Contaminarea conductivă poate distorsiona câmpul electric sau poate forma o cale de descărcare între diferite regiuni ale izolației.

Cauzele tipice includ:

1、Condiții de turnare slab controlate

2, curățare inadecvată înainte de asamblare

3, Depozitarea necorespunzătoare a componentelor de izolație

4, Întărire insuficientă a rășinii epoxidice

5、Contaminare în timpul transportului sau instalării

Un singur defect intern poate să nu cauzeze o defecțiune imediată, dar poate deveni mai activ pe măsură ce echipamentul îmbătrânește sau funcționează sub presiune electrică crescută.

2. Distribuția neuniformă a câmpului electric

Un câmp electric uniform este esențial pentru o performanță fiabilă a izolației. Orice punct ascuțit, suprafață neregulată sau obiect conductor plutitor poate crește câmpul electric local și poate iniția descărcarea parțială.

Bavuri și muchii ascuțite pe conductoare

Bavurile barelor colectoare, colțurile ascuțite, marginile conductorilor nefinisate și electrozii prost formați pot produce o concentrație puternică de câmp electric.

Acest efect este deosebit de semnificativ în jurul:

1, îmbinări de bare colectoare

2, Terminale de cablu

3, Mutarea contactelor

4, Conexiuni cu șuruburi

5, componente de ecranare

6, inserții conductoare în interiorul izolației turnate

Chiar și atunci când tensiunea medie de funcționare este în limitele nominale ale echipamentului, câmpul local lângă o margine ascuțită poate depăși nivelul de inițiere a descărcării.

Particule de metal libere sau plutitoare

Particulele de metal din interiorul carcasei aparatului de comutare se pot încărca electric sau se pot deplasa sub influența câmpului electric. Poziția și potențialul lor se pot schimba în timpul funcționării, creând condiții instabile de câmp.

Astfel de particule pot provoca:

1、 Îmbunătățirea câmpului local

2, Descărcare la suprafață

3, Impulsuri de descărcare intermitente

4, Urmărire pe izolația din apropiere

5, modele PD instabile

Acesta este unul dintre motivele pentru care curățenia și procedurile stricte de asamblare sunt importante în timpul producției și întreținerii aparatelor de comutare.

Suprafețe izolatoare contaminate sau aspre

Praful, umiditatea, uleiul și alte impurități pot reduce distanța efectivă de curgere pe o suprafață izolatoare. O suprafață aspră sau deteriorată creează, de asemenea, concentrații mici de câmp unde poate începe descărcarea la suprafață.

Contaminarea suprafeței este deosebit de importantă în echipamentele expuse la:

1, umiditate ridicată

2, Praf conductiv

3, pulverizare cu sare

4, Poluarea industrială

5, Condens

6, ventilație slabă

Curățarea singură poate să nu rezolve permanent problema dacă suprafața de izolație a dezvoltat deja urme, fisuri sau eroziune.

Defecte ale incintei cu împământare

Carcasa metalică asigură în mod normal ecranare și un potențial de referință controlat. Cu toate acestea, sudurile aspre, porii, incluziunile de zgură și alte defecte de fabricație pot crea condiții neregulate de câmp electric în apropierea carcasei cu împământare.

Aceste defecte pot interacționa cu izolația din apropiere sau cu părțile conductoare și pot crește riscul de descărcare. Prin urmare, calitatea sudurii, geometria carcasei, continuitatea împământării și degajările interne trebuie verificate în timpul producției și inspecției.

3. Medii dielectrice neuniforme

Aparatul modern de distribuție utilizează adesea sisteme de izolare compozite în care mai multe materiale lucrează împreună. De exemplu, rășina epoxidică poate fi combinată cu materiale plastice tehnice, gaz izolator, inserții conductoare și goluri de aer.

Fiecare material are proprietăți electrice și termice diferite. Dacă interfețele sunt proiectate sau fabricate prost, este posibil ca câmpul dielectric să nu fie distribuit uniform.

Problemele potențiale includ:

1, Legare slabă între diferite materiale de izolare

2, constante dielectrice inegale

3, goluri la interfețele materialelor

4, delaminare internă

5, umiditate prinsă între straturi

6, Goluri în jurul conductorilor încorporați

Bulele interne și impuritățile pot crește și mai mult neuniformitatea mediului dielectric. Sub tensiune de funcționare, aceste regiuni pot experimenta stres electric mai mare decât izolația din jur și pot deveni punctul de pornire al descărcării parțiale.

Alți factori care influențează descărcarea parțială

Descărcarea parțială nu este cauzată doar de defecte de fabricație. Mai multe condiții de funcționare și de mediu pot crește activitatea de descărcare.

Tensiune de operare

Pe măsură ce tensiunea aplicată crește, crește și câmpul electric în regiunile slabe. Un defect care rămâne inactiv la tensiune normală poate produce o descărcare măsurabilă în timpul unui eveniment de supratensiune, un test de rezistență sau o creștere temporară a tensiunii sistemului.

Temperatură

Temperatura afectează proprietățile de izolație, presiunea gazului, expansiunea materialului și starea interfețelor. Expansiunea termică poate mări golurile existente sau poate pune un stres suplimentar asupra componentelor izolației lipite.

Umiditate și condens

Umiditatea poate reduce rezistența la izolarea suprafeței și poate promova descărcarea de suprafață. Condensul este deosebit de periculoasă atunci când aerul cald și umed intră într-un compartiment mai rece al aparatului de comutare.

Îmbătrânirea izolației

Solicitările electrice, termice și mecanice pe termen lung pot cauza îmbătrânirea izolației. Îmbătrânirea poate produce crăpături, decolorare, eroziune, delaminare și absorbție crescută a umidității, toate acestea pot face mai probabilă descărcarea parțială.

Stresul mecanic și vibrațiile

Conexiunile slabe, vibrațiile și expansiunea termică repetată pot crea spații mici între componentele izolației. Aceste goluri pot deveni locații de descărcare, în special în apropierea barelor colectoare, a terminalelor de cablu și a conductorilor încorporați.

Detectarea descărcării parțiale în aparatul de distribuție

Testarea PD este utilizată pentru a identifica activitatea de descărcare înainte ca aceasta să se transforme într-o defecțiune gravă a izolației. În funcție de echipament și obiectivul de testare, inginerii pot evalua sarcina aparentă, magnitudinea descărcării, modelele rezolvate în fază, repetarea pulsului și modificările în timp.

Un test de încredere ar trebui să includă:

1, Un instrument de măsurare adecvat și un aranjament de senzori

2, Calibrarea corectă a sistemului de măsurare

3, Controlul eficient al interferențelor externe

4, Împământare și ecranare corecte

5, tensiune de testare stabilă și condiții de mediu

6、Comparație cu limitele tehnice și înregistrările anterioare ale testelor

Weshine Electric este un producător profesionist dedicat cercetării, dezvoltării și producției de echipamente de testare și măsurare de înaltă tensiune. Echipată cu ateliere de producție standardizate și laboratoare independente de calibrare, fabrica respectă cu strictețe standardele IEC și sistemele de management al calității ISO pentru a se asigura că fiecare instrument oferă performanțe de testare stabile, repetabile și rezistente la interferențe pentru aplicațiile globale din industria energetică.

Testerul digital cu descărcare parțială GDJF-2007 este dezvoltat independent și calibrat din fabrică de Weshine Electric. Poate fi utilizat pentru măsurarea și analiza digitală a descărcărilor parțiale în echipamente de înaltă tensiune.  În aplicațiile practice, instrumentul poate sprijini evaluarea mărimii PD, a modelelor de descărcare și a stării de izolație. Configurația exactă a testului și criteriile de acceptare trebuie selectate în funcție de designul aparatului de comutare, standardele aplicabile și documentația tehnică a producătorului.

Întrebări frecvente

Care este cea mai frecventă cauză a descărcării parțiale în aparatele de distribuție?

Cauzele comune includ goluri interne, bule de aer, impurități, margini ascuțite ale conductorilor, contaminarea suprafeței, interfețe de izolație slabă și distribuția neuniformă a câmpului electric.

Descărcarea parțială poate fi văzută direct?

De obicei, descărcarea parțială nu poate fi văzută în timpul funcționării normale. Este de obicei detectat prin metode electrice, ultrasonice sau alte metode de măsurare specializate.

Descărcarea parțială înseamnă întotdeauna o defecțiune imediată a echipamentului?

Nu. Descărcările parțiale se pot dezvolta treptat. Cu toate acestea, activitatea persistentă sau în creștere a PD indică deteriorarea izolației și necesită o evaluare profesională.

Cum marginile ascuțite ale barelor colectoare cauzează descărcarea parțială?

Marginile ascuțite concentrează câmpul electric. Câmpul local poate deveni mult mai puternic decât câmpul mediu, permițând descărcarea să înceapă aproape de margine.

Cum poate fi redusă descărcarea parțială în tabloul de distribuție?

Măsurile eficiente includ îmbunătățirea producției de izolație, îndepărtarea bavurilor, controlul curățeniei, prevenirea umidității, optimizarea gradării câmpului electric, îmbunătățirea împământării carcasei și efectuarea de teste regulate PD.

Concluzie

Descărcarea parțială în aparatele de comutare de înaltă tensiune este de obicei rezultatul unei combinații de defecte de izolație, concentrație de câmp electric, materiale dielectrice neuniforme, condiții de mediu și îmbătrânire pe termen lung.

Golurile interne, impuritățile, marginile ascuțite ale barelor colectoare, particulele de metal plutitoare, suprafețele contaminate și interfețele de izolație slabă pot crea stres electric local. Odată ce începe descărcarea, eroziunea chimică și deteriorarea termică pot slăbi treptat izolația.

Testarea regulată a descărcării parțiale oferă informații valoroase despre starea izolației și ajută echipele de întreținere să identifice problemele în curs de dezvoltare înainte de apariția unei defecțiuni majore. Pentru un diagnostic precis, testarea trebuie efectuată de profesioniști calificați, folosind echipamente și proceduri calibrate corespunzător, în conformitate cu standardele aplicabile.

Sprijinit de cercetare și dezvoltare internă, producție standardizată din fabrică și calibrare strictă a calității, Weshine Electric continuă să ofere instrumente de testare de înaltă tensiune fiabile și soluții tehnice profesionale pentru întreținerea stațiilor, inspecția rețelei electrice și diagnosticarea sistemului de alimentare industrială la nivel mondial. Nu ezitați să contactați echipa noastră pentru fișe tehnice, soluții de testare personalizate și asistență angro din fabrică.