Узроци делимичног пражњења у високонапонским расклопним уређајима

Делимично пражњење је један од најважнијих знакова раног упозорења на пропадање изолације у високонапонским расклопним уређајима. Иако делимично пражњење не премошћује у потпуности изолацију између проводника, поновљена активност пражњења може постепено оштетити изолациони систем и повећати ризик од квара изолације, прескока и неочекиваног гашења опреме.

Разумевање узрока делимичног пражњења помаже електроинжењерима да идентификују кварове у раној фази и побољшају поузданост расклопног уређаја током његовог радног века.

Шта је делимично пражњење?

Делимично пражњење је локализовано електрично пражњење које се јавља само у делу изолационог система. Може се развити унутар празнине испуњене гасом, дуж изолационе површине, око оштре ивице проводника или близу дефекта у чврстом или композитном диелектрику.

Феномен је обично повезан са локалном концентрацијом електричног стреса. Када локално електрично поље премаши отпорну снагу слабог подручја, долази до кратког пражњења. Пражњење може бити кратко и мало, али поновљена активност може прогресивно ослабити околну изолацију.

ИЕЦ 60270 дефинише методе засноване на наелектрисању за мерење делимичног пражњења у електричним апаратима, компонентама и системима тестираним наизменичним или једносмерним напоном. Стандард се такође бави мерним круговима, калибрацијом, дигиталним мерењем и одвајањем сигнала делимичног пражњења од спољашњих сметњи.ИЕЦ 60270:2025

Како делимично пражњење оштећује изолацију

1. Хемијска оштећења изазвана наелектрисаним честицама

Током делимичног пражњења, електрони и јони се крећу кроз слабу област изолације. Ове високоенергетске наелектрисане честице сударају се са молекулима изолације и могу да разбију хемијске везе.

Поновљено бомбардовање може изазвати:

1、Раслагање полимерних ланаца

2、Површинска ерозија

3、Формирање проводних карбонизованих путева

4、Хемијска деградација епоксидне смоле и других изолационих материјала

5、Постепено смањење диелектричне чврстоће

У чврстој изолацији, овај процес може повећати унутрашњу шупљину или створити канал за стабла. Када квар постане довољно велики, изолација можда више неће издржати нормалан радни напон или привремени пренапон.

2. Термичка и оксидативна оштећења

Делимично пражњење такође производи локализовану топлоту. Иако просечна енергија појединачног пражњења може бити ниска, поновљени импулси концентрисани у истој области могу подићи температуру околне изолације.

Настали топлотни стрес може довести до:

1、Локално прегревање

2、Оксидативно пуцање

3、Топљење или карбонизација полимерних материјала

4、Губитак механичке чврстоће

5、Проширење унутрашњих пукотина и шупљина

Термичко оштећење и хемијско оштећење често се међусобно појачавају. Како површина изолације постаје грубља или проводљивија, локално електрично поље постаје мање униформно, што може убрзати даљу активност пражњења.

Високонапонска расклопна опрема и њен систем изолације

Високонапонска расклопна опрема је сложен склоп који комбинује проводнике, склопне уређаје, сабирнице, изолационе компоненте, кућишта за уземљење и управљачке системе.

У зависности од дизајна, типични материјали могу укључивати:

1、Епоксидна смола

2、Силикон или друга инжењерска пластика

3、Ваздух или изолациони гас

4、Сумпор хексафлуорид у применљивој опреми са гасном изолацијом

5、Керамичка или композитна изолација

6、Бакар, алуминијум и други проводљиви материјали

Комбинација различитих материјала и геометрија ствара више локација на којима може доћи до делимичног пражњења. Квалитет производње, тачност монтаже, радни напон, температура, влажност, контаминација и старење изолације могу утицати на понашање ПД.

За примену у расклопним апаратима, релевантни захтеви зависе од дизајна опреме и класе напона. Серија ИЕЦ 62271 покрива високонапонску расклопну и управљачку опрему, укључујући опрему која користи чврсту изолацију и изолационе гасове.ИЕЦ 62271 серија

Главни узроци делимичног пражњења у високонапонским расклопним уређајима

1. Дефекти у процесу производње изолације

Дефекти у производњи су међу најчешћим изворима делимичног пражњења у расклопним уређајима са чврстом изолацијом.

Унутрашње празнине и ваздушни мехурићи

Током ливења епоксида, обликовања или инкапсулације, мехурићи ваздуха могу остати унутар изолације. Ове шупљине имају нижу диелектричну чврстоћу од околне чврсте изолације.

Када се примени напон, електрично поље унутар празнине постаје веће од просечног поља у чврстом материјалу. Ово је повезано са разликом између диелектричне константе гаса унутар шупљине и оне у околној изолацији.

Као резултат тога, гас у шупљини се може покварити пре главне изолације. Свако пражњење може повећати празнину, оштетити њену површину и на крају смањити укупну чврстоћу изолације.

Стране честице и контаминација материјала

Металне честице, прашина, влага и друге нечистоће које се уносе током производње могу створити локалне слабе тачке. Кондуктивна контаминација може изобличити електрично поље или формирати пут пражњења између различитих региона изолације.

Типични узроци укључују:

1、Лоше контролисани услови ливења

2、Неадекватно чишћење пре монтаже

3、Неправилно складиштење изолационих компоненти

4、Недовољно очвршћавање епоксидне смоле

5、Контаминација током транспорта или инсталације

Један унутрашњи квар можда неће изазвати тренутни квар, али може постати активнији како опрема стари или ради под повећаним електричним стресом.

2. Неравномерна дистрибуција електричног поља

Уједначено електрично поље је неопходно за поуздане перформансе изолације. Било која оштра тачка, неправилна површина или плутајући проводни објекат може повећати локално електрично поље и покренути делимично пражњење.

Неравнине и оштре ивице на проводницима

Неравнине на сабирницама, оштри углови, недовршене ивице проводника и лоше обликоване електроде могу произвести јаку концентрацију електричног поља.

Овај ефекат је посебно значајан око:

1、Сабирнички спојеви

2、Кабловски терминали

3、Померање контаката

4、Вијчани спојеви

5、Заштитне компоненте

6、Проводни уметци унутар обликоване изолације

Чак и када је просечан радни напон унутар вредности опреме, локално поље близу оштре ивице може премашити почетни ниво пражњења.

Лабаве или плутајуће металне честице

Металне честице унутар кућишта разводног уређаја могу постати електрично напуњене или се померати под утицајем електричног поља. Њихов положај и потенцијал се могу променити током рада, стварајући нестабилне услове на терену.

Такве честице могу изазвати:

1、Побољшање локалног поља

2、Површинско пражњење

3、Повремени импулси пражњења

4、Праћење оближње изолације

5、Нестабилни ПД обрасци

Ово је један од разлога зашто су чистоћа и строге процедуре монтаже важне током производње и одржавања расклопних уређаја.

Контаминиране или грубе изолационе површине

Прашина, влага, уље и друга контаминација могу смањити ефективну стазу пузања на површини изолације. Груба или оштећена површина такође ствара мале концентрације поља где може да почне површинско пражњење.

Површинска контаминација је посебно важна у опреми која је изложена:

1、Висока влажност

2、Проводљива прашина

3、Слани спреј

4、Индустријско загађење

5、Кондензација

6、Лоша вентилација

Само чишћење можда неће трајно решити проблем ако је површина изолације већ развила трагове, пукотине или ерозију.

Дефекти у уземљеном кућишту

Метално кућиште обично обезбеђује заштиту и контролисан референтни потенцијал. Међутим, груби завари, поре, инклузије шљаке и други производни дефекти могу створити неправилне услове електричног поља у близини уземљеног кућишта.

Ови дефекти могу да ступе у интеракцију са оближњом изолацијом или проводљивим деловима и повећају ризик од пражњења. Због тога треба проверити квалитет завара, геометрију кућишта, континуитет уземљења и унутрашње зазоре током производње и инспекције.

3. Неуједначени диелектрични медији

Савремени разводни уређаји често користе композитне изолационе системе у којима неколико материјала ради заједно. На пример, епоксидна смола се може комбиновати са инжењерском пластиком, изолационим гасом, проводљивим уметцима и ваздушним празнинама.

Сваки материјал има различита електрична и термичка својства. Ако су интерфејси лоше дизајнирани или произведени, диелектрично поље можда неће бити равномерно распоређено.

Потенцијални проблеми укључују:

1、Лоша веза између различитих изолационих материјала

2、Неуједначене диелектричне константе

3、Пропусте на материјалним интерфејсима

4、Унутрашње раслојавање

5、Влага заробљена између слојева

6、Празнине око уграђених проводника

Унутрашњи мехурићи и нечистоће могу додатно повећати неуједначеност диелектричног медијума. Под радним напоном, ови региони могу доживети већи електрични стрес од околне изолације и постати почетна тачка делимичног пражњења.

Други фактори који утичу на делимично пражњење

Делимично пражњење није узроковано само грешкама у производњи. Неколико радних услова и услова околине може повећати активност пражњења.

Оператинг Волтаге

Како се примењени напон повећава, повећава се и електрично поље у слабим областима. Дефект који остаје неактиван при нормалном напону може довести до мерљивог пражњења током догађаја пренапона, теста отпорности или привременог пораста напона система.

Температура

Температура утиче на својства изолације, притисак гаса, експанзију материјала и стање интерфејса. Топлотно ширење може повећати постојеће празнине или додатно оптеретити спојене изолационе компоненте.

Влажност и кондензација

Влага може смањити отпор површинске изолације и подстаћи површинско пражњење. Кондензација је посебно опасна када топао, влажан ваздух уђе у хладнији одељак разводног уређаја.

Старење изолације

Дуготрајно електрично, топлотно и механичко оптерећење може изазвати старење изолације. Старење може произвести пукотине, промену боје, ерозију, раслојавање и повећану апсорпцију влаге, што све може учинити делимично пражњење вероватнијим.

Механички напон и вибрације

Лабави спојеви, вибрације и поновљено топлотно ширење могу створити мале празнине између компоненти изолације. Ови празнини могу постати места за пражњење, посебно близу сабирница, завршетака каблова и уграђених проводника.

Детекција делимичног пражњења у расклопној јединици

ПД тестирање се користи за идентификацију активности пражњења пре него што се развије у озбиљан квар изолације. У зависности од опреме и циља тестирања, инжењери могу проценити привидно пуњење, величину пражњења, фазно разрешене обрасце, понављање импулса и промене током времена.

Поуздан тест треба да укључује:

1、Погодан мерни инструмент и распоред сензора

2、Правилна калибрација мерног система

3、Ефикасна контрола спољних сметњи

4. Исправно уземљење и заштита

5 、Стабилан испитни напон и услови околине

6、Поређење са техничким ограничењима и претходним тестовима

Весхине Елецтриц је професионални произвођач посвећен истраживању, развоју и производњи опреме за тестирање и мерење високог напона. Опремљена стандардизованим производним радионицама и независним лабораторијама за калибрацију, фабрика стриктно прати ИЕЦ стандарде и ИСО системе управљања квалитетом како би осигурала да сваки инструмент даје стабилне, поновљиве и отпорне на сметње перформансе теста за глобалне апликације у електроенергетској индустрији.

ГДЈФ-2007 Дигитални тестер делимичног пражњења је независно развијен и фабрички калибрисан од стране Весхине Елецтриц. Може се користити за дигитално мерење и анализу делимичног пражњења у високонапонској опреми.  У практичним применама, инструмент може да подржи процену величине ПД, образаца пражњења и стања изолације. Тачну конфигурацију испитивања и критеријуме прихватања треба изабрати у складу са дизајном расклопног уређаја, важећим стандардима и техничком документацијом произвођача.

Често постављана питања

Који је најчешћи узрок делимичног пражњења у расклопним апаратима?

Уобичајени узроци укључују унутрашње шупљине, мехуриће ваздуха, нечистоће, оштре ивице проводника, површинску контаминацију, лошу изолацију и неравномерну дистрибуцију електричног поља.

Да ли се делимично пражњење може директно видети?

Обично се делимично пражњење не може видети током нормалног рада. Обично се открива електричним, ултразвучним или другим специјализованим методама мерења.

Да ли делимично пражњење увек значи тренутни квар опреме?

Не. Делимично пражњење се може развити постепено. Међутим, упорна или све већа активност ПД указује на погоршање изолације и захтева стручну процену.

Како оштре ивице сабирница узрокују делимично пражњење?

Оштре ивице концентришу електрично поље. Локално поље може постати много јаче од просечног поља, омогућавајући да пражњење почне близу ивице.

Како се може смањити делимично пражњење у расклопним апаратима?

Ефикасне мере укључују побољшање производње изолације, уклањање неравнина, контролу чистоће, спречавање влаге, оптимизацију степена електричног поља, побољшање уземљења кућишта и спровођење редовних ПД тестирања.

Закључак

Делимично пражњење у високонапонским расклопним уређајима је обично резултат комбинације недостатака изолације, концентрације електричног поља, неуједначених диелектричних материјала, услова околине и дуготрајног старења.

Унутрашње празнине, нечистоће, оштре ивице сабирница, плутајуће металне честице, контаминиране површине и лоша изолациона сучеља могу створити локални електрични стрес. Када почне пражњење, хемијска ерозија и топлотна оштећења могу постепено ослабити изолацију.

Редовно тестирање делимичног пражњења пружа драгоцене информације о стању изолације и помаже тимовима за одржавање да идентификују проблеме у развоју пре него што дође до већег квара. За тачну дијагнозу, тестирање треба да обављају квалификовани стручњаци користећи правилно калибрирану опрему и процедуре у складу са важећим стандардима.

Подржан сопственим истраживањем и развојем, стандардизованом фабричком производњом и строгом калибрацијом квалитета, Весхине Елецтриц наставља да пружа поуздане инструменте за тестирање високог напона и професионална техничка решења за одржавање подстаница, инспекцију електричне мреже и дијагностику индустријског електроенергетског система широм света. Слободно контактирајте наш тим за техничке листове, прилагођена решења за тестирање и фабричку подршку на велико.