Čiastočný výboj je elektrický výboj, ktorý sa vyskytuje v malej oblasti izolácie, kde intenzita elektrického poľa prevyšuje prieraznú silu materiálu. Môže sa vyskytnúť v dutinách v pevnej izolácii, pozdĺž povrchu izolačného materiálu, vo vnútri plynových bublín v tekutej izolácii.
Príčiny čiastočných výbojov
Podľa definície prijatej medzinárodnými normami je čiastočný výboj elektrický výboj, ktorý lokálne posúva izoláciu v oddelenej časti konštrukcie.
Tento proces nastáva v dôsledku ionizácie plynného alebo kvapalného dielektrika a môže sa vyskytnúť na rozhraní medzi dvoma médiami a vo vnútri izolácie. Vznik a vývoj závisí od typu dielektrika a konštrukčných vlastností izolácie objektu. Čiastočné výboje v izolácii sú dôsledkom prítomnosti nehomogenít v štruktúre dielektrika a charakteristík napätia, ktoré naň pôsobí. Takýmito nehomogenitami môžu byť rôzne nečistoty a nečistoty, plynové dutiny, zvlhčovacie zóny. Takéto chyby sa tvoria v štruktúre izolácie spravidla vv dôsledku porušenia procesu jeho výroby a počas prevádzky zariadenia (pod vplyvom mechanických vplyvov, deformácií, vibrácií).
Čo sú stromy a ich formovanie v štruktúre izolačného materiálu
V izolačnom materiáli sa z dutiny, ktorá sa v ňom nachádza, vytvorí stromovitá štruktúra - strom. Čiastočné výboje vznikajú vo vetvách stromov. Vplyvom elektrického poľa a výbojov sa stromy zväčšujú a zväčšujú, čím sa zvyšuje stupeň degradácie polymérneho materiálu. Dendrity majú zvýšenú vodivosť a vedú k postupnej deštrukcii dielektrika.
Keďže čiastočný výboj v plynnom médiu vyžaduje napätie nižšie ako pri akomkoľvek účinku v kvapalnom alebo tuhom cudzom inklúzii, prítomnosť takýchto defektov v izolácii môže byť najpravdepodobnejšou príčinou začiatku deštrukcie tohto materiál. Je to spôsobené tým, že v dutine naplnenej plynom je intenzita elektrického poľa vyššia ako v pevnej alebo kvapalnej oblasti a elektrická pevnosť plynného média má nižšiu hodnotu ako iné izolačné frakcie.
Typy stromov
Pri vystavení striedavému a impulznému napätiu, ako aj pri veľmi vysokých hodnotách, sa vytvárajú reťazce elektrického pôvodu. Počas prevádzky zariadenia tieto hodnoty nespôsobujú okamžité narušenie izolácie, ale môžu vyvolať ionizáciu plynu vnehomogenít. Ak v štruktúre materiálu nie sú dostatočne veľké dutiny, dendrity sa môžu vyvíjať relatívne dlho.
Prítomnosť nadmerne veľkých bublín vedie k čiastočným výbojom, keď je kábel prevádzkovaný pri menovitom napätí.
Vodné stromy sa tvoria, keď sa vlhkosť dostane do izolácie v dôsledku difúzie alebo mikrotrhlín v materiáli.
Pri kondenzácii vlhkosti v inklúziách sa tu tvoria dendrity, po ktorých začína ich intenzívna tvorba a rast v dôsledku objavenia sa ďalších dutín. To vedie k zníženiu elektrickej pevnosti dielektrika a k pretrhnutiu kábla.
Hlavné príčiny degradácie izolácie zahŕňajú elektrické starnutie v dôsledku čiastočných výbojov vyskytujúcich sa v inklúziách pri prepätí av menovitom prevádzkovom režime a tepelné starnutie materiálu.
Vplyvom čiastočných výbojov sa spustí proces deštrukcie izolácie, zväčší sa veľkosť postihnutej oblasti.
Podmienky vzniku čiastočných výbojov závisia od tvaru elektromagnetického poľa izolačnej konštrukcie a elektrických vlastností konkrétnej zóny materiálu.
Čiastočné výboje zvyčajne nevedú k prierazu izolácie, spôsobujú však zmeny v štruktúre dielektrika a pri dostatočne dlhej prevádzke systému môžu spôsobiť prielom izolácie vrstva. Ich výskyt vždy poukazuje na lokálnu heterogenitu.dielektrikum. Charakteristiky čiastočných výbojov umožňujú celkom dobre posúdiť stupeň defektnosti izolačnej konštrukcie.
Predstavujú najväčšie nebezpečenstvo, keď je zariadenie prevádzkované na striedavé a impulzné napätie.
Fyzikálne javy sprevádzajúce čiastočné výboje v izolácii
Prehriatie izolácie urýchľuje proces jej deštrukcie tým, že zvyšuje počet bodov, v ktorých sa objavujú nové defekty, čo vedie k zvýšeniu počtu a objemu dendritov. To vedie k zvýšenému napätiu na poliach oblasti.
Čiastočný elektrický výboj má tepelný účinok na izoláciu a tiež ju ničí nabitými časticami a reaktívnymi produktmi, ktoré sú výsledkom výboja.
Čiastočné výboje navyše spôsobujú výskyt pulzných prúdov v kanáloch, ktoré vytvárajú. Pri poruche je toto všetko sprevádzané elektromagnetickým žiarením, rázovými vlnami, svetelnými zábleskami a rozpadom izolácie na molekulárnej úrovni.
Čiastočné výboje patria medzi hlavné príčiny poškodenia vysokonapäťových zariadení. Vysvetľuje to skutočnosť, že výskyt čiastočných výbojov je počiatočným štádiom vývoja väčšiny defektov vo vysokonapäťovej izolácii.
V dôsledku týchto procesov sa vytvárajú podmienky pre vznik poruchy izolácie.
Fázy vybíjania
Keď je prekročená určitá prahová hodnota napätia, nastavte konkrétnu hodnotuizolačného materiálu, môžu v ňom byť iniciované čiastočné výboje, ktoré nevedú k okamžitému vyhoreniu izolácie, preto môžu byť celkom prijateľné. Dostali meno - iniciála.
Ďalší nárast napätia, nárast veľkosti a počtu inklúzií, počtu stromov v procese nepretržitej prevádzky zariadenia vedie k prudkému zvýšeniu intenzity čiastočných výbojov. Ich výskyt prudko znižuje trvanlivosť izolácie a môže viesť k jej rozpadu. Takéto výboje sa nazývajú kritické.
Vplyv výbojov v štruktúre na zariadenie
Jedným z hlavných konštrukčných prvkov transformátorov a elektrických strojov je izolácia vinutia. Neustále je vystavený takým deštruktívnym faktorom, ako sú: tepelné účinky v dôsledku dlhého toku prúdov; zaťaženie vibráciami v dôsledku činnosti magnetického obvodu (pre transformátory) a hnacieho mechanizmu (pre elektrické stroje); následky nárazových prúdov a skratových prúdov.
Všetky tieto faktory vedú k poškodeniu izolácie a čiastočným výbojom. Pri elektrických strojoch je to najčastejšia príčina poruchy a pri transformátoroch je porucha v dôsledku poškodenia izolácie vinutia na druhom mieste po poškodení priechodiek.
Prečo potrebujete merať výboje
Meranie procesov, ku ktorým dochádza pri výskyte čiastočných výbojov, je nevyhnutné na to, aby bolo možné zabrániť rozpadu izolácie a minimalizovať hointenzita v izolačných materiáloch.
V súvislosti s použitím izolácie XLPE pri konštrukcii silových káblov, silových zariadení, vysokonapäťových transformátorov, nadzemných elektrických vedení je potrebné neustále monitorovať čiastočné výboje, ktoré ovplyvňujú bezpečnosť ich prevádzky.
Prevencia rozpadu izolácie a metódy testovania
Počas prevádzky je potrebné vykonávať kontroly stavu izolačného materiálu, aby sa zistilo vznikajúce poškodenie a zabránilo sa náhodným poruchám v dôsledku čiastočných výbojov na zariadení.
Na kontrolu stupňa defektnosti izolácie vysokonapäťových zariadení existujú:
- Testy so zvýšeným napätím, čo do veľkosti ekvivalentné jeho možnému zvýšeniu počas prevádzky. Je to potrebné na stanovenie hodnôt dielektrickej pevnosti izolácie počas krátkodobého zvýšenia napätia.
- Nedeštruktívne testovacie metódy na určenie životnosti jeho prevádzky.
Umožňuje to vykonávať spoľahlivú diagnostiku prevádzkových zariadení bez vyraďovania zariadení z prevádzky, a tým eliminovať ekonomické straty.
Existujúce metódy diagnostiky čiastočných výbojov umožňujú odhaliť poruchu v ranom štádiu jej vývoja, a tým zabrániť nákladným opravám alebo výmene chybného zariadenia.
Niektoré metódy vám umožňujú lokalizovať oblasť defektu a opravené budú iba poškodené oblastiizolácia.
Pri testovaní zariadenia s vysokým napätím sa kvalita izolácie zhoršuje v dôsledku vystavenia napätiu niekoľkonásobne vyšším ako sú pracovné hodnoty.
Diagnostické metódy detekcie čiastočného výboja umožňujú čo najpresnejšie posúdenie stupňa zvyškového výkonu zariadenia bez toho, aby to malo deštruktívny vplyv na jeho izoláciu. Diagnostiku čiastočných výbojov počas prevádzky sťažuje skutočnosť, že v okolí kontrolovaného objektu sa zvyčajne nachádza ďalšie zariadenie, ktoré je zdrojom rušenia. Tieto signály sa nemusia parametrami líšiť od signálov požadovaného objektu, pretože môže ísť aj o čiastočné výboje.
Preto, aby ste oddelili rušivé signály a nameraný čiastočný výboj, musíte najskôr zmerať rušivé signály s vypnutým napätím na testovanom objekte a potom ho zmerať v prevádzkovom režime.
V tomto prípade sa zaznamená súčet signálov čiastočného vybitia a pozadia.
Rozdiel medzi týmito meraniami ukáže hodnotu signálu PD.
Získané charakteristiky nám umožňujú vyhodnotiť charakter defektov a samotný výboj.
Metóda čiastočného vybitia nepoškodzuje izoláciu a je široko používaná, pretože testovací proces nepoužíva vysoké napätie na nepriaznivé ovplyvnenie izolácie.
Metóda elektrického vybíjania
Metóda vyžaduje kontakt meracieho prístroja s izoláciou.
Umožňuje vám definovať veľké množstvo charakteristík čiastočného výboja.
Toto je najpresnejšie zo všetkýchmetódy merania čiastočného výboja.
Spôsob akustickej registrácie
Táto metóda je založená na použití mikrofónov, ktoré zachytávajú zvukové signály zo živého zariadenia.
Snímače sú inštalované v zložitých rozvádzačoch a iných elektrických zariadeniach a fungujú na diaľku.
Nevýhoda: čiastočné výboje malej veľkosti sa nezaznamenávajú.
Elektromagnetická alebo vzdialená metóda
Detekcia čiastočných výbojov pomocou mikrovlnnej metódy je jednoduchý a efektívny proces. Na tento účel sa používa smerová anténa.
Nevýhodou tejto metódy je nemožnosť merania veľkosti výbojov.
Špecifické výboje v transformátoroch
Výkonné výkonové transformátory sú súčasťou energetických systémov av ich blízkosti sú inštalované vysokonapäťové zariadenia, v ktorých môžu existovať čiastočné výboje. Signály z nich sa posielajú do riadeného transformátora rôznymi spôsobmi.
Ak je transformátor pripojený k nadzemným elektrickým vedeniam, ktoré sú vystavené blesku, signály z nich budú zaznamenané pri meraní charakteristík čiastočného výboja v izolácii transformátora.
Keď je transformátor umiestnený v otvorenej rozvodni, na jeho vonkajších častiach pod prúdom sa periodicky vyskytujú korónové výboje v závislosti od teploty, vlhkosti a iných faktorov.
Zmena záťaže a prítomnosť zariadení v transformátoroch, ktoré regulujú ich parametre počas prevádzky, napr.regulácia prevádzky pri zaťažení vedie k zmene charakteristík čiastočných výbojov, ktoré sa môžu znižovať alebo zvyšovať.
Všetky tieto faktory vedú k tomu, že mnohé merania na transformátoroch môžu poskytnúť skreslený obraz o stave izolácie.
Namerané hodnoty z testovaného transformátora budú prekryté pulzmi šumu z okolitého zariadenia.
V takýchto prípadoch je potrebné použiť vhodne zvolenú meraciu techniku, aby sa vylúčil vplyv rušenia na prijímané údaje o čiastočných výbojoch v transformátoroch.
