Частичното разреждане е електрически разряд, който възниква в малка зона на изолация, където силата на електрическото поле надвишава силата на разрушаване на материала. Може да се появи в кухини в твърдата изолация, по повърхността на изолационния материал, вътре в газовите мехурчета в течната изолация.
Причини за частични разряди
Съгласно дефиницията, приета от международните стандарти, частичното разреждане е електрически разряд, който локално шунтира изолацията в отделен участък от конструкцията.
Този процес възниква поради йонизацията на газ или течен диелектрик и може да възникне на интерфейса между две среди и вътре в изолацията. Появата и развитието зависи от вида на диелектрика и конструктивните особености на изолацията на обекта. Частичните разряди в изолацията са следствие от наличието на нееднородности в структурата на диелектрика и характеристиките на напрежението, действащо върху него. Такива нехомогенности могат да бъдат различни примеси и примеси, газови кухини, зони на овлажняване. Такива дефекти се образуват в изолационната конструкция, като правило, вв резултат на нарушение на процеса на неговото производство и по време на работа на оборудването (под влияние на механични въздействия, деформация, вибрации).
Какво представляват дърветата и тяхното образуване в структурата на изолационен материал
В изолационния материал, от кухината, налична в него, се образува дървовидна структура - дървовидна структура. В клоните на дърветата се развиват частични изхвърляния. Под въздействието на електрическо поле и разряди дърветата се увеличават по размер и количество, като по този начин се повишава степента на разграждане на полимерния материал. Дендритите имат повишена проводимост и водят до прогресивно разрушаване на диелектрика.
Тъй като частичното разреждане в газообразна среда изисква напрежение, по-ниско, отколкото за какъвто и да е ефект в течно или твърдо чуждо включване, наличието на такива дефекти в изолацията може да бъде най-вероятната причина за началото на разрушаването на това материал. Това се дължи на факта, че в кухина, пълна с газ, силата на електрическото поле е по-висока, отколкото в твърда или течна област, а електрическата якост на газообразната среда има по-ниска стойност от другите фракции на изолацията.
Видове дървета
Трънци с електрически произход се образуват при излагане на променливо и импулсно напрежение, както и при много високи стойности. По време на работа на оборудването тези стойности не причиняват незабавно разрушаване на изолацията, но могат да провокират йонизация на газа внехомогенности. Ако в структурата на материала няма достатъчно големи кухини, дендритите могат да се развият за относително дълго време.
Наличието на големи мехурчета води до частични разряди, когато кабелът работи при номинално напрежение.
Водните дървета се образуват, когато влагата попадне вътре в изолацията в резултат на дифузия или чрез микропукнатини в материала.
Когато влагата кондензира във включвания, тук се образуват дендрити, след което започва тяхното интензивно образуване и растеж поради появата на допълнителни кухини. Това води до намаляване на електрическата якост на диелектрика и до разпадане на кабела.
Основните причини за влошаване на изолацията включват както електрическо стареене поради частични разряди, възникващи във включвания при пренапрежение и в номинален режим на работа, така и термично стареене на материала.
Под влияние на частични разряди започва процесът на разрушаване на изолацията, размерът на засегнатата зона се увеличава.
Условията за възникване на частични разряди зависят от формата на електромагнитното поле на изолационната конструкция и електрическите свойства на определена зона на материала.
Частичните разряди обикновено не водят до пробив на изолацията, но предизвикват промени в структурата на диелектрика и при достатъчно продължителна работа на системата могат да причинят сквозно разрушаване на изолацията слой. Появата им винаги показва локална хетерогенност.диелектрик. Характеристиките на частичните разряди позволяват доста добре да се прецени степента на дефектност на изолационната конструкция.
Те представляват най-голямата опасност, когато оборудването работи на променливо и импулсно напрежение.
Физически явления, придружаващи частични разряди в изолацията
Прегряването на изолацията ускорява процеса на нейното разрушаване, като увеличава броя на точките, в които се появяват нови дефекти, което води до увеличаване на броя и обема на дендритите. Това води до повишено напрежение в полетата на района.
Частичното електрическо разреждане има термичен ефект върху изолацията, а също така я разрушава със заредени частици и реактивни продукти, получени от разряда.
В допълнение, частичните разряди причиняват появата на импулсни токове в каналите, които създават. По време на повреда всичко това е придружено от електромагнитно излъчване, ударни вълни, светкавици и разрушаване на изолацията на молекулярно ниво.
Частичните разряди са сред основните причини за повреда на оборудването с високо напрежение. Това се обяснява с факта, че появата на частични разряди е началният етап в развитието на повечето дефекти във високоволтова изолация.
В резултат на тези процеси се създават условия за възникване на срив на изолацията.
Етапи на изписване
Когато определен праг на напрежение е надвишен, задайте специфичноизолационен материал, в него могат да се инициират частични разряди, които не водят до незабавно изгаряне на изолацията, следователно могат да бъдат напълно приемливи. Те получиха името - инициал.
Допълнително увеличаване на напрежението, увеличаване на размера и броя на включванията, броя на дърветата в процеса на непрекъсната работа на оборудването, води до рязко увеличаване на интензитета на частичните разряди. Появата им рязко намалява срока на годност на изолацията и може да доведе до нейното разпадане. Такива разряди се наричат критични.
Влияние на разрядите в конструкцията върху оборудването
Един от основните конструктивни елементи на трансформаторите и електрическите машини е изолацията на намотките. Непрекъснато е изложен на такива разрушителни фактори като: топлинни въздействия, дължащи се на дългия поток на токове; вибрационни натоварвания, дължащи се на работата на магнитната верига (за трансформатори) и задвижващия механизъм (за електрически машини); последствия от пускови токове и токове на късо съединение.
Всички тези фактори водят до увреждане на изолацията и частични разряди. При електрическите машини това е най-честата причина за повреда, а при трансформаторите повредата поради повреда на изолацията на намотката е на второ място след повреда на втулките.
Защо трябва да измервате изхвърлянията
Измерването на процесите, възникващи при частични разряди, е необходимо, за да може да се предотврати разрушаването на изолацията и да се сведе до минимуминтензитет в изолационните материали.
Във връзка с използването на XLPE изолация при изграждането на захранващи кабели, енергийно оборудване, високоволтови трансформатори, въздушни електропроводи, е необходимо постоянно да се следят частични разряди, които влияят върху безопасността на тяхната работа.
Предотвратяване на счупване на изолацията и методи за изпитване
Необходимо е да се извършват проверки на състоянието на изолационния материал по време на работа, за да се открият развиващи се повреди и да се предотвратят случайни повреди поради частични разряди на оборудването.
За да контролирате степента на дефектност на изолацията на оборудването с високо напрежение, има:
- Тестове с повишено напрежение, еквивалентно по величина на възможното му увеличение по време на работа. Това е необходимо, за да се установят стойностите на диелектричната якост на изолацията при краткотрайно повишаване на напрежението.
- Методи за безразрушителен тест за определяне на живота на неговата работа.
Това дава възможност за извършване на надеждна диагностика на работещо оборудване, без извеждане от експлоатация на оборудването и следователно елиминиране на икономически загуби.
Съществуващите методи за диагностициране на частични разряди позволяват откриването на дефект на ранен етап от неговото развитие и по този начин предотвратяване на скъпи ремонти или подмяна на повредено оборудване.
Някои методи ви позволяват да локализирате дефектната зона и само повредените области ще подлежат на ремонтизолация.
При тестване на оборудване с високо напрежение, качеството на изолацията се влошава в резултат на излагане на напрежения, няколко пъти по-високи от работните стойности.
Диагностичните методи за откриване на частично разреждане позволяват най-точната оценка на степента на остатъчна работа на оборудването, без да оказват разрушителен ефект върху неговата изолация. Диагностиката на частични разряди по време на работа е затруднена от факта, че обикновено около проверявания обект има друго оборудване, което е източник на смущения. Тези сигнали може да не се различават по параметри от сигналите на желания обект, тъй като може да са и частични разряди.
Следователно, за да разделите сигналите за смущения и измерения частичен разряд, първо трябва да измерите интерференционните сигнали при изключено напрежение на изпитвания обект и след това да го измерите в работен режим.
В този случай сумата от сигналите за частичен разряд и фона ще бъдат записани.
Разликата между тези измервания ще покаже стойността на PD сигнала.
Получените характеристики ни позволяват да оценим естеството на дефектите и самото изпускане.
Методът на частично разреждане не вреди на изолацията и е широко използван, тъй като тестовият процес не използва високо напрежение, за да повлияе неблагоприятно на изолацията.
Метод на електрически разряд
Методът изисква контакт на измервателния инструмент с изолацията.
Позволява ви да дефинирате голям брой характеристики на частичния разряд.
Това е най-точният от всичкиметоди за измерване на частичен разряд.
Метод на акустична регистрация
Този метод се основава на използването на микрофони, които улавят звукови сигнали от оборудване на живо.
Сензорите са инсталирани в сложни разпределителни уреди и друго електрическо оборудване и работят дистанционно.
Недостатък: частични разряди с малък магнитуд не се записват.
Електромагнитен или дистанционен метод
Откриването на частични разряди с помощта на микровълновия метод е прост и ефективен процес. За това се използва насочено антенно устройство.
Недостатъкът на този метод е невъзможността за измерване на величината на изхвърлянията.
Специфични разряди в трансформатори
Мощните силови трансформатори са част от енергийните системи, а близо до тях е монтирано високоволтово оборудване, в което може да има частични разряди. Сигналите от тях се изпращат към управлявания трансформатор по различни начини.
Ако трансформаторът е свързан към въздушни електропроводи, които са подложени на мълния, сигналите от тях ще бъдат записани при измерване на характеристиките на частично разреждане в изолацията на трансформатора.
Когато един трансформатор е разположен в отворена подстанция, периодично се появяват коронни разряди на външните му токопроводящи части, в зависимост от температурата, влажността и други фактори.
Промяна в натоварването и наличието на устройства в трансформаторите, които регулират параметрите си по време на работа, например устройства, коиторегулиране на работа при натоварване, води до промяна в характеристиките на частичните разряди, които могат да намалеят или да се увеличат.
Всички тези фактори водят до факта, че много измервания на трансформатори могат да покажат изкривена картина на състоянието на изолацията.
Показанията, взети от тествания трансформатор, ще бъдат насложени от шумови импулси от близкото оборудване.
В такива случаи е необходимо да се използва правилно избрана измервателна техника, за да се изключи влиянието на смущения върху получените данни при частични разряди в трансформатори.
