Η μερική εκφόρτιση είναι ένα από τα πιο σημαντικά έγκαιρα προειδοποιητικά σημάδια φθοράς της μόνωσης στους διακόπτες υψηλής τάσης. Αν και μια μερική εκφόρτιση δεν γεφυρώνει πλήρως τη μόνωση μεταξύ των αγωγών, η επαναλαμβανόμενη δραστηριότητα εκφόρτισης μπορεί σταδιακά να βλάψει το σύστημα μόνωσης και να αυξήσει τον κίνδυνο αστοχίας της μόνωσης, υπερχείλισης και απροσδόκητης διακοπής λειτουργίας του εξοπλισμού.
Η κατανόηση των αιτιών της μερικής εκφόρτισης βοηθά τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς να εντοπίσουν τα ελαττώματα σε πρώιμο στάδιο και να βελτιώσουν την αξιοπιστία του εξοπλισμού διανομής καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του.
Η μερική εκφόρτιση είναι μια τοπική ηλεκτρική εκφόρτιση που εμφανίζεται μόνο σε ένα τμήμα ενός συστήματος μόνωσης. Μπορεί να αναπτυχθεί μέσα σε ένα κενό γεμάτο αέριο, κατά μήκος μιας επιφάνειας μόνωσης, γύρω από μια αιχμηρή άκρη αγωγού ή κοντά σε ένα ελάττωμα σε ένα στερεό ή σύνθετο διηλεκτρικό.
Το φαινόμενο συνήθως συνδέεται με τοπική συγκέντρωση ηλεκτρικού στρες. Όταν το τοπικό ηλεκτρικό πεδίο υπερβαίνει την αντοχή αντοχής μιας ασθενούς περιοχής, λαμβάνει χώρα μια σύντομη εκφόρτιση. Η εκκένωση μπορεί να είναι σύντομη και μικρή, αλλά η επαναλαμβανόμενη δραστηριότητα μπορεί σταδιακά να αποδυναμώσει τη γύρω μόνωση.
Το IEC 60270 ορίζει μεθόδους βασισμένες στο φορτίο για τη μέτρηση της μερικής εκφόρτισης σε ηλεκτρικές συσκευές, εξαρτήματα και συστήματα που ελέγχονται με τάση AC ή DC. Το πρότυπο ασχολείται επίσης με τα κυκλώματα μέτρησης, τη βαθμονόμηση, την ψηφιακή μέτρηση και τον διαχωρισμό των σημάτων μερικής εκφόρτισης από τις εξωτερικές παρεμβολές.IEC 60270:2025
Κατά τη διάρκεια μιας μερικής εκφόρτισης, τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα κινούνται μέσα από την ασθενή περιοχή της μόνωσης. Αυτά τα φορτισμένα σωματίδια υψηλής ενέργειας συγκρούονται με μόρια μόνωσης και μπορούν να σπάσουν χημικούς δεσμούς.
Ο επαναλαμβανόμενος βομβαρδισμός μπορεί να προκαλέσει:
1, Αποσύνθεση πολυμερών αλυσίδων
2, Επιφανειακή διάβρωση
3, Σχηματισμός αγώγιμων ανθρακούχων διαδρομών
4, Χημική αποικοδόμηση εποξειδικής ρητίνης και άλλων μονωτικών υλικών
5, Σταδιακή μείωση της διηλεκτρικής αντοχής
Σε στερεά μόνωση, αυτή η διαδικασία μπορεί να διευρύνει μια εσωτερική κοιλότητα ή να δημιουργήσει ένα κανάλι δέντρου. Μόλις το ελάττωμα γίνει αρκετά μεγάλο, η μόνωση μπορεί να μην αντέχει πλέον την κανονική τάση λειτουργίας ή την προσωρινή υπέρταση.
Η μερική εκφόρτιση παράγει επίσης τοπική θερμότητα. Αν και η μέση ενέργεια μιας μεμονωμένης εκκένωσης μπορεί να είναι χαμηλή, επαναλαμβανόμενοι παλμοί συγκεντρωμένοι στην ίδια περιοχή μπορούν να αυξήσουν τη θερμοκρασία της γύρω μόνωσης.
Η προκύπτουσα θερμική καταπόνηση μπορεί να οδηγήσει σε:
1, Τοπική υπερθέρμανση
2, Οξειδωτική πυρόλυση
3, Τήξη ή ενανθράκωση πολυμερών υλικών
4, Απώλεια μηχανικής αντοχής
5, Επέκταση εσωτερικών ρωγμών και κενών
Η θερμική βλάβη και η χημική βλάβη συχνά αλληλοενισχύονται. Καθώς η επιφάνεια της μόνωσης γίνεται πιο τραχιά ή πιο αγώγιμη, το τοπικό ηλεκτρικό πεδίο γίνεται λιγότερο ομοιόμορφο, γεγονός που μπορεί να επιταχύνει περαιτέρω τη δραστηριότητα εκφόρτισης.
Ο πίνακας διανομής υψηλής τάσης είναι ένα σύνθετο συγκρότημα που συνδυάζει αγωγούς, συσκευές μεταγωγής, ζυγούς, εξαρτήματα μόνωσης, περιβλήματα γείωσης και συστήματα ελέγχου.
Ανάλογα με το σχέδιο, τα τυπικά υλικά μπορεί να περιλαμβάνουν:
1, Εποξειδική ρητίνη
2, Σιλικόνη ή άλλα πλαστικά μηχανικής
3, Αέρας ή μονωτικό αέριο
4, Εξαφθοριούχο θείο σε ισχύοντα εξοπλισμό με μόνωση αερίου
5, Κεραμική ή σύνθετη μόνωση
6, Χαλκός, αλουμίνιο και άλλα αγώγιμα υλικά
Ο συνδυασμός διαφορετικών υλικών και γεωμετριών δημιουργεί πολλαπλές θέσεις όπου μπορεί να συμβεί μερική εκφόρτιση. Η ποιότητα κατασκευής, η ακρίβεια συναρμολόγησης, η τάση λειτουργίας, η θερμοκρασία, η υγρασία, η μόλυνση και η γήρανση της μόνωσης μπορούν όλα να επηρεάσουν τη συμπεριφορά του PD.
Για εφαρμογές εξοπλισμού διανομής, οι σχετικές απαιτήσεις εξαρτώνται από το σχεδιασμό του εξοπλισμού και την κατηγορία τάσης. Η σειρά IEC 62271 καλύπτει συσκευές διανομής και ελέγχου υψηλής τάσης, συμπεριλαμβανομένου εξοπλισμού που χρησιμοποιεί στερεά μόνωση και μονωτικά αέρια.Σειρά IEC 62271
Τα κατασκευαστικά ελαττώματα είναι από τις πιο κοινές πηγές μερικής εκφόρτισης σε στερεά μονωμένα συστήματα διανομής.
Κατά τη διάρκεια της εποξειδικής χύτευσης, χύτευσης ή ενθυλάκωσης, ενδέχεται να παραμείνουν φυσαλίδες αέρα μέσα στη μόνωση. Αυτά τα κενά έχουν χαμηλότερη διηλεκτρική αντοχή από την περιβάλλουσα στερεά μόνωση.
Όταν εφαρμόζεται τάση, το ηλεκτρικό πεδίο μέσα στο κενό γίνεται υψηλότερο από το μέσο πεδίο στο στερεό υλικό. Αυτό σχετίζεται με τη διαφορά μεταξύ της διηλεκτρικής σταθεράς του αερίου μέσα στο κενό και αυτής της περιβάλλουσας μόνωσης.
Ως αποτέλεσμα, το αέριο στην κοιλότητα μπορεί να σπάσει πριν από την κύρια μόνωση. Κάθε εκκένωση μπορεί να μεγεθύνει το κενό, να καταστρέψει την επιφάνειά του και τελικά να μειώσει τη συνολική αντοχή μόνωσης.
Τα σωματίδια μετάλλων, η σκόνη, η υγρασία και άλλες ακαθαρσίες που εισάγονται κατά την παραγωγή μπορούν να δημιουργήσουν τοπικά αδύναμα σημεία. Η αγώγιμη μόλυνση μπορεί να παραμορφώσει το ηλεκτρικό πεδίο ή να σχηματίσει μια διαδρομή εκκένωσης μεταξύ διαφορετικών περιοχών της μόνωσης.
Τα τυπικά αίτια περιλαμβάνουν:
1, Κακώς ελεγχόμενες συνθήκες χύτευσης
2, Ανεπαρκής καθαρισμός πριν από τη συναρμολόγηση
3, Ακατάλληλη αποθήκευση των εξαρτημάτων μόνωσης
4, Ανεπαρκής σκλήρυνση της εποξειδικής ρητίνης
5, Μόλυνση κατά τη μεταφορά ή την εγκατάσταση
Ένα μόνο εσωτερικό ελάττωμα μπορεί να μην προκαλέσει άμεση βλάβη, αλλά μπορεί να γίνει πιο ενεργό καθώς ο εξοπλισμός παλιώνει ή λειτουργεί υπό αυξημένη ηλεκτρική καταπόνηση.
Ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο είναι απαραίτητο για αξιόπιστη απόδοση μόνωσης. Οποιοδήποτε αιχμηρό σημείο, ακανόνιστη επιφάνεια ή αιωρούμενο αγώγιμο αντικείμενο μπορεί να αυξήσει το τοπικό ηλεκτρικό πεδίο και να προκαλέσει μερική εκφόρτιση.
Τα γρέζια των ζυγών, οι αιχμηρές γωνίες, τα ημιτελή άκρα του αγωγού και τα κακώς διαμορφωμένα ηλεκτρόδια μπορούν να παράγουν ισχυρή συγκέντρωση ηλεκτρικού πεδίου.
Αυτή η επίδραση είναι ιδιαίτερα σημαντική γύρω από:
1, Αρμοί μπάρας
2. Τερματικά καλωδίων
3, Μετακίνηση επαφών
4, Βιδωμένες συνδέσεις
5, Στοιχεία θωράκισης
6, Αγώγιμα ένθετα μέσα στη χυτευμένη μόνωση
Ακόμη και όταν η μέση τάση λειτουργίας είναι εντός της ονομαστικής τιμής του εξοπλισμού, το τοπικό πεδίο κοντά σε μια αιχμηρή άκρη μπορεί να υπερβεί το επίπεδο έναρξης εκφόρτισης.
Τα μεταλλικά σωματίδια μέσα στο περίβλημα του διανομέα μπορούν να φορτιστούν ηλεκτρικά ή να κινηθούν υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου. Η θέση και το δυναμικό τους μπορεί να αλλάξουν κατά τη λειτουργία, δημιουργώντας ασταθείς συνθήκες πεδίου.
Τέτοια σωματίδια μπορεί να προκαλέσουν:
1, Τοπική βελτίωση πεδίου
2, Επιφανειακή εκκένωση
3, Παλμοί διακοπτόμενης εκκένωσης
4, Παρακολούθηση σε κοντινή μόνωση
5, Ασταθή μοτίβα PD
Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο η καθαριότητα και οι αυστηρές διαδικασίες συναρμολόγησης είναι σημαντικές κατά την κατασκευή και τη συντήρηση του εξοπλισμού διανομής.
Η σκόνη, η υγρασία, το λάδι και άλλες μολύνσεις μπορούν να μειώσουν την αποτελεσματική απόσταση ερπυσμού σε μια μονωτική επιφάνεια. Μια τραχιά ή κατεστραμμένη επιφάνεια δημιουργεί επίσης μικρές συγκεντρώσεις πεδίου όπου μπορεί να ξεκινήσει η επιφανειακή εκκένωση.
Η επιφανειακή μόλυνση είναι ιδιαίτερα σημαντική σε εξοπλισμό που εκτίθεται σε:
1, Υψηλή υγρασία
2, Αγώγιμη σκόνη
3, Σπρέι αλατιού
4, Βιομηχανική ρύπανση
5, Συμπύκνωση
6, Κακός αερισμός
Ο καθαρισμός από μόνος του μπορεί να μην λύσει οριστικά το πρόβλημα εάν η επιφάνεια μόνωσης έχει ήδη αναπτύξει ίχνη, ρωγμές ή διάβρωση.
Το μεταλλικό περίβλημα παρέχει συνήθως θωράκιση και ελεγχόμενο δυναμικό αναφοράς. Ωστόσο, τραχιές συγκολλήσεις, πόροι, εγκλείσματα σκωρίας και άλλα κατασκευαστικά ελαττώματα μπορεί να δημιουργήσουν ακανόνιστες συνθήκες ηλεκτρικού πεδίου κοντά στο γειωμένο περίβλημα.
Αυτά τα ελαττώματα μπορεί να αλληλεπιδράσουν με κοντινά μόνωση ή αγώγιμα μέρη και να αυξήσουν τον κίνδυνο εκκένωσης. Η ποιότητα της συγκόλλησης, η γεωμετρία του περιβλήματος, η συνέχεια της γείωσης και τα εσωτερικά διάκενα θα πρέπει επομένως να ελέγχονται κατά την κατασκευή και την επιθεώρηση.
Οι σύγχρονοι διακόπτες χρησιμοποιούν συχνά σύνθετα συστήματα μόνωσης στα οποία συνεργάζονται πολλά υλικά. Για παράδειγμα, η εποξειδική ρητίνη μπορεί να συνδυαστεί με πλαστικά μηχανικής, μονωτικό αέριο, αγώγιμα ένθετα και κενά αέρα.
Κάθε υλικό έχει διαφορετικές ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες. Εάν οι διεπαφές είναι κακοσχεδιασμένες ή κατασκευασμένες, το διηλεκτρικό πεδίο ενδέχεται να μην κατανέμεται ομοιόμορφα.
Τα πιθανά προβλήματα περιλαμβάνουν:
1, Κακή συγκόλληση μεταξύ διαφορετικών υλικών μόνωσης
2, Ανώμαλες διηλεκτρικές σταθερές
3, Κενά στις διεπαφές υλικού
4, Εσωτερική αποκόλληση
5, Υγρασία παγιδευμένη μεταξύ των στρωμάτων
6, Κενά γύρω από ενσωματωμένους αγωγούς
Οι εσωτερικές φυσαλίδες και οι ακαθαρσίες μπορούν να αυξήσουν περαιτέρω την ανομοιομορφία του διηλεκτρικού μέσου. Υπό την τάση λειτουργίας, αυτές οι περιοχές μπορεί να υποστούν μεγαλύτερη ηλεκτρική καταπόνηση από την περιβάλλουσα μόνωση και να γίνουν το σημείο εκκίνησης της μερικής εκφόρτισης.
Η μερική εκφόρτιση δεν προκαλείται μόνο από κατασκευαστικά ελαττώματα. Διάφορες συνθήκες λειτουργίας και περιβάλλοντος μπορούν να αυξήσουν τη δραστηριότητα εκκένωσης.
Καθώς η εφαρμοζόμενη τάση αυξάνεται, το ηλεκτρικό πεδίο σε ασθενείς περιοχές αυξάνεται επίσης. Ένα ελάττωμα που παραμένει ανενεργό σε κανονική τάση μπορεί να προκαλέσει μετρήσιμη εκφόρτιση κατά τη διάρκεια ενός συμβάντος υπέρτασης, μιας δοκιμής αντοχής ή μιας προσωρινής αύξησης της τάσης του συστήματος.
Η θερμοκρασία επηρεάζει τις ιδιότητες μόνωσης, την πίεση του αερίου, τη διαστολή του υλικού και την κατάσταση των διεπαφών. Η θερμική διαστολή μπορεί να διευρύνει τα υπάρχοντα κενά ή να ασκήσει πρόσθετη πίεση στα συνδεδεμένα εξαρτήματα μόνωσης.
Η υγρασία μπορεί να μειώσει την αντίσταση μόνωσης της επιφάνειας και να προωθήσει την επιφανειακή εκκένωση. Η συμπύκνωση είναι ιδιαιτέρως επικίνδυνη όταν εισέρχεται ζεστός, υγρός αέρας σε ένα ψυχρότερο διαμέρισμα διακοπτών.
Η μακροχρόνια ηλεκτρική, θερμική και μηχανική καταπόνηση μπορεί να προκαλέσει γήρανση της μόνωσης. Η γήρανση μπορεί να προκαλέσει ρωγμές, αποχρωματισμό, διάβρωση, αποκόλληση και αυξημένη απορρόφηση υγρασίας, τα οποία μπορούν να κάνουν πιο πιθανή τη μερική εκκένωση.
Οι χαλαρές συνδέσεις, οι κραδασμοί και η επαναλαμβανόμενη θερμική διαστολή μπορεί να δημιουργήσουν μικρά κενά μεταξύ των εξαρτημάτων της μόνωσης. Αυτά τα κενά μπορούν να γίνουν θέσεις εκκένωσης, ειδικά κοντά σε ζυγούς, τερματισμούς καλωδίων και ενσωματωμένους αγωγούς.
Η δοκιμή PD χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό της δραστηριότητας εκκένωσης πριν εξελιχθεί σε σοβαρή αστοχία μόνωσης. Ανάλογα με τον εξοπλισμό και τον στόχο της δοκιμής, οι μηχανικοί μπορούν να αξιολογήσουν τη φαινόμενη φόρτιση, το μέγεθος εκφόρτισης, τα μοτίβα ανάλυσης φάσης, την επανάληψη παλμών και τις αλλαγές με την πάροδο του χρόνου.
Μια αξιόπιστη δοκιμή πρέπει να περιλαμβάνει:
1, Ένα κατάλληλο όργανο μέτρησης και διάταξη αισθητήρα
2, Σωστή βαθμονόμηση του συστήματος μέτρησης
3, Αποτελεσματικός έλεγχος των εξωτερικών παρεμβολών
4, Σωστή γείωση και θωράκιση
5, Σταθερή τάση δοκιμής και περιβαλλοντικές συνθήκες
6, Σύγκριση με τεχνικά όρια και προηγούμενα αρχεία δοκιμών
Η Weshine Electric είναι ένας επαγγελματίας κατασκευαστής αφοσιωμένος στην έρευνα, ανάπτυξη και παραγωγή εξοπλισμού δοκιμής και μέτρησης υψηλής τάσης. Εξοπλισμένο με τυποποιημένα εργαστήρια παραγωγής και ανεξάρτητα εργαστήρια βαθμονόμησης, το εργοστάσιο ακολουθεί αυστηρά τα πρότυπα IEC και τα συστήματα διαχείρισης ποιότητας ISO για να διασφαλίζει ότι κάθε όργανο παρέχει σταθερή, επαναλαμβανόμενη και ανθεκτική στις παρεμβολές απόδοση δοκιμών για εφαρμογές παγκόσμιας βιομηχανίας ηλεκτρικής ενέργειας.
Το GDJF-2007 Digital Partial Discharge Tester έχει αναπτυχθεί και βαθμονομηθεί ανεξάρτητα από την Weshine Electric. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ψηφιακή μέτρηση και ανάλυση μερικής εκφόρτισης σε εξοπλισμό υψηλής τάσης. Σε πρακτικές εφαρμογές, το όργανο μπορεί να υποστηρίξει την αξιολόγηση του μεγέθους PD, των μοτίβων εκκένωσης και της κατάστασης μόνωσης. Η ακριβής διαμόρφωση δοκιμής και τα κριτήρια αποδοχής θα πρέπει να επιλέγονται σύμφωνα με το σχεδιασμό του εξοπλισμού διανομής, τα ισχύοντα πρότυπα και την τεχνική τεκμηρίωση του κατασκευαστή.
Ποια είναι η πιο συχνή αιτία μερικής εκφόρτισης σε εξοπλισμό διανομής;
Συνήθεις αιτίες περιλαμβάνουν εσωτερικά κενά, φυσαλίδες αέρα, ακαθαρσίες, αιχμηρές ακμές αγωγών, επιφανειακή μόλυνση, κακές διεπαφές μόνωσης και ανομοιόμορφη κατανομή ηλεκτρικού πεδίου.
Μπορεί να φανεί απευθείας μερική εκκένωση;
Συνήθως, η μερική εκφόρτιση δεν είναι ορατή κατά την κανονική λειτουργία. Συνήθως ανιχνεύεται μέσω ηλεκτρικών, υπερήχων ή άλλων εξειδικευμένων μεθόδων μέτρησης.
Η μερική εκφόρτιση σημαίνει πάντα άμεση βλάβη του εξοπλισμού;
Όχι. Μερική απόρριψη μπορεί να αναπτυχθεί σταδιακά. Ωστόσο, η επίμονη ή αυξανόμενη δραστηριότητα PD υποδηλώνει φθορά της μόνωσης και απαιτεί επαγγελματική αξιολόγηση.
Πώς προκαλούν μερική εκφόρτιση τα αιχμηρά άκρα του ζυγού;
Οι αιχμηρές άκρες συγκεντρώνουν το ηλεκτρικό πεδίο. Το τοπικό πεδίο μπορεί να γίνει πολύ ισχυρότερο από το μέσο πεδίο, επιτρέποντας την εκφόρτιση να ξεκινήσει κοντά στην άκρη.
Πώς μπορεί να μειωθεί η μερική εκφόρτιση στον πίνακα διανομής;
Τα αποτελεσματικά μέτρα περιλαμβάνουν τη βελτίωση της κατασκευής μόνωσης, την αφαίρεση των γρέζων, τον έλεγχο της καθαριότητας, την πρόληψη της υγρασίας, τη βελτιστοποίηση της ταξινόμησης ηλεκτρικού πεδίου, τη βελτίωση της γείωσης του περιβλήματος και τη διενέργεια τακτικών δοκιμών PD.
Η μερική εκφόρτιση στους διακόπτες υψηλής τάσης είναι συνήθως το αποτέλεσμα ενός συνδυασμού ελαττωμάτων μόνωσης, συγκέντρωσης ηλεκτρικού πεδίου, μη ομοιόμορφων διηλεκτρικών υλικών, περιβαλλοντικών συνθηκών και μακροχρόνιας γήρανσης.
Εσωτερικά κενά, ακαθαρσίες, αιχμηρές άκρες ράβδων, αιωρούμενα μεταλλικά σωματίδια, μολυσμένες επιφάνειες και κακές διεπαφές μόνωσης μπορούν όλα να δημιουργήσουν τοπική ηλεκτρική καταπόνηση. Μόλις ξεκινήσει η εκφόρτιση, η χημική διάβρωση και η θερμική βλάβη μπορεί σταδιακά να αποδυναμώσουν τη μόνωση.
Οι τακτικές δοκιμές μερικής εκφόρτισης παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση της μόνωσης και βοηθούν τις ομάδες συντήρησης να εντοπίσουν τα αναπτυσσόμενα προβλήματα πριν συμβεί μια σημαντική αστοχία. Για ακριβή διάγνωση, οι δοκιμές θα πρέπει να εκτελούνται από ειδικευμένους επαγγελματίες χρησιμοποιώντας κατάλληλα βαθμονομημένο εξοπλισμό και διαδικασίες σύμφωνα με τα ισχύοντα πρότυπα.
Υποστηριζόμενη από εσωτερική Ε&Α, τυποποιημένη εργοστασιακή παραγωγή και αυστηρή βαθμονόμηση ποιότητας, η Weshine Electric συνεχίζει να παρέχει αξιόπιστα όργανα δοκιμών υψηλής τάσης και επαγγελματικές τεχνικές λύσεις για συντήρηση υποσταθμού, επιθεώρηση ηλεκτρικού δικτύου και διάγνωση βιομηχανικών συστημάτων ισχύος παγκοσμίως. Μη διστάσετε να επικοινωνήσετε με την ομάδα μας για τεχνικά δελτία δεδομένων, προσαρμοσμένες λύσεις δοκιμών και εργοστασιακή υποστήριξη χονδρικής.