Delni izpust v izolaciji: postopek delnega odvajanja

Delni izpust je električni izpust, ki se pojavi na majhni površini izolacije, kjer moč električnega polja presega razgradno trdnost materiala. Lahko se pojavi v prazninah znotraj trdne izolacije, vzdolž površine izolacijskega materiala, v notranjosti plinskih mehurčkov v tekoči izolaciji.

Vzroki delnih izpustov

Po definiciji, sprejetem po mednarodnih standardih, je delni izpust električne razelektritve, pri čemer lokalno premikanje izolacije na poseben del konstrukcije.

Ta proces izhaja iz ionizacije plinskega ali tekočega dielektričnega materiala in se lahko pojavi na vmesniku med dvema medijem in znotraj izolacije. Izvor in razvoj sta odvisna od vrste dielektrika in strukturnih značilnosti izolacije objekta. Delni izpusti v izolaciji so posledica prisotnosti nehomogenosti v strukturi dielektrika in karakteristik napetosti, ki delujejo na njej. Takšne heterogenosti so lahko različne tuje nečistoče in kontaminanti, plinske votline, vlažilne cone. Takšne pomanjkljivosti so oblikovane v izolacijska struktura, običajno kot posledica motenj v procesu njene izdelave in med delovanjem opreme (pod vplivom mehanske obremenitve, deformacije, vibracijah).

Kakšne so triande in njihova tvorba v strukturi izolacijskega materiala

V Ljubljani izolacijski material Od votline, ki je v njem, se oblikuje drevesa podobna struktura - triaža. Delni izpusti se razvijejo v vejah triand. Pod vplivom električnega polja in izpustov se triande povečajo v velikosti in količini, s čimer se poveča stopnja razgradnje polimernega materiala. Dendriti so povečali prevodnost in vodili v postopno uničenje dielektrika.

Ker je pojav delnega odvajanja v plinastem mediju potrebna napetost nižja od tiste za podoben učinek v tekočem ali trdnem tuje snovi, lahko prisotnost takih napak v izolaciji biti najverjetnejši vzrok nastopu zloma materiala. To je posledica dejstva, da je votlina napolnjena s plinom, jakost električnega polja je večja kot v trdnem ali tekočem odseka in dielektrično trdnostjo plinastega medija ima nižjo vrednost od drugih izolacijskih frakcije.

Vrste poteka

Električne indukcije triande nastajajo z delovanjem izmeničnih in impulznih napetosti ter tudi pri zelo visokih vrednostih. Med obratovanjem opreme te vrednosti ne povzročajo takojšnjega razkroja izolacije, lahko pa povzročijo ionizacijo plina v nehomogenosti. Če struktura materiala nima dovolj velikih votlin, se lahko dendriti razvijejo relativno dolgo.

Prisotnost mehurčkov povečane velikosti povzroči nastanek delnih izpustov, ko kabel deluje pri nazivni napetosti.

Vodni odtoki nastajajo, ko vlaga vstopi v notranjost izolacije zaradi difuzije ali skozi mikrostrukture v materialu.

Pri kondenzaciji vlage v vključitvah nastanejo dendriti, po katerih se njihova intenzivna tvorba in rast začnejo zaradi pojavljanja dodatnih praznin. To vodi k zmanjšanju dielektrične trdnosti in razbitju kabla.

Glavni razlog za razgradnjo izolacije vključevati električne staranje zaradi delnih razelektritev v vključkov prenapetosti v nominalni način delovanja in toplotnega staranja materiala.

Pod vplivom delnih izpustov se začne uničenje izolacije, povečuje se velikost prizadetega območja.

Pogoji za pojav delnih izpustov so odvisni od oblike elektromagnetnega polja izolacijske strukture in električnih lastnosti določenega območja materiala.

Delne praznitve običajno ne privede do prehodne okvare izolacije, vendar povzročajo spremembe v dielektrični strukturo in dovolj dolgo operacijski sistem lahko povzroči zlom skozi izolacijski sloj. Njihov videz vedno kaže na lokalno nehomogenost dielektrika. Značilnosti delnih izpustov so dovolj dobre, da bi ocenili stopnjo defektnosti izolacijske strukture.

Največja nevarnost, ki jo predstavljajo, ko oprema deluje na izmenično in impulzno napetost.

Fizični pojavi, ki spremljajo delne izpuste v izolaciji

Pregrevanje vodi v izolacijo pospeši njeno uničenje s povečanjem števila točk, na katerih je prišlo do novih napak, ki vodijo k povečanju števila in obsega dendritov. To vodi v povečanje intenzivnosti na tem področju v tej regiji.

Delno električno praznjenje ima toplotni učinek na izolaciji in ga tudi uniči s polnjenimi delci in kemično aktivnimi proizvodi, ki nastanejo zaradi izpusta.

Poleg tega delni izpusti povzročajo pojav impulznih tokov v kanalih, ki so jih ustvarili. V primeru okvare vse to spremljajo elektromagnetno sevanje, udarni valovi, svetlobni utripa in razgradnja izolacije na molekularni ravni.

Delni izpusti so med glavnimi vzroki za poškodbe visokonapetostne opreme. To pojasnjuje dejstvo, da je pojav delnih izpustov začetna stopnja razvoja večine napak pri visokonapetostni izolaciji.

Zaradi teh procesov nastanejo pogoji za nastanek razbitja izolacije.

Faze izpustov

Če je prekoračen določen napetostni prag, določen za posamezen izolacijski material, se lahko v njej začnejo delni izpusti, ki ne povzročijo takojšnjega izgorevanja izolacije in ga je zato mogoče popolnoma dopuščati. Imajo ime - začetno.

Nadaljnje povečanje napetosti, povečanje velikosti in števila vključkov, število triand v procesu neprekinjenega delovanja opreme povzroči močno povečanje intenzivnosti delnih izpustov. Njihova pojavnost dramatično zmanjšuje rok trajanja izolacije in lahko povzroči razgradnjo. Take izpusti so kritični.

Učinek izpustov v konstrukciji na opremo

Eden od glavnih elementov oblikovanja transformatorjev in električnih strojev je izolacija navitij. To stalno izpostavljena destruktivnih dejavnikov, kot so: termičnih vplivov zaradi dolgotrajnega pronicanja tokov- vibracijske obremenitve zaradi delovanja magnetnega tokokroga (transformator) in pogonski mehanizem (za električna vozila) - pronicanja učinkov vklopnega toka in kratkostičnih tokovih.

Vsi ti dejavniki povzročajo poškodbe izolacije in pojav delnih izpustov. Za električne stroje je to najpogostejši vzrok napake, pri transformatorjih pa je okvara zaradi poškodbe izolacije navitij druga samo za poškodbe vhodov.

Zakaj morate meriti izpuste

Merjenje procesov, ki nastanejo pri delnih izpustih, je potrebno za pridobitev sposobnosti preprečevanja razpada izolacije in zmanjšanja njihove intenzitete v izolacijskih materialih.

V zvezi z uporabo izolacije XLPE pri gradnji električnih kablov, električne opreme, visokonapetostnih transformatorjev, daljnovodov, je potrebno stalno spremljati delne praznitve, ki vplivajo na varnost njihovega delovanja.

Preprečevanje izolacijskih okvar in preskusnih metod

Med delovanjem je potrebno preveriti stanje izolacijskega materiala, da bi odkrili zlome v razvoju in preprečili napake v sili zaradi delnih izpustov na napravi.

Za nadzor stopnje pomanjkljivosti izolacije visokonapetostne opreme obstajajo:

• Preskusi s povečano napetostjo, enakovredne glede na njegovo možno povečanje med delovanjem. To je potrebno za določitev vrednosti električne trdnosti izolacije med kratkotrajno napetostjo.
• Nedestruktivne preskusne metode za določanje časovnega vira svojega delovanja.

To omogoča zanesljivo diagnostiko na delovni opremi, ne da bi se oprema izklapljala iz obratovanja, in zato izključuje gospodarske izgube.

Obstoječe metode za diagnosticiranje delnih odvajanj lahko zaznajo napako v zgodnjih fazah razvoja in s tem preprečijo drago popravilo ali zamenjavo neuspešne opreme.

Nekatere metode omogočajo lokalizacijo področja napak, poškodovane površine izolacije pa bodo popravljene.

Pri testiranju opreme z visoko napetostjo se kakovost izolacije poslabša zaradi napetosti, ki je večkrat večja od obratovalnih vrednosti.

Diagnostične metode za odkrivanje delnega izpusta omogočajo najbolj natančno oceno stopnje preostale učinkovitosti opreme, ne da bi povzročila uničujoč učinek na njegovo izolacijo. Diagnostika delnih izpustov med delovanjem je zapletena zaradi dejstva, da je ponavadi okoli objekta, ki se pregleduje, druga oprema, ki je vir motenj. Ti signali se v parametrih ne morejo razlikovati od signalov želenega predmeta, saj so lahko tudi delni izpusti.

Zato, da ločite interferenčne signale in izmerjeni delni izpust, morate najprej izmeriti interferenčne signale z napetostjo, ki je bila izklopljena pri preskušanem objektu, in jo nato izmerite v načinu delovanja.

V tem primeru se zabeleži vsota delnih signalov izpraznitve in ozadja.

Razlika v rezultatih teh meritev bo pokazala vrednost delnega signala za praznjenje.

Dobljene značilnosti omogočajo oceno značilnosti napak in samega odvajanja.

Delni postopek praznjenja ni škodljiv za izolacijo in se pogosto uporablja, ker preskus ne uporablja povečane napetosti, kar negativno vpliva na izolacijo.

Metoda električnega praznjenja

Metoda zahteva prisotnost stika merilnih instrumentov z izolacijo.

Omogoča določanje velikega števila lastnosti delnega izpusta.

To je najbolj natančno metode merjenja delni izpusti.

Metoda akustičnega snemanja

Ta metoda temelji na uporabi mikrofonov, ki sprejemajo zvočne signale iz delovne opreme.

Senzorji so nameščeni v kompleksnih stikalnih napravah in drugi električni opremi in delujejo na daljavo.

Pomanjkljivost: delni izpusti majhnega obsega niso določeni.

Elektromagnetna ali oddaljena metoda

Odkrivanje delnih izpustov z uporabo mikrovalovne metode je enostaven in učinkovit proces. V ta namen se uporablja usmerjena antenska naprava.

Pomanjkljivost te metode je nezmožnost merjenja velikosti izpustov.

Posebnost izpustov v transformatorjih

Zmogljivi energetski transformatorji so deli elektroenergetskih sistemov, v njih je nameščena visokonapetostna oprema, v kateri lahko pride do delnih izpustov. Signali od njih pridejo na različne načine na spremljajoči transformator.

Če so na transformatorju priključeni nadzemni daljnovodi, ki so izpostavljeni strelovodnim izpustom, se bodo pri merjenju delnih karakteristik izpusta v izolaciji transformatorja zabeležili signali iz njih.

Ko je transformator nameščen v odprli postaji, se koronska praznjenja občasno pojavljajo na zunanjih delih, odvisno od temperature, vlage in drugih dejavnikov.

Sprememba obremenitve in prisotnost naprav, ki uravnavajo njihove parametre med delovanjem, na primer naprave, ki uravnavajo delovanje pod obremenitvijo, v transformatorjih povzroči spremembo značilnosti delnih izpustov, ki se lahko zmanjšajo ali povečajo.

Vsi ti dejavniki vodijo v dejstvo, da lahko številne meritve na transformatorjih kažejo izkrivljeno sliko stanja izolacije.

Odčitki, ki jih vzamemo iz testiranega transformatorja, bodo impulzi motenj pri delu opreme v bližini.

V takih primerih je treba uporabiti pravilno izbrano merilno tehniko, da izključimo vpliv motenj na pridobljene podatke na delnih izpustih v transformatorjih.