Gedeeltelijke ontlading is een elektrische ontlading die optreedt in een klein isolatiegebied waar de elektrische veldsterkte groter is dan de doorslagsterkte van het materiaal. Het kan voorkomen in holtes in vaste isolatie, langs het oppervlak van isolatiemateriaal, in gasbellen in vloeibare isolatie.
Oorzaken van gedeeltelijke ontladingen
Volgens de definitie die is aangenomen door internationale normen, is een gedeeltelijke ontlading een elektrische ontlading die de isolatie plaatselijk overbrugt in een afzonderlijk gedeelte van de constructie.
Dit proces vindt plaats door de ionisatie van een gas- of vloeibaar diëlektricum en kan plaatsvinden op het grensvlak tussen twee media en in de isolatie. De opkomst en ontwikkeling hangt af van het type diëlektricum en de ontwerpkenmerken van de isolatie van het object. Gedeeltelijke ontladingen in isolatie zijn een gevolg van de aanwezigheid van inhomogeniteiten in de structuur van het diëlektricum en de kenmerken van de spanning die erop inwerkt. Dergelijke inhomogeniteiten kunnen verschillende onzuiverheden en onzuiverheden, gasholten, bevochtigingszones zijn. Dergelijke defecten worden in de regel in de isolatiestructuur gevormdals gevolg van een schending van het fabricageproces en tijdens de werking van apparatuur (onder invloed van mechanische invloeden, vervorming, trillingen).
Wat zijn bomen en hun vorming in de structuur van een isolatiemateriaal
In het isolatiemateriaal wordt vanuit de daarin aanwezige spouw een boomachtige structuur gevormd - treeing. Gedeeltelijke ontladingen ontwikkelen zich in takken van bomen. Onder invloed van een elektrisch veld en ontladingen nemen de bomen in omvang en hoeveelheid toe, waardoor de afbraakgraad van het polymeermateriaal toeneemt. Dendrieten hebben een verhoogde geleidbaarheid en leiden tot progressieve vernietiging van het diëlektricum.
Aangezien een gedeeltelijke ontlading in een gasvormig medium een lagere spanning vereist dan voor enig effect in een vloeibare of vaste vreemde insluiting, kan de aanwezigheid van dergelijke defecten in de isolatie de meest waarschijnlijke oorzaak zijn van het begin van vernietiging van deze materiaal. Dit komt doordat in een met gas gevulde holte de elektrische veldsterkte hoger is dan in een vast of vloeibaar gebied en de elektrische sterkte van het gasvormige medium een lagere waarde heeft dan andere isolatiefracties.
Soorten bomen
Tringen van elektrische oorsprong worden gevormd bij blootstelling aan wissel- en impulsspanning, evenals bij zeer hoge waarden. Tijdens de werking van de apparatuur veroorzaken deze waarden geen onmiddellijke afbraak van de isolatie, maar kunnen ze gasionisatie veroorzaken ininhomogeniteiten. Als er geen voldoende grote holtes in de structuur van het materiaal zijn, kunnen dendrieten zich relatief lang ontwikkelen.
De aanwezigheid van te grote bellen leidt tot gedeeltelijke ontladingen wanneer de kabel op nominale spanning wordt gebruikt.
Waterbomen worden gevormd wanneer vocht in de isolatie komt als gevolg van diffusie of door microscheuren in het materiaal.
Wanneer vocht condenseert in insluitsels, worden hier dendrieten gevormd, waarna hun intensieve vorming en groei begint door het verschijnen van extra holtes. Dit leidt tot een afname van de elektrische sterkte van het diëlektricum en tot het doorbreken van de kabel.
De belangrijkste oorzaken van isolatiedegradatie zijn zowel elektrische veroudering als gevolg van gedeeltelijke ontladingen die optreden in insluitingen bij overspanning en in de nominale bedrijfsmodus, als thermische veroudering van het materiaal.
Onder invloed van gedeeltelijke ontladingen begint het proces van isolatievernietiging, de omvang van het getroffen gebied neemt toe.
De voorwaarden voor het optreden van gedeeltelijke ontladingen hangen af van de vorm van het elektromagnetische veld van de isolerende structuur en de elektrische eigenschappen van een bepaalde zone van het materiaal.
Gedeeltelijke ontladingen leiden meestal niet tot een doorbraak van de isolatie, maar ze veroorzaken veranderingen in de structuur van het diëlektricum en bij een voldoende lange werking van het systeem kunnen ze een doorbraak van de isolatie veroorzaken laag. Hun voorkomen wijst altijd op lokale heterogeniteit.diëlektrisch. De kenmerken van deelontladingen maken het mogelijk om de mate van gebrekkigheid van de isolerende structuur vrij goed te beoordelen.
Ze vormen het grootste gevaar wanneer apparatuur wordt gebruikt op wissel- en impulsspanning.
Fysieke verschijnselen bij deelontladingen in isolatie
Oververhitting van isolatie versnelt het vernietigingsproces door het aantal punten waarop nieuwe defecten verschijnen te vergroten, wat leidt tot een toename van het aantal en het volume van dendrieten. Dit leidt tot verhoogde spanningen in de velden van het gebied.
Gedeeltelijke elektrische ontlading heeft een thermisch effect op de isolatie en vernietigt deze ook met geladen deeltjes en reactieve producten als gevolg van de ontlading.
Bovendien veroorzaken gedeeltelijke ontladingen het verschijnen van gepulseerde stromen in de kanalen die ze creëren. Tijdens een storing gaat dit alles gepaard met elektromagnetische straling, schokgolven, lichtflitsen en het doorbreken van isolatie op moleculair niveau.
Gedeeltelijke ontladingen behoren tot de belangrijkste oorzaken van schade aan hoogspanningsapparatuur. Dit wordt verklaard door het feit dat het optreden van gedeeltelijke ontladingen de eerste fase is in de ontwikkeling van de meeste defecten in hoogspanningsisolatie.
Als gevolg van deze processen worden omstandigheden gecreëerd voor het optreden van isolatiedoorslag.
Ontladingsstadia
Wanneer een bepaalde spanningsdrempel wordt overschreden, stelt u deze in voor een specifiekeisolatiemateriaal, gedeeltelijke ontladingen kunnen erin worden geïnitieerd, die niet leiden tot onmiddellijke doorbranding van de isolatie, daarom kunnen ze heel acceptabel zijn. Ze kregen de naam - initiaal.
Verdere toename van de spanning, toename van de grootte en het aantal insluitsels, het aantal bomen in het proces van continue werking van de apparatuur, leidt tot een sterke toename van de intensiteit van gedeeltelijke ontladingen. Hun optreden vermindert de houdbaarheid van de isolatie aanzienlijk en kan leiden tot defecten. Dergelijke ontladingen worden kritiek genoemd.
Effect van lozingen in de constructie op apparatuur
Een van de belangrijkste ontwerpelementen van transformatoren en elektrische machines is wikkelingsisolatie. Het wordt continu blootgesteld aan destructieve factoren zoals: thermische effecten als gevolg van de lange stroomsterkte; trillingsbelastingen door de werking van het magnetische circuit (voor transformatoren) en het aandrijfmechanisme (voor elektrische machines); gevolgen van inschakelstromen en kortsluitstromen.
Al deze factoren leiden tot isolatieschade en deelontladingen. Bij elektrische machines is dit de meest voorkomende storingsoorzaak en bij transformatoren komt storing door beschadiging van de wikkelingsisolatie op de tweede plaats na beschadiging van de bussen.
Waarom u ontladingen moet meten
Het meten van de processen die optreden bij gedeeltelijke ontladingen is noodzakelijk om isolatieschade te voorkomen en te minimaliserenintensiteit in isolatiematerialen.
In verband met het gebruik van XLPE-isolatie bij de constructie van stroomkabels, stroomapparatuur, hoogspanningstransformatoren, bovengrondse hoogspanningslijnen, is het noodzakelijk om permanent toezicht te houden op gedeeltelijke ontladingen die de veiligheid van hun werking beïnvloeden.
Isolatiedoorslagpreventie en testmethoden
Het is noodzakelijk om de toestand van het isolatiemateriaal tijdens bedrijf te controleren om ontwikkelende schade te detecteren en onbedoelde storingen als gevolg van gedeeltelijke ontladingen van apparatuur te voorkomen.
Om de mate van gebrekkigheid van de isolatie van hoogspanningsapparatuur te controleren, zijn er:
- Tests met verhoogde spanning, even groot als de mogelijke toename tijdens bedrijf. Dit is nodig om de waarden van de diëlektrische sterkte van de isolatie vast te stellen tijdens kortdurende spanningsverhogingen.
- Niet-destructieve testmethoden om de levensduur van de werking te bepalen.
Dit maakt het mogelijk om betrouwbare diagnoses uit te voeren op bedrijfsapparatuur, zonder de apparatuur buiten bedrijf te stellen, en dus het elimineren van economische verliezen.
Bestaande methoden voor het diagnosticeren van gedeeltelijke ontladingen maken het mogelijk een defect in een vroeg stadium van de ontwikkeling te detecteren en daarmee dure reparaties of vervanging van defecte apparatuur te voorkomen.
Met sommige methoden kunt u het defecte gebied lokaliseren, en alleen beschadigde gebieden zullen worden gerepareerdisolatie.
Bij het testen van apparatuur met hoge spanning verslechtert de isolatiekwaliteit als gevolg van blootstelling aan spanningen die meerdere malen hoger zijn dan de werkwaarden.
Diagnostische methoden voor het detecteren van gedeeltelijke ontlading maken de meest nauwkeurige beoordeling mogelijk van de mate van restprestaties van de apparatuur zonder een destructief effect op de isolatie te hebben. Diagnose van gedeeltelijke ontladingen tijdens bedrijf wordt bemoeilijkt door het feit dat er zich meestal andere apparatuur rond het te controleren object bevindt, wat een bron van interferentie is. Deze signalen mogen qua parameters niet verschillen van de signalen van het gewenste object, aangezien het ook deelontladingen kunnen zijn.
Om de interferentiesignalen en de gemeten gedeeltelijke ontlading te scheiden, moet u daarom eerst de interferentiesignalen meten met de spanning uitgeschakeld op het te testen object en deze vervolgens in de bedrijfsmodus meten.
In dit geval wordt de som van de gedeeltelijke ontladingssignalen en achtergrond geregistreerd.
Het verschil tussen deze metingen geeft de waarde van het PD-signaal weer.
De verkregen kenmerken stellen ons in staat om de aard van defecten en de ontlading zelf te evalueren.
De gedeeltelijke ontladingsmethode is niet schadelijk voor de isolatie en wordt veel gebruikt omdat het testproces geen hoogspanning gebruikt om de isolatie nadelig te beïnvloeden.
Elektrische ontladingsmethode
Methode vereist meetinstrument contact met isolatie.
Hiermee kunt u een groot aantal kenmerken van gedeeltelijke ontlading definiëren.
Dit is de meest nauwkeurige van allemaalmeetmethoden voor gedeeltelijke ontlading.
Akoestische registratiemethode
Deze methode is gebaseerd op het gebruik van microfoons die geluidssignalen van live-apparatuur opvangen.
Sensoren worden geïnstalleerd in complexe schakelapparatuur en andere elektrische stroomapparatuur en werken op afstand.
Nadeel: gedeeltelijke lozingen van kleine omvang worden niet geregistreerd.
Elektromagnetische of externe methode
Detectie van gedeeltelijke ontladingen met behulp van de microgolfmethode is een eenvoudig en effectief proces. Hiervoor wordt een directioneel antenneapparaat gebruikt.
Het nadeel van deze methode is de onmogelijkheid om de omvang van de ontladingen te meten.
Specifieke ontladingen in transformatoren
Krachtige stroomtransformatoren maken deel uit van de stroomsystemen en in de buurt ervan is hoogspanningsapparatuur geïnstalleerd waarin gedeeltelijke ontladingen kunnen optreden. De signalen hiervan worden op verschillende manieren naar de gestuurde transformator gestuurd.
Als de transformator is aangesloten op bovengrondse hoogspanningslijnen die onderhevig zijn aan bliksem, worden de signalen daarvan geregistreerd bij het meten van de kenmerken van gedeeltelijke ontlading in de transformatorisolatie.
Wanneer een transformator zich in een open onderstation bevindt, treden er periodiek corona-ontladingen op op de externe stroomvoerende delen, afhankelijk van temperatuur, vochtigheid en andere factoren.
Verandering in belasting en de aanwezigheid van apparaten in transformatoren die hun parameters tijdens bedrijf regelen, bijvoorbeeld apparaten dieregelende werking onder belasting leidt tot een verandering in de kenmerken van deelontladingen, die kunnen afnemen of toenemen.
Al deze factoren leiden ertoe dat veel metingen aan transformatoren een vertekend beeld kunnen geven van de staat van de isolatie.
De metingen van de geteste transformator worden gesuperponeerd door ruispulsen van nabijgelegen apparatuur.
In dergelijke gevallen is het noodzakelijk om een goed geselecteerde meettechniek te gebruiken om de invloed van interferentie op de ontvangen gegevens op deelontladingen in transformatoren uit te sluiten.
