Причини часткового розряду в розподільних пристроях високої напруги

Частковий розряд є одним із найважливіших ознак раннього попередження про погіршення ізоляції в розподільних пристроях високої напруги. Хоча частковий розряд не повністю перекриває ізоляцію між провідниками, повторювані дії розряду можуть поступово пошкодити систему ізоляції та збільшити ризик пошкодження ізоляції, спалаху та несподіваного відключення обладнання.

Розуміння причин часткового розряду допомагає інженерам-електрикам виявляти дефекти на ранній стадії та підвищувати надійність розподільного пристрою протягом усього терміну служби.

Що таке частковий розряд?

Частковий розряд — це локалізований електричний розряд, який виникає лише в частині ізоляції. Він може розвинутися всередині заповненої газом порожнечі, уздовж поверхні ізоляції, навколо гострого краю провідника або поблизу дефекту в твердому або композитному діелектрику.

Зазвичай це явище пов'язане з локальною концентрацією електричного стресу. Коли місцеве електричне поле перевищує силу опору слабкої ділянки, виникає короткий розряд. Розряд може бути коротким і невеликим, але повторна активність може прогресивно послабити навколишню ізоляцію.

IEC 60270 визначає методи на основі заряду для вимірювання часткового розряду в електричних апаратах, компонентах і системах, перевірених напругою змінного або постійного струму. Стандарт також стосується вимірювальних ланцюгів, калібрування, цифрових вимірювань і поділу сигналів часткового розряду від зовнішніх перешкод.IEC 60270:2025

Як частковий розряд пошкоджує ізоляцію

1. Хімічні пошкодження, спричинені зарядженими частинками

Під час часткового розряду електрони та іони рухаються через слабку область ізоляції. Ці високоенергетичні заряджені частинки стикаються з молекулами ізоляції та можуть розривати хімічні зв’язки.

Повторне бомбардування може спричинити:

1、Розпад полімерних ланцюгів

2、Поверхнева ерозія

3、Утворення провідних обвуглених шляхів

4、Хімічна деградація епоксидної смоли та інших ізоляційних матеріалів

5、Поступове зниження діелектричної міцності

У твердій ізоляції цей процес може збільшити внутрішню порожнину або створити деревний канал. Коли дефект стає досить великим, ізоляція може більше не витримувати нормальну робочу напругу або тимчасову перенапругу.

2. Термічні та окислювальні пошкодження

Частковий розряд також виробляє локальне тепло. Хоча середня енергія окремого розряду може бути низькою, повторювані імпульси, зосереджені в тій самій області, можуть підвищити температуру навколишньої ізоляції.

Отриманий термічний стрес може призвести до:

1、Локальний перегрів

2、Окисний крекінг

3、плавлення або карбонізація полімерних матеріалів

4、Втрата механічної міцності

5、Розширення внутрішніх тріщин і пустот

Термічні та хімічні пошкодження часто підсилюють одне одного. Оскільки поверхня ізоляції стає більш шорсткою або більш провідною, місцеве електричне поле стає менш однорідним, що може прискорити подальшу активність розряду.

Високовольтні розподільні пристрої та система їх ізоляції

Розподільний пристрій високої напруги - це складний вузол, який поєднує в собі провідники, комутаційні пристрої, шини, ізоляційні компоненти, корпуси заземлення та системи керування.

Залежно від конструкції типові матеріали можуть включати:

1、Епоксидна смола

2、Силікон або інший інженерний пластик

3、Повітря або ізоляційний газ

4、гексафторид сірки в обладнанні з елегазовою ізоляцією

5、керамічна або композитна ізоляція

6、Мідь, алюміній та інші провідні матеріали

Поєднання різних матеріалів і геометрії створює кілька місць, де може статися частковий розряд. Якість виготовлення, точність складання, робоча напруга, температура, вологість, забруднення та старіння ізоляції можуть впливати на поведінку PD.

Для розподільних пристроїв відповідні вимоги залежать від конструкції обладнання та класу напруги. Серія IEC 62271 охоплює високовольтну комутаційну апаратуру та апаратуру керування, включаючи обладнання, що використовує тверду ізоляцію та ізоляційні гази.Серія IEC 62271

Основні причини часткового розряду в розподільних пристроях високої напруги

1. Дефекти в процесі виробництва ізоляції

Виробничі дефекти є одними з найпоширеніших джерел часткового розряду в розподільних пристроях з твердою ізоляцією.

Внутрішні порожнечі та повітряні бульбашки

Під час лиття епоксидної смоли, формування або капсулювання бульбашки повітря можуть залишатися всередині ізоляції. Ці порожнечі мають нижчу діелектричну міцність, ніж навколишня тверда ізоляція.

Коли подається напруга, електричне поле всередині порожнечі стає вищим, ніж середнє поле в твердому матеріалі. Це пов’язано з різницею між діелектричною проникністю газу всередині порожнечі та навколишньої ізоляції.

У результаті газ у порожнині може зруйнуватися раніше основної ізоляції. Кожен розряд може збільшити порожнечу, пошкодити її поверхню та, зрештою, знизити загальну міцність ізоляції.

Сторонні частинки та забруднення матеріалів

Частинки металу, пил, волога та інші домішки, що потрапляють під час виробництва, можуть створити локальні слабкі місця. Провідне забруднення може спотворити електричне поле або утворити шлях розряду між різними ділянками ізоляції.

Серед типових причин:

1、Погано контрольовані умови лиття

2、Неналежне очищення перед складанням

3、Неналежне зберігання ізоляційних компонентів

4、Недостатнє затвердіння епоксидної смоли

5、Забруднення під час транспортування або встановлення

Окремий внутрішній дефект може не викликати миттєвого виходу з ладу, але він може стати більш активним, коли обладнання старіє або працює під підвищеним електричним навантаженням.

2. Нерівномірний розподіл електричного поля

Однорідне електричне поле необхідне для надійної ізоляції. Будь-який гострий вістря, нерівна поверхня або плаваючий провідний предмет можуть посилити місцеве електричне поле та ініціювати частковий розряд.

Задирки та гострі краї на провідниках

Задирки шин, гострі кути, незавершені краї провідника та електроди поганої форми можуть створювати сильну концентрацію електричного поля.

Цей ефект особливо значний навколо:

1、шинні з'єднання

2、Кабельні клеми

3、Переміщення контактів

4, болтові з'єднання

5、Екранування компонентів

6、Провідні вставки всередині формованої ізоляції

Навіть якщо середня робоча напруга знаходиться в межах номінального значення обладнання, локальне поле біля гострого краю може перевищувати рівень початку розряду.

Нещільні або плаваючі частинки металу

Частинки металу всередині корпусу розподільного пристрою можуть стати електрично зарядженими або рухатися під впливом електричного поля. Їх положення та потенціал можуть змінюватися під час роботи, створюючи нестабільні польові умови.

Такі частинки можуть викликати:

1、Покращення локального поля

2、Поверхневий розряд

3、Переривчасті імпульси розряду

4、Відстеження ізоляції поблизу

5、Нестабільні шаблони PD

Це одна з причин, чому чистота та суворі процедури складання важливі під час виробництва та обслуговування розподільних пристроїв.

Забруднені або шорсткі ізоляційні поверхні

Пил, волога, масло та інші забруднення можуть зменшити ефективний шлях витоку на поверхні ізоляції. Шорстка або пошкоджена поверхня також створює невеликі концентрації поля, де може початися поверхневий розряд.

Забруднення поверхні особливо важливе для обладнання, яке піддається впливу:

1、Висока вологість

2、Провідний пил

3、Соляний спрей

4、Промислове забруднення

5、Конденсація

6、Погана вентиляція

Одне лише очищення може не вирішити проблему назавжди, якщо на поверхні ізоляції вже з’явилися сліди, тріщини або ерозія.

Дефекти в заземленому корпусі

Металевий корпус зазвичай забезпечує екранування та контрольований опорний потенціал. Однак грубі зварні шви, пори, шлакові вкраплення та інші виробничі дефекти можуть створювати умови нерегулярного електричного поля поблизу заземленого корпусу.

Ці дефекти можуть взаємодіяти з сусідньою ізоляцією або струмопровідними частинами та підвищувати ризик розряду. Якість зварного шва, геометрію корпусу, безперервність заземлення та внутрішні зазори слід перевіряти під час виробництва та перевірки.

3. Неоднорідні діелектричні середовища

Сучасні розподільні пристрої часто використовують композитні системи ізоляції, в яких кілька матеріалів працюють разом. Наприклад, епоксидну смолу можна комбінувати з інженерними пластмасами, ізоляційним газом, струмопровідними вставками та повітряними проміжками.

Кожен матеріал має різні електричні та теплові властивості. Якщо інтерфейси погано розроблені або виготовлені, діелектричне поле може не розподілятися рівномірно.

Серед потенційних проблем:

1、Погане зчеплення між різними ізоляційними матеріалами

2、Нерівномірна діелектрична проникність

3、Проміжки на поверхні розділу матеріалів

4、Внутрішнє розшарування

5、Волога утримується між шарами

6、Порожнечі навколо вбудованих провідників

Внутрішні бульбашки та домішки можуть ще більше збільшити нерівномірність діелектричного середовища. Під робочою напругою ці області можуть зазнавати більшого електричного навантаження, ніж навколишня ізоляція, і стати початковою точкою часткового розряду.

Інші фактори, що впливають на частковий розряд

Частковий розряд не спричинений лише виробничими дефектами. Кілька умов експлуатації та навколишнього середовища можуть збільшити активність розряду.

Робоча напруга

Зі збільшенням прикладеної напруги електричне поле в слабких областях також збільшується. Дефект, який залишається неактивним за нормальної напруги, може спричинити вимірний розряд під час перенапруги, випробування на витримку або тимчасового підвищення напруги в системі.

температура

Температура впливає на властивості ізоляції, тиск газу, розширення матеріалу та стан поверхонь розділу. Теплове розширення може збільшити наявні зазори або створити додаткове навантаження на з’єднані компоненти ізоляції.

Вологість і конденсація

Волога може зменшити опір поверхні ізоляції та сприяти поверхневому розряду. Конденсація особливо небезпечна, коли тепле вологе повітря надходить у більш прохолодний відсік розподільного пристрою.

Старіння ізоляції

Тривалий електричний, термічний і механічний вплив може спричинити старіння ізоляції. Старіння може призвести до появи тріщин, зміни кольору, ерозії, розшарування та збільшення поглинання вологи, що може підвищити ймовірність часткового розряду.

Механічна напруга та вібрація

Послаблені з’єднання, вібрація та багаторазове теплове розширення можуть створити невеликі зазори між компонентами ізоляції. Ці проміжки можуть стати місцями розряду, особливо поблизу збірних шин, кінцевих кінців кабелю та вбудованих провідників.

Виявлення часткового розряду в розподільних пристроях

Тестування часткового розряду використовується для виявлення активності розряду до того, як вона переросте в серйозну несправність ізоляції. Залежно від обладнання та мети тестування, інженери можуть оцінити видимий заряд, величину розряду, шаблони з роздільною здатністю фази, повторення імпульсів та зміни з часом.

Надійний тест повинен включати:

1、Відповідний вимірювальний прилад і датчик

2、Належне калібрування вимірювальної системи

3、Ефективний контроль зовнішнього втручання

4、Правильне заземлення та екранування

5、Стабільна тестова напруга та умови навколишнього середовища

6、Порівняння з технічними обмеженнями та попередніми тестовими записами

Weshine Electric є професійним виробником, який займається дослідженнями, розробкою та виробництвом високовольтного тестового та вимірювального обладнання. Завод, оснащений стандартизованими виробничими цехами та незалежними калібрувальними лабораторіями, суворо дотримується стандартів IEC і систем управління якістю ISO, щоб гарантувати, що кожен прилад забезпечує стабільні, повторювані та стійкі до перешкод результати тестування для глобальних застосувань у енергетичній промисловості.

Цифровий тестер часткового розряду GDJF-2007 незалежно розроблений і відкалібрований компанією Weshine Electric. Його можна використовувати для цифрового вимірювання та аналізу часткових розрядів у високовольтному обладнанні.  У практичних застосуваннях прилад може підтримувати оцінку величини часткового розряду, структури розряду та стану ізоляції. Точна конфігурація випробувань і критерії прийнятності повинні бути обрані відповідно до конструкції розподільного пристрою, застосовних стандартів і технічної документації виробника.

Часті запитання

Яка найпоширеніша причина часткового розряду в розподільних пристроях?

До поширених причин належать внутрішні порожнечі, повітряні бульбашки, забруднення, гострі краї провідника, поверхневе забруднення, погана ізоляція інтерфейсу та нерівномірний розподіл електричного поля.

Чи можна безпосередньо побачити частковий розряд?

Зазвичай частковий розряд не спостерігається під час нормальної роботи. Його зазвичай виявляють за допомогою електричних, ультразвукових або інших спеціалізованих методів вимірювання.

Чи завжди частковий розряд означає негайний вихід обладнання з ладу?

Ні. Часткові виділення можуть розвиватися поступово. Однак постійна або зростаюча активність PD свідчить про погіршення ізоляції та потребує професійної оцінки.

Як гострі краї шин викликають частковий розряд?

Гострі краї концентрують електричне поле. Локальне поле може стати набагато сильнішим за середнє поле, дозволяючи розряду починатися біля краю.

Як можна зменшити частковий розряд у розподільних пристроях?

Ефективні заходи включають покращення виробництва ізоляції, видалення задирок, контроль чистоти, запобігання вологості, оптимізацію градації електричного поля, покращення заземлення корпусу та проведення регулярних тестів на часткові розряди.

Висновок

Частковий розряд у розподільних пристроях високої напруги зазвичай є результатом поєднання дефектів ізоляції, концентрації електричного поля, неоднорідних діелектричних матеріалів, умов навколишнього середовища та тривалого старіння.

Внутрішні порожнечі, домішки, гострі краї шин, плаваючі частинки металу, забруднені поверхні та погана ізоляція інтерфейсів можуть створювати локальні електричні напруги. Після початку розряду хімічна ерозія та термічне пошкодження можуть поступово послабити ізоляцію.

Регулярне тестування часткового розряду надає цінну інформацію про стан ізоляції та допомагає командам технічного обслуговування виявляти нові проблеми до того, як станеться серйозний збій. Для точної діагностики тестування повинні проводитися кваліфікованими фахівцями з використанням належним чином відкаліброваного обладнання та процедур, які відповідають застосовним стандартам.

Завдяки власним дослідженням і розробкам, стандартизованому заводському виробництву та суворому калібруванню якості Weshine Electric продовжує надавати надійні високовольтні випробувальні прилади та професійні технічні рішення для обслуговування підстанцій, перевірки електромереж і діагностики промислових енергосистем по всьому світу. Не соромтеся звертатися до нашої команди для отримання технічних даних, індивідуальних рішень для тестування та оптової підтримки заводу.