Djelomično pražnjenje je električno pražnjenje koje se javlja u malom području izolacije gdje jačina električnog polja premašuje snagu proboja materijala. Može se pojaviti u šupljinama unutar čvrste izolacije, duž površine izolacijskog materijala, unutar mjehurića plina u tekućoj izolaciji.
Uzroci djelomičnog pražnjenja
Prema definiciji usvojenoj u međunarodnim standardima, djelomično pražnjenje je električno pražnjenje koje lokalno skida izolaciju u zasebnom dijelu strukture.
Ovaj proces nastaje zbog ionizacije plinovitog ili tekućeg dielektrika i može se dogoditi na sučelju između dva medija i unutar izolacije. Pojava i razvoj ovisi o vrsti dielektrika i dizajnerskim značajkama izolacije objekta. Djelomična pražnjenja u izolaciji posljedica su prisutnosti nehomogenosti u strukturi dielektrika i karakteristika napona koji na njega djeluje. Takve nehomogenosti mogu biti razne nečistoće i nečistoće, plinske šupljine, zone ovlaživanja. Takvi nedostaci nastaju u izolacijskoj strukturi, u pravilu, ukao rezultat kršenja procesa njegove proizvodnje i tijekom rada opreme (pod utjecajem mehaničkih utjecaja, deformacija, vibracija).
Što su stabla i njihovo formiranje u strukturi izolacijskog materijala
U izolacijskom materijalu, iz šupljine prisutne u njemu, formira se struktura nalik stablu - stablo. Djelomični iscjedak se razvija u granama drveća. Pod utjecajem električnog polja i pražnjenja stabla se povećavaju u veličini i količini, čime se povećava stupanj razgradnje polimernog materijala. Dendriti imaju povećanu vodljivost i dovode do progresivnog razaranja dielektrika.
Budući da djelomično pražnjenje u plinovitom mediju zahtijeva napon niži nego za bilo koji učinak u tekućim ili čvrstim stranim inkluzijama, prisutnost takvih nedostataka u izolaciji može biti najvjerojatniji uzrok početka uništenja ovog materijal. To je zbog činjenice da je u šupljini ispunjenoj plinom jačina električnog polja veća nego u čvrstom ili tekućem području, a električna čvrstoća plinovitog medija ima nižu vrijednost od ostalih frakcija izolacije.
Vrste stabala
Zvuci električnog porijekla nastaju kada su izloženi izmjeničnom i impulsnom naponu, kao i pri vrlo visokim vrijednostima. Tijekom rada opreme, ove vrijednosti ne uzrokuju trenutni kvar izolacije, ali mogu izazvati ionizaciju plina unehomogenosti. Ako u strukturi materijala nema dovoljno velikih šupljina, dendriti se mogu razvijati relativno dugo.
Prisutnost prevelikih mjehurića dovodi do djelomičnog pražnjenja kada kabel radi na nazivnom naponu.
Vodena stabla nastaju kada vlaga uđe u izolaciju kao rezultat difuzije ili kroz mikropukotine u materijalu.
Kada se vlaga kondenzira u inkluzijama, ovdje nastaju dendriti, nakon čega počinje njihovo intenzivno stvaranje i rast uslijed pojave dodatnih šupljina. To dovodi do smanjenja električne čvrstoće dielektrika i do sloma kabela.
Glavni uzroci degradacije izolacije uključuju električno starenje zbog djelomičnih pražnjenja koja se javljaju u inkluzijama pri prenaponu i u nazivnom načinu rada, te toplinsko starenje materijala.
Pod utjecajem djelomičnog pražnjenja započinje proces razaranja izolacije, povećava se veličina zahvaćene površine.
Uvjeti za pojavu djelomičnih pražnjenja ovise o obliku elektromagnetskog polja izolacijske strukture i električnim svojstvima određene zone materijala.
Djelomična pražnjenja obično ne dovode do proboja izolacije, ali uzrokuju promjene u strukturi dielektrika, a uz dovoljno dug rad sustava mogu uzrokovati prolazni slom izolacije sloj. Njihova pojava uvijek ukazuje na lokalnu heterogenost.dielektrik. Karakteristike parcijalnih pražnjenja omogućuju dosta dobro procijeniti stupanj neispravnosti izolacijske strukture.
Oni predstavljaju najveću opasnost kada oprema radi na izmjeničnom i impulsnom naponu.
Fizičke pojave koje prate djelomična pražnjenja u izolaciji
Pregrijavanje izolacije ubrzava proces njenog uništavanja povećanjem broja točaka na kojima se pojavljuju novi defekti, što dovodi do povećanja broja i volumena dendrita. To dovodi do povećane napetosti u poljima tog područja.
Djelomično električno pražnjenje ima toplinski učinak na izolaciju, a također je uništava nabijenim česticama i reaktivnim produktima koji nastaju iz pražnjenja.
Osim toga, djelomična pražnjenja uzrokuju pojavu impulsnih struja u kanalima koje stvaraju. Tijekom kvara, sve je to popraćeno elektromagnetskim zračenjem, udarnim valovima, svjetlosnim bljeskovima i raspadom izolacije na molekularnoj razini.
Djelomična pražnjenja su među glavnim uzrocima oštećenja visokonaponske opreme. To se objašnjava činjenicom da je pojava djelomičnih pražnjenja početna faza u razvoju većine nedostataka u visokonaponskoj izolaciji.
Kao rezultat ovih procesa stvaraju se uvjeti za nastanak kvara izolacije.
Fazije pražnjenja
Kada je određeni prag napona prekoračen, postavite za određeniizolacijskog materijala, u njemu se mogu pokrenuti djelomična pražnjenja, koja ne dovode do trenutnog izgaranja izolacije, stoga mogu biti sasvim prihvatljiva. Dobili su naziv - početno.
Daljnje povećanje napona, povećanje veličine i broja inkluzija, broj stabala u procesu kontinuiranog rada opreme, dovodi do naglog povećanja intenziteta djelomičnih pražnjenja. Njihova pojava naglo smanjuje vijek trajanja izolacije i može dovesti do njezina sloma. Takva se pražnjenja nazivaju kritičnim.
Učinak pražnjenja u strukturi na opremu
Jedan od glavnih elemenata dizajna transformatora i električnih strojeva je izolacija namota. Kontinuirano je izložen takvim destruktivnim čimbenicima kao što su: toplinski učinci zbog dugog toka struja; vibracijska opterećenja zbog rada magnetskog kruga (za transformatore) i pogonskog mehanizma (za električne strojeve); posljedice udarnih struja i struja kratkog spoja.
Svi ovi čimbenici dovode do oštećenja izolacije i djelomičnog pražnjenja. Kod električnih strojeva to je najčešći uzrok kvara, a kod transformatora kvar zbog oštećenja izolacije namota je na drugom mjestu nakon oštećenja čahure.
Zašto trebate mjeriti ispuštanja
Mjerenje procesa koji se događaju kada dođe do djelomičnih pražnjenja potrebno je kako bi se spriječilo probijanje izolacije i svelo na najmanju moguću mjeruintenzitet u izolacijskim materijalima.
U vezi s korištenjem XLPE izolacije u konstrukciji energetskih kabela, elektroenergetske opreme, visokonaponskih transformatora, nadzemnih dalekovoda, potrebno je stalno pratiti djelomična pražnjenja koja utječu na sigurnost njihovog rada.
Sprečavanje kvara izolacije i metode ispitivanja
Potrebno je izvršiti provjere stanja izolacijskog materijala tijekom rada kako bi se otkrila oštećenja u razvoju i spriječili slučajni kvarovi zbog djelomičnog pražnjenja na opremi.
Za kontrolu stupnja neispravnosti izolacije visokonaponske opreme, postoje:
- Testovi s povećanim naponom, koji je po veličini ekvivalentan njegovom mogućem porastu tijekom rada. To je potrebno za utvrđivanje vrijednosti dielektrične čvrstoće izolacije tijekom kratkotrajnog povećanja napona.
- Metode ispitivanja bez razaranja za određivanje vijeka trajanja.
Ovo omogućuje provođenje pouzdane dijagnostike na radnoj opremi, bez stavljanja opreme iz pogona, a samim tim i eliminaciju ekonomskih gubitaka.
Postojeće metode za dijagnosticiranje djelomičnog pražnjenja omogućuju otkrivanje kvara u ranoj fazi njegovog razvoja i na taj način sprječavaju skupe popravke ili zamjenu neispravne opreme.
Neke metode omogućuju vam da lokalizirate područje kvara, a samo će oštećena područja biti podložna popravkuizolacija.
Prilikom testiranja opreme s visokim naponom kvaliteta izolacije se pogoršava kao rezultat izloženosti naponima nekoliko puta većim od radnih vrijednosti.
Dijagnostičke metode za otkrivanje djelomičnog pražnjenja omogućuju najtočniju procjenu stupnja zaostalih performansi opreme bez destruktivnog učinka na njezinu izolaciju. Dijagnostiku djelomičnih pražnjenja tijekom rada otežava činjenica da se oko objekta koji se provjerava obično nalazi druga oprema koja je izvor smetnji. Ovi se signali ne smiju razlikovati po parametrima od signala željenog objekta, jer mogu biti i djelomična pražnjenja.
Stoga, da biste razdvojili signale smetnji i izmjereno djelomično pražnjenje, prvo morate izmjeriti signale smetnji s isključenim naponom na objektu koji se testira, a zatim ga izmjeriti u radnom načinu.
U ovom slučaju, zbroj signala djelomičnog pražnjenja i pozadine bit će zabilježen.
Razlika između ovih mjerenja pokazat će vrijednost PD signala.
Dobive karakteristike omogućuju nam procjenu prirode nedostataka i samog pražnjenja.
Metoda djelomičnog pražnjenja ne šteti izolaciji i široko se koristi jer se u postupku ispitivanja ne koristi visoki napon da bi negativno utjecao na izolaciju.
Način električnog pražnjenja
Metoda zahtijeva kontakt mjernog instrumenta s izolacijom.
Omogućuje vam definiranje velikog broja karakteristika djelomičnog pražnjenja.
Ovo je najtočnije od svihmetode mjerenja djelomičnog pražnjenja.
Način akustične registracije
Ova se metoda temelji na upotrebi mikrofona koji primaju zvučne signale s opreme uživo.
Senzori su ugrađeni u složene sklopne uređaje i drugu električnu opremu i rade na daljinu.
Nedostatak: djelomična pražnjenja male veličine nisu zabilježena.
Elektromagnetska ili daljinska metoda
Detekcija djelomičnih pražnjenja mikrovalnom metodom jednostavan je i učinkovit proces. Za to se koristi usmjerena antena.
Nedostatak ove metode je nemogućnost mjerenja veličine pražnjenja.
Specifična pražnjenja u transformatorima
Snažni energetski transformatori dio su elektroenergetskih sustava, au njihovoj blizini je ugrađena visokonaponska oprema u kojoj mogu postojati djelomična pražnjenja. Signali s njih se šalju upravljanom transformatoru na razne načine.
Ako je transformator spojen na nadzemne dalekovode koji su podložni udaru munje, signali s njih će se zabilježiti prilikom mjerenja karakteristika djelomičnog pražnjenja u izolaciji transformatora.
Kada se transformator nalazi u otvorenoj trafostanici, povremeno dolazi do koronskih pražnjenja na njegovim vanjskim strujnim dijelovima, ovisno o temperaturi, vlažnosti i drugim čimbenicima.
Promjena opterećenja i prisutnost uređaja u transformatorima koji reguliraju svoje parametre tijekom rada, npr. uređaja kojiregulacija rada pod opterećenjem, dovodi do promjene karakteristika djelomičnih pražnjenja, koje se mogu smanjiti ili povećati.
Svi ovi čimbenici dovode do činjenice da mnoga mjerenja na transformatorima mogu pokazati iskrivljenu sliku stanja izolacije.
Očitavanja uzeta iz transformatora koji se testira bit će prekrivena impulsima buke iz obližnje opreme.
U takvim slučajevima potrebno je koristiti pravilno odabranu mjernu tehniku kako bi se isključio utjecaj smetnji na primljene podatke na parcijalna pražnjenja u transformatorima.
