Parcijalno 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 tečnoj izolaciji.
Uzroci djelomičnog pražnjenja
Prema definiciji usvojenoj u međunarodnim standardima, djelomično pražnjenje je električno pražnjenje koje lokalno skida izolaciju u posebnom dijelu konstrukcije.
Ovaj proces nastaje zbog jonizacije plinovitog ili tekućeg dielektrika i može se desiti na granici između dva medija i unutar izolacije. Nastanak i razvoj ovisi o vrsti dielektrika i dizajnerskim karakteristikama izolacije objekta. Djelomična pražnjenja u izolaciji posljedica su prisustva nehomogenosti u strukturi dielektrika i karakteristika napona koji na njega djeluje. Takve nehomogenosti mogu biti različite nečistoće i nečistoće, plinske šupljine, zone ovlaživanja. Takvi nedostaci nastaju u izolacijskoj strukturi, u pravilu, ukao rezultat kršenja procesa njegove proizvodnje i tokom rada opreme (pod uticajem mehaničkih uticaja, deformacija, vibracija).
Šta su stabla i njihovo formiranje u strukturi izolacionog materijala
U izolacionom materijalu, iz šupljine prisutne u njemu, formira se struktura nalik drvetu - stablo. Djelomična pražnjenja se razvijaju u granama drveća. Pod uticajem električnog polja i pražnjenja, stabla se povećavaju u veličini i količini, čime se povećava stepen degradacije polimernog materijala. Dendriti imaju povećanu provodljivost i dovode do progresivnog uništavanja dielektrika.
Budući da je za djelomično pražnjenje u gasovitom mediju potreban napon niži nego za bilo koji efekat u tečnom ili čvrstom stranom inkluziju, prisustvo takvih defekata u izolaciji može biti najvjerovatniji uzrok početka razaranja 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 drveća
Zvuci električnog porijekla nastaju kada su izloženi naizmjeničnom i impulsnom naponu, kao i pri vrlo visokim vrijednostima. Tokom 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.
Prisustvo prevelikih mjehurića dovodi do djelomičnog pražnjenja kada kabel radi na nazivnom naponu.
Drveće vode nastaje 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 formiranje i rast uslijed pojave dodatnih šupljina. To dovodi do smanjenja električne snage dielektrika i do raspada kabla.
Glavni uzroci degradacije izolacije uključuju i električno starenje zbog djelomičnih pražnjenja koja se javljaju u inkluzijama pri prenaponu i u nazivnom režimu rada, kao i termičko starenje materijala.
Pod uticajem parcijalnih pražnjenja počinje proces razaranja izolacije, povećava se veličina zahvaćene površine.
Uslovi za nastanak parcijalnih pražnjenja zavise od oblika elektromagnetnog polja izolacione strukture i električnih svojstava određene zone materijala.
Djelomična pražnjenja obično ne dovode do proboja izolacije, ali uzrokuju promjene u strukturi dielektrika, a uz dovoljno dug rad sistema mogu uzrokovati prolazni slom izolacije sloj. Njihova pojava uvijek ukazuje na lokalnu heterogenost.dielektrik. Karakteristike parcijalnih pražnjenja omogućavaju da se prilično dobro proceni stepen neispravnosti izolacione strukture.
Oni predstavljaju najveću opasnost kada oprema radi na naizmjeničnom i impulsnom naponu.
Fizičke pojave koje prate djelomična pražnjenja u izolaciji
Pregrijavanje izolacije ubrzava proces njenog uništavanja povećanjem broja tačaka 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 termički učinak na izolaciju, a također je uništava nabijenim česticama i reaktivnim produktima koji nastaju iz pražnjenja.
Pored toga, parcijalna pražnjenja uzrokuju pojavu impulsnih struja u kanalima koje stvaraju. Prilikom kvara, sve je to praćeno elektromagnetnim zračenjem, udarnim talasima, svjetlosnim bljeskovima i raspadom izolacije na molekularnom nivou.
Djelomična pražnjenja su među glavnim uzrocima oštećenja visokonaponske opreme. Ovo se objašnjava činjenicom da je pojava parcijalnih pražnjenja početna faza u razvoju većine nedostataka u visokonaponskoj izolaciji.
Kao rezultat ovih procesa stvaraju se uslovi za nastanak kvara izolacije.
Fape otpuštanja
Kada je određeni prag napona prekoračen, postavite za određeniizolacijskog materijala, u njemu se mogu pokrenuti djelomična pražnjenja, koja ne dovode do trenutnog izgaranja izolacije, pa mogu biti sasvim prihvatljiva. Dobili su ime - početno.
Dalje povećanje napona, povećanje veličine i broja inkluzija, broj stabala u procesu kontinuiranog rada opreme, dovodi do naglog povećanja intenziteta parcijalnih pražnjenja. Njihova pojava naglo smanjuje vijek trajanja izolacije i može dovesti do njenog kvara. Takva pražnjenja se nazivaju kritičnim.
Uticaj pražnjenja u strukturi na opremu
Jedan od glavnih elemenata dizajna transformatora i električnih mašina je izolacija namotaja. Kontinuirano je izložen destruktivnim faktorima kao što su: toplotni efekti zbog dugog toka struja; vibracijska opterećenja zbog rada magnetnog kruga (za transformatore) i pogonskog mehanizma (za električne strojeve); posljedice udarnih struja i struja kratkog spoja.
Svi ovi faktori dovode do oštećenja izolacije i djelomičnog pražnjenja. Kod električnih mašina to je najčešći uzrok kvara, a kod transformatora kvar zbog oštećenja izolacije namotaja je na drugom mjestu nakon oštećenja čaura.
Zašto trebate mjeriti ispuštanja
Mjerenje procesa koji se dešavaju kada dođe do djelomičnih pražnjenja je neophodno kako bi se spriječilo probijanje izolacije i svelo na minimumintenzitet u izolacijskim materijalima.
U vezi sa upotrebom XLPE izolacije u izgradnji energetskih kablova, elektroenergetske opreme, visokonaponskih transformatora, nadzemnih dalekovoda, potrebno je stalno pratiti delimična pražnjenja koja utiču na sigurnost njihovog rada.
Sprečavanje kvara izolacije i metode ispitivanja
Neophodno je izvršiti provjere stanja izolacionog materijala tokom rada kako bi se otkrila oštećenja u razvoju i spriječili slučajni kvarovi zbog djelomičnog pražnjenja na opremi.
Za kontrolu stepena neispravnosti izolacije visokonaponske opreme, postoje:
- Testovi sa povećanim naponom, koji je po veličini ekvivalentan njegovom mogućem porastu tokom rada. Ovo je neophodno da bi se ustanovile vrijednosti dielektrične čvrstoće izolacije pri kratkotrajnim porastima napona.
- Metode ispitivanja bez razaranja za određivanje vijeka trajanja.
Ovo omogućava provođenje pouzdane dijagnostike na radnoj opremi, bez dekomisije opreme, a samim tim i eliminaciju ekonomskih gubitaka.
Postojeće metode za dijagnosticiranje parcijalnih pražnjenja omogućavaju otkrivanje kvara u ranoj fazi njegovog razvoja i na taj način sprječavaju skupe popravke ili zamjenu neispravne opreme.
Neke metode vam omogućavaju da lokalizirate područje kvara, a samo će oštećena područja biti podložna popravciizolacija.
Prilikom testiranja opreme sa visokim naponom kvaliteta izolacije se pogoršava kao rezultat izlaganja naponima nekoliko puta većim od radnih vrijednosti.
Dijagnostičke metode za otkrivanje delimičnog pražnjenja omogućavaju najtačniju procenu stepena zaostalih performansi opreme bez destruktivnog efekta na njenu izolaciju. Dijagnostiku parcijalnih pražnjenja u toku rada otežava činjenica da se oko objekta koji se provjerava obično nalazi druga oprema koja je izvor smetnji. Ovi signali se možda neće 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 smetnje sa isključenim naponom na objektu koji se testira, a zatim ga izmjeriti u radnom režimu.
U ovom slučaju, zbir signala djelomičnog pražnjenja i pozadine će biti snimljen.
Razlika između ovih mjerenja će pokazati vrijednost PD signala.
Dobijene karakteristike nam omogućavaju da procijenimo prirodu kvara i sam pražnjenje.
Metoda djelomičnog pražnjenja ne šteti izolaciji i široko se koristi jer proces ispitivanja ne koristi visoki napon da bi negativno utjecao na izolaciju.
Način električnog pražnjenja
Metoda zahtijeva kontakt mjernog instrumenta sa izolacijom.
Omogućava vam da definišete veliki broj karakteristika delimičnog pražnjenja.
Ovo je najtačnije od svihmetode mjerenja djelomičnog pražnjenja.
Metoda akustične registracije
Ova metoda se zasniva na upotrebi mikrofona koji primaju zvučne signale sa opreme uživo.
Senzori se ugrađuju u složene razvodne uređaje i drugu elektroenergetsku opremu i rade na daljinu.
Nedostatak: parcijalna pražnjenja male veličine nisu zabilježena.
Elektromagnetna ili daljinska metoda
Detekcija parcijalnih pražnjenja mikrotalasnom metodom je jednostavan i efikasan proces. Za to se koristi usmjerena antena.
Nedostatak ove metode je nemogućnost mjerenja veličine pražnjenja.
Specifična pražnjenja u transformatorima
Snažni energetski transformatori su dio elektroenergetskih sistema, au njihovoj blizini je instalirana visokonaponska oprema u kojoj mogu postojati djelomična pražnjenja. Signali sa njih se šalju upravljanom transformatoru na različite načine.
Ako je transformator priključen na nadzemne dalekovode koji su podložni udaru groma, signali sa njih će se snimati prilikom mjerenja karakteristika djelimičnog pražnjenja u izolaciji transformatora.
Kada se transformator nalazi u otvorenoj trafostanici, na njegovim vanjskim dijelovima koji nose struju periodično dolazi do koronskih pražnjenja, u zavisnosti od temperature, vlažnosti i drugih faktora.
Promena opterećenja i prisutnost uređaja u transformatorima koji regulišu svoje parametre tokom rada, npr.regulacija rada pod opterećenjem, dovodi do promjene karakteristika parcijalnih pražnjenja, koje se mogu smanjiti ili povećati.
Svi ovi faktori dovode do činjenice da mnoga mjerenja na transformatorima mogu pokazati iskrivljenu sliku stanja izolacije.
Očitavanja uzeta sa transformatora koji se testira bit će superponirana impulsima buke iz obližnje opreme.
U takvim slučajevima potrebno je koristiti pravilno odabranu tehniku mjerenja kako bi se isključio uticaj smetnji na primljene podatke o parcijalnim pražnjenjima u transformatorima.
