La scarica parziale è una scarica elettrica che si verifica in una piccola area di isolamento in cui l'intensità del campo elettrico supera la resistenza alla rottura del materiale. Può verificarsi nei vuoti all'interno dell'isolamento solido, lungo la superficie del materiale isolante, all'interno di bolle di gas nell'isolamento liquido.
Cause di scariche parziali
Secondo la definizione adottata dagli standard internazionali, una scarica parziale è una scarica elettrica che devia localmente l'isolamento in una sezione separata della struttura.
Questo processo si verifica a causa della ionizzazione di un gas o di un liquido dielettrico e può verificarsi all'interfaccia tra due mezzi e all'interno dell'isolamento. L'emergere e lo sviluppo dipendono dal tipo di dielettrico e dalle caratteristiche progettuali dell'isolamento dell'oggetto. Le scariche parziali nell'isolamento sono conseguenza della presenza di disomogeneità nella struttura del dielettrico e delle caratteristiche della tensione che agisce su di esso. Tali disomogeneità possono essere varie impurità e impurità, cavità di gas, zone di umidificazione. Tali difetti si formano nella struttura isolante, di regola, ina seguito di una violazione del processo di fabbricazione e durante il funzionamento dell'attrezzatura (sotto l'influenza di influenze meccaniche, deformazioni, vibrazioni).
Cosa sono gli alberi e la loro formazione nella struttura di un materiale isolante
Nel materiale isolante, dalla cavità in esso presente, si forma una struttura ad albero - alberatura. Scariche parziali si sviluppano nei rami degli alberi. Sotto l'influenza di un campo elettrico e delle scariche, gli alberi crescono in dimensioni e quantità, aumentando così il grado di degradazione del materiale polimerico. I dendriti hanno una maggiore conduttività e portano alla progressiva distruzione del dielettrico.
Poiché una scarica parziale in un mezzo gassoso richiede una tensione inferiore a qualsiasi effetto in un'inclusione estranea liquida o solida, la presenza di tali difetti nell'isolamento può essere la causa più probabile dell'inizio della distruzione di questo Materiale. Ciò è dovuto al fatto che in una cavità riempita di gas, l'intensità del campo elettrico è maggiore che in un'area solida o liquida e la rigidità elettrica del mezzo gassoso ha un valore inferiore rispetto ad altre frazioni di isolamento.
Tipi di alberi
Tring di origine elettrica si formano se esposte a tensioni alternate e impulsive, oltre che a valori molto elevati. Durante il funzionamento dell'apparecchiatura, questi valori non provocano una rottura immediata dell'isolamento, ma possono provocare ionizzazione di gas indisomogeneità. Se non ci sono cavità sufficientemente grandi nella struttura del materiale, i dendriti possono svilupparsi per un tempo relativamente lungo.
La presenza di bolle sovradimensionate provoca scariche parziali quando il cavo viene fatto funzionare alla tensione nominale.
Gli alberi d'acqua si formano quando l'umidità penetra all'interno dell'isolamento a causa della diffusione o attraverso microfessure nel materiale.
Quando l'umidità si condensa nelle inclusioni, qui si formano dendriti, dopodiché inizia la loro formazione e crescita intensiva a causa della comparsa di vuoti aggiuntivi. Ciò comporta una diminuzione della rigidità elettrica del dielettrico e la rottura del cavo.
Le principali cause di degrado dell'isolamento includono sia l'invecchiamento elettrico dovuto alle scariche parziali che si verificano nelle inclusioni a sovratensione e nella modalità di funzionamento nominale, sia l'invecchiamento termico del materiale.
Sotto l'influenza delle scariche parziali, inizia il processo di distruzione dell'isolamento, la dimensione dell'area interessata aumenta.
Le condizioni per il verificarsi di scariche parziali dipendono dalla forma del campo elettromagnetico della struttura isolante e dalle proprietà elettriche di una particolare zona del materiale.
Le scariche parziali di solito non provocano la rottura dell'isolamento, tuttavia, provocano cambiamenti nella struttura del dielettrico e, con un funzionamento sufficientemente lungo del sistema, possono causare la rottura dell'isolante strato. La loro presenza indica sempre eterogeneità locale.dielettrico. Le caratteristiche degli scarichi parziali consentono di valutare abbastanza bene il grado di difettosità della struttura isolante.
Rappresentano il pericolo maggiore quando le apparecchiature funzionano con tensione alternata e impulsiva.
Fenomeni fisici che accompagnano scariche parziali nell'isolamento
Il surriscaldamento dell'isolamento accelera il processo di distruzione aumentando il numero di punti in cui compaiono nuovi difetti, portando ad un aumento del numero e del volume dei dendriti. Questo porta ad una maggiore tensione nei campi della zona.
La scarica elettrica parziale ha un effetto termico sull'isolamento e lo distrugge anche con particelle cariche e prodotti reattivi risultanti dalla scarica.
Inoltre, le scariche parziali provocano la comparsa di correnti pulsate nei canali che creano. Durante un guasto, tutto questo è accompagnato da radiazioni elettromagnetiche, onde d'urto, lampi di luce e la rottura dell'isolamento a livello molecolare.
Le scariche parziali sono tra le principali cause di danni alle apparecchiature ad alta tensione. Ciò è spiegato dal fatto che la comparsa di scariche parziali è la fase iniziale nello sviluppo della maggior parte dei difetti nell'isolamento ad alta tensione.
Come risultato di questi processi, vengono create le condizioni per il verificarsi della rottura dell'isolamento.
Stadi di scarico
Quando viene superata una certa soglia di tensione, impostare per una specificamateriale isolante, al suo interno possono essere avviate scariche parziali che non portano a un esaurimento immediato dell'isolamento, pertanto possono essere abbastanza accettabili. Hanno il nome - iniziale.
L'ulteriore aumento della tensione, l'aumento delle dimensioni e del numero di inclusioni, il numero di alberi nel processo di funzionamento continuo dell'apparecchiatura, porta ad un forte aumento dell'intensità delle scariche parziali. La loro presenza riduce drasticamente la durata di conservazione dell'isolamento e può portare alla sua rottura. Tali scarichi sono chiamati critici.
Effetto degli scarichi nella struttura sulle apparecchiature
Uno dei principali elementi di progettazione di trasformatori e macchine elettriche è l'isolamento degli avvolgimenti. È continuamente esposto a fattori distruttivi quali: effetti termici dovuti al lungo flusso di correnti; carichi di vibrazione dovuti al funzionamento del circuito magnetico (per trasformatori) e del meccanismo di azionamento (per macchine elettriche); conseguenze delle correnti di spunto e di cortocircuito.
Tutti questi fattori portano a danni all'isolamento e scariche parziali. Per le macchine elettriche, questa è la causa più comune di guasto e per i trasformatori, il guasto dovuto al danneggiamento dell'isolamento dell'avvolgimento è al secondo posto dopo il danneggiamento delle boccole.
Perché devi misurare gli scarichi
Misurare i processi che si verificano quando si verificano scariche parziali è necessario per poter prevenire la rottura dell'isolamento e minimizzarliintensità nei materiali isolanti.
In connessione con l'uso dell'isolamento XLPE nella costruzione di cavi elettrici, apparecchiature elettriche, trasformatori ad alta tensione, linee elettriche aeree, è necessario monitorare costantemente le scariche parziali che influiscono sulla sicurezza del loro funzionamento.
Metodi di verifica e prevenzione dei guasti dell'isolamento
È necessario effettuare controlli sullo stato del materiale isolante durante il funzionamento al fine di rilevare danni in via di sviluppo ed evitare guasti accidentali dovuti a scariche parziali sulle apparecchiature.
Per controllare il grado di difettosità dell'isolamento delle apparecchiature ad alta tensione, ci sono:
- Prove con tensione aumentata, equivalente in grandezza al suo possibile aumento durante il funzionamento. Ciò è necessario per stabilire i valori della rigidità dielettrica dell'isolamento durante gli aumenti di tensione a breve termine.
- Metodi di prova non distruttivi per determinare la durata del suo funzionamento.
Ciò consente di condurre una diagnostica affidabile sulle apparecchiature operative, senza dover dismettere le apparecchiature e, quindi, l'eliminazione delle perdite economiche.
I metodi esistenti per la diagnosi delle scariche parziali consentono di rilevare un difetto in una fase iniziale del suo sviluppo e, quindi, prevenire costose riparazioni o sostituzioni di apparecchiature guaste.
Alcuni metodi consentono di localizzare l'area del difetto e solo le aree danneggiate saranno soggette a riparazioneisolamento.
Quando si testano apparecchiature ad alta tensione, la qualità dell'isolamento si deteriora a causa dell'esposizione a tensioni diverse volte superiori ai valori di lavoro.
I metodi diagnostici per il rilevamento delle scariche parziali consentono la valutazione più accurata del grado di prestazione residua dell'apparecchiatura senza avere un effetto distruttivo sul suo isolamento. La diagnostica delle scariche parziali durante il funzionamento è ostacolata dal fatto che di solito ci sono altre apparecchiature attorno all'oggetto da controllare, che è una fonte di interferenza. Questi segnali potrebbero non differire nei parametri dai segnali dell'oggetto desiderato, poiché potrebbero anche essere scariche parziali.
Quindi, per separare i segnali di disturbo e la scarica parziale misurata, è necessario prima misurare i segnali di disturbo con la tensione disattivata sull'oggetto in prova, quindi misurarlo nella modalità di funzionamento.
In questo caso, verrà registrata la somma dei segnali di scarica parziale e dello sfondo.
La differenza tra queste misurazioni mostrerà il valore del segnale PD.
Le caratteristiche ottenute consentono di valutare la natura dei difetti e lo scarico stesso.
Il metodo della scarica parziale non danneggia l'isolamento ed è ampiamente utilizzato perché il processo di test non utilizza l' alta tensione per influire negativamente sull'isolamento.
Metodo di scarica elettrica
Il metodo richiede il contatto dello strumento di misura con l'isolamento.
Ti permette di definire un gran numero di caratteristiche di scarica parziale.
Questo è il più accurato di tuttimetodi di misurazione delle scariche parziali.
Metodo di registrazione acustica
Questo metodo si basa sull'uso di microfoni che raccolgono segnali sonori da apparecchiature live.
I sensori sono installati in quadri complessi e altre apparecchiature elettriche e funzionano a distanza.
Svantaggio: non si registrano scariche parziali di piccola entità.
Metodo elettromagnetico o remoto
Il rilevamento delle scariche parziali con il metodo delle microonde è un processo semplice ed efficace. Per questo viene utilizzato un dispositivo con antenna direzionale.
Lo svantaggio di questo metodo è l'impossibilità di misurare l'entità delle scariche.
Scarichi specifici nei trasformatori
Potenti trasformatori di potenza fanno parte dei sistemi di alimentazione e vicino ad essi sono installate apparecchiature ad alta tensione, in cui possono esistere scariche parziali. I loro segnali vengono inviati al trasformatore controllato in vari modi.
Se il trasformatore è collegato a linee elettriche aeree soggette a fulmini, i loro segnali verranno registrati durante la misurazione delle caratteristiche di scarica parziale nell'isolamento del trasformatore.
Quando un trasformatore si trova in una sottostazione aperta, si verificano periodicamente scariche corona sulle parti esterne che conducono corrente, a seconda della temperatura, dell'umidità e di altri fattori.
Variazione del carico e presenza di dispositivi nei trasformatori che ne regolano i parametri durante il funzionamento, ad esempio dispositivi chela regolazione del funzionamento sotto carico, porta ad una modifica delle caratteristiche delle scariche parziali, che possono diminuire o aumentare.
Tutti questi fattori portano al fatto che molte misurazioni sui trasformatori possono mostrare un'immagine distorta dello stato dell'isolamento.
Le letture rilevate dal trasformatore in prova saranno sovrapposte agli impulsi di rumore provenienti da apparecchiature vicine.
In questi casi, è necessario utilizzare una tecnica di misura opportunamente selezionata per escludere l'influenza dei disturbi sui dati ricevuti sulle scariche parziali nei trasformatori.
