Vzroki za delno razelektritev v visokonapetostnih stikalnih napravah

Delna razelektritev je eden najpomembnejših zgodnjih opozorilnih znakov poslabšanja izolacije v visokonapetostnih stikalnih napravah. Čeprav delna razelektritev ne premosti popolnoma izolacije med vodniki, lahko ponavljajoče se razelektritve postopoma poškodujejo izolacijski sistem in povečajo tveganje za okvaro izolacije, preboj in nepričakovano zaustavitev opreme.

Razumevanje vzrokov za delno izpraznitev pomaga inženirjem elektrotehnike prepoznati napake v zgodnji fazi in izboljšati zanesljivost stikalnih naprav v celotni življenjski dobi.

Kaj je delna razelektritev?

Delna razelektritev je lokalizirana električna razelektritev, ki se pojavi samo v delu izolacijskega sistema. Lahko se razvije v praznini, napolnjeni s plinom, vzdolž izolacijske površine, okoli ostrega roba prevodnika ali blizu napake v trdnem ali kompozitnem dielektriku.

Pojav je običajno povezan z lokalno koncentracijo električnega stresa. Ko lokalno električno polje preseže vzdržljivost šibkega območja, pride do kratke razelektritve. Izpust je lahko kratek in majhen, vendar lahko ponavljajoča se aktivnost postopoma oslabi okoliško izolacijo.

IEC 60270 opredeljuje na naboju temelječe metode za merjenje delne razelektritve v električnih napravah, komponentah in sistemih, testiranih z izmenično ali enosmerno napetostjo. Standard obravnava tudi merilna vezja, kalibracijo, digitalno merjenje in ločevanje signalov delne razelektritve od zunanjih motenj.IEC 60270:2025

Kako delna razelektritev poškoduje izolacijo

1. Kemične poškodbe, ki jih povzročajo nabiti delci

Med delno razelektritvijo se elektroni in ioni premikajo skozi šibko območje izolacije. Ti visokoenergetsko nabiti delci trčijo ob izolacijske molekule in lahko prekinejo kemične vezi.

Ponavljajoče se bombardiranje lahko povzroči:

1、Razgradnja polimernih verig

2、površinska erozija

3、Tvorba prevodnih karboniziranih poti

4、Kemična razgradnja epoksi smole in drugih izolacijskih materialov

5、Postopno zmanjšanje dielektrične trdnosti

Pri trdni izolaciji lahko ta postopek poveča notranjo votlino ali ustvari drevesni kanal. Ko postane napaka dovolj velika, izolacija morda ne bo več vzdržala običajne delovne napetosti ali začasne prenapetosti.

2. Toplotne in oksidativne poškodbe

Delna razelektritev proizvaja tudi lokalno toploto. Čeprav je lahko povprečna energija posamezne razelektritve nizka, lahko ponavljajoči se impulzi, koncentrirani na istem območju, dvignejo temperaturo okoliške izolacije.

Nastala toplotna obremenitev lahko povzroči:

1、Lokalno pregrevanje

2、Oksidativno krekiranje

3、Taljenje ali karbonizacija polimernih materialov

4、Izguba mehanske trdnosti

5、Razširitev notranjih razpok in praznin

Toplotne poškodbe in kemične poškodbe se pogosto medsebojno krepijo. Ko izolacijska površina postane bolj hrapava ali bolj prevodna, lokalno električno polje postane manj enakomerno, kar lahko pospeši nadaljnjo praznjenje.

Visokonapetostna stikalna naprava in njen izolacijski sistem

Visokonapetostna stikalna naprava je kompleksen sklop, ki združuje vodnike, stikalne naprave, vodila, izolacijske komponente, ozemljitvene ohišja in krmilne sisteme.

Odvisno od zasnove lahko tipični materiali vključujejo:

1、Epoksi smola

2、Silikon ali druga inženirska plastika

3、Zrak ali izolacijski plin

4、Žveplov heksafluorid v ustrezni plinsko izolirani opremi

5、Keramična ali kompozitna izolacija

6、Baker, aluminij in drugi prevodni materiali

Kombinacija različnih materialov in geometrij ustvarja več lokacij, kjer lahko pride do delne razelektritve. Kakovost izdelave, natančnost montaže, delovna napetost, temperatura, vlažnost, kontaminacija in staranje izolacije lahko vplivajo na obnašanje PD.

Za aplikacije v stikalnih napravah so ustrezne zahteve odvisne od zasnove opreme in napetostnega razreda. Serija IEC 62271 zajema visokonapetostne stikalne in krmilne naprave, vključno z opremo, ki uporablja trdno izolacijo in izolacijske pline.Serija IEC 62271

Glavni vzroki za delno razelektritev v visokonapetostnih stikalnih napravah

1. Napake v procesu izdelave izolacije

Proizvodne napake so med najpogostejšimi viri delne razelektritve v stikalnih napravah s trdno izolacijo.

Notranje praznine in zračni mehurčki

Med litjem, oblikovanjem ali inkapsulacijo lahko zračni mehurčki ostanejo znotraj izolacije. Te praznine imajo nižjo dielektrično trdnost kot okoliška trdna izolacija.

Ob uporabi napetosti postane električno polje znotraj praznine višje od povprečnega polja v trdnem materialu. To je povezano z razliko med dielektrično konstanto plina v praznini in dielektrično konstanto okoliške izolacije.

Posledično se lahko plin v votlini razgradi pred glavno izolacijo. Vsaka razelektritev lahko poveča praznino, poškoduje njeno površino in sčasoma zmanjša celotno izolacijsko moč.

Tuji delci in kontaminacija materiala

Kovinski delci, prah, vlaga in druge nečistoče, vnesene med proizvodnjo, lahko ustvarijo lokalne šibke točke. Prevodna kontaminacija lahko izkrivlja električno polje ali tvori pot razelektritve med različnimi območji izolacije.

Tipični vzroki vključujejo:

1、Slabo nadzorovani pogoji litja

2、Neustrezno čiščenje pred montažo

3、Nepravilno shranjevanje izolacijskih komponent

4、Nezadostno strjevanje epoksi smole

5、kontaminacija med transportom ali namestitvijo

Posamezna notranja okvara morda ne bo povzročila takojšnje okvare, lahko pa postane bolj aktivna, ko se oprema stara ali deluje pod povečano električno obremenitvijo.

2. Neenakomerna porazdelitev električnega polja

Enotno električno polje je bistveno za zanesljivo delovanje izolacije. Vsaka ostra konica, nepravilna površina ali lebdeči prevodni predmet lahko poveča lokalno električno polje in sproži delno razelektritev.

Neravnine in ostri robovi na vodnikih

Zareze zbiralke, ostri vogali, nedokončani robovi prevodnika in slabo oblikovane elektrode lahko povzročijo močno koncentracijo električnega polja.

Ta učinek je še posebej pomemben okoli:

1、Busbar spoji

2、Kabelske sponke

3、Premikanje kontaktov

4, vijačne povezave

5、Zaščitne komponente

6、Prevodni vložki znotraj oblikovane izolacije

Tudi če je povprečna delovna napetost znotraj nazivne vrednosti opreme, lahko lokalno polje v bližini ostrega roba preseže raven začetka praznjenja.

Ohlapni ali lebdeči kovinski delci

Kovinski delci v ohišju stikalne naprave se lahko električno naelektrijo ali premaknejo pod vplivom električnega polja. Njihov položaj in potencial se lahko med delovanjem spreminjata, kar ustvarja nestabilne pogoje na terenu.

Takšni delci lahko povzročijo:

1、Izboljšanje lokalnega polja

2、Površinska razelektritev

3、Prekinjeni impulzi praznjenja

4、Sledenje na bližnji izolaciji

5、Nestabilni vzorci PD

To je eden od razlogov, zakaj so čistoča in strogi postopki montaže pomembni med proizvodnjo in vzdrževanjem stikalnih naprav.

Onesnažene ali grobe izolacijske površine

Prah, vlaga, olje in druga kontaminacija lahko zmanjšajo efektivno plazno pot na površini izolacije. Hrapava ali poškodovana površina prav tako ustvarja majhne poljske koncentracije, kjer se lahko začne površinska razelektritev.

Površinska kontaminacija je še posebej pomembna pri opremi, ki je izpostavljena:

1、Visoka vlažnost

2、Prevodni prah

3、Solni sprej

4、industrijsko onesnaževanje

5、Kondenzacija

6、Slabo prezračevanje

Samo čiščenje morda ne bo trajno rešilo težave, če so na površini izolacije že nastale sledi, razpoke ali erozija.

Napake v ozemljenem ohišju

Kovinsko ohišje običajno zagotavlja zaščito in nadzorovan referenčni potencial. Vendar pa lahko grobi zvari, pore, vključki žlindre in druge proizvodne napake povzročijo neenakomerne pogoje električnega polja v bližini ozemljenega ohišja.

Te napake lahko vplivajo na bližnjo izolacijo ali prevodne dele in povečajo tveganje za razelektritev. Kakovost zvara, geometrijo ohišja, kontinuiteto ozemljitve in notranje razdalje je zato treba preveriti med proizvodnjo in pregledom.

3. Neenotni dielektrični mediji

Sodobne stikalne naprave pogosto uporabljajo kompozitne izolacijske sisteme, v katerih deluje več materialov skupaj. Na primer, epoksi smolo je mogoče kombinirati z inženirsko plastiko, izolacijskim plinom, prevodnimi vložki in zračnimi režami.

Vsak material ima različne električne in toplotne lastnosti. Če so vmesniki slabo zasnovani ali izdelani, dielektrično polje morda ne bo enakomerno porazdeljeno.

Morebitne težave vključujejo:

1、Slaba vezava med različnimi izolacijskimi materiali

2、Neenakomerne dielektrične konstante

3. Vrzeli na materialnih vmesnikih

4、Notranja delaminacija

5、Vlaga, ujeta med plastmi

6. Praznine okoli vgrajenih vodnikov

Notranji mehurčki in nečistoče lahko dodatno povečajo neenakomernost dielektričnega medija. Pod delovno napetostjo lahko ta območja doživijo večji električni stres kot okoliška izolacija in postanejo izhodišče delne razelektritve.

Drugi dejavniki, ki vplivajo na delno praznjenje

Delna izpraznjenost ni posledica samo proizvodnih napak. Več delovnih in okoljskih pogojev lahko poveča aktivnost praznjenja.

Delovna napetost

Ko se uporabljena napetost poveča, se poveča tudi električno polje v šibkih območjih. Napaka, ki ostane neaktivna pri normalni napetosti, lahko povzroči merljivo razelektritev med prenapetostnim dogodkom, preskusom vzdržljivosti ali začasnim dvigom sistemske napetosti.

Temperatura

Temperatura vpliva na izolacijske lastnosti, tlak plina, raztezanje materiala in stanje vmesnikov. Toplotna ekspanzija lahko poveča obstoječe reže ali povzroči dodatno obremenitev spojenih izolacijskih komponent.

Vlažnost in kondenzacija

Vlaga lahko zmanjša izolacijsko odpornost površine in spodbuja površinsko razelektritev. Kondenzacija je še posebej nevarna, ko topel in vlažen zrak vstopi v hladnejši prostor stikalne naprave.

Staranje izolacije

Dolgotrajne električne, toplotne in mehanske obremenitve lahko povzročijo staranje izolacije. Staranje lahko povzroči razpoke, razbarvanje, erozijo, razslojevanje in povečano absorpcijo vlage, vse to pa lahko poveča verjetnost delne izpraznitve.

Mehanske obremenitve in vibracije

Ohlapne povezave, vibracije in ponavljajoča se toplotna ekspanzija lahko povzročijo majhne reže med izolacijskimi komponentami. Te vrzeli lahko postanejo mesta praznjenja, zlasti v bližini vodil, kabelskih zaključkov in vgrajenih vodnikov.

Zaznavanje delne razelektritve v stikalnih napravah

Preizkušanje PD se uporablja za identifikacijo aktivnosti razelektritve, preden se razvije v resno okvaro izolacije. Odvisno od opreme in cilja testiranja lahko inženirji ocenijo navidezni naboj, velikost praznjenja, fazno ločene vzorce, ponavljanje impulza in spremembe skozi čas.

Zanesljiv test mora vključevati:

1、Ustrezen merilni instrument in razporeditev senzorjev

2、Pravilna kalibracija merilnega sistema

3、Učinkovit nadzor zunanjih motenj

4、Pravilna ozemljitev in oklop

5、Stabilna preskusna napetost in okoljski pogoji

6、Primerjava s tehničnimi omejitvami in prejšnjimi testnimi zapisi

Weshine Electric je profesionalni proizvajalec, namenjen raziskavam, razvoju in proizvodnji visokonapetostne testne in merilne opreme. Tovarna, opremljena s standardiziranimi proizvodnimi delavnicami in neodvisnimi kalibracijskimi laboratoriji, strogo upošteva standarde IEC in sisteme vodenja kakovosti ISO, da zagotovi, da vsak instrument zagotavlja stabilno, ponovljivo in na motnje odporno preskusno zmogljivost za globalne aplikacije v energetski industriji.

Digitalni tester delne razelektritve GDJF-2007 je neodvisno razvil in tovarniško umeril Weshine Electric. Uporablja se lahko za digitalno merjenje in analizo delne razelektritve v visokonapetostni opremi.  V praktičnih aplikacijah lahko instrument podpira vrednotenje velikosti PD, vzorcev praznjenja in stanja izolacije. Natančno preskusno konfiguracijo in merila sprejemljivosti je treba izbrati glede na zasnovo stikalne naprave, veljavne standarde in tehnično dokumentacijo proizvajalca.

Pogosto zastavljena vprašanja

Kaj je najpogostejši vzrok za delno praznjenje v stikalnih napravah?

Pogosti vzroki vključujejo notranje praznine, zračne mehurčke, nečistoče, ostre robove prevodnikov, površinsko onesnaženje, slabe izolacijske vmesnike in neenakomerno porazdelitev električnega polja.

Ali je delna razelektritev vidna neposredno?

Običajno med normalnim delovanjem ni mogoče opaziti delne izpraznitve. Običajno se zazna z električnimi, ultrazvočnimi ali drugimi specializiranimi merilnimi metodami.

Ali delna izpraznitev vedno pomeni takojšnjo okvaro opreme?

Ne. Delna razelektritev se lahko pojavi postopoma. Vendar vztrajna ali naraščajoča aktivnost PD kaže na poslabšanje izolacije in zahteva strokovno oceno.

Kako ostri robovi zbiralke povzročijo delno razelektritev?

Ostri robovi koncentrirajo električno polje. Lokalno polje lahko postane veliko močnejše od povprečnega polja, kar omogoči, da se praznjenje začne blizu roba.

Kako se lahko zmanjša delna razelektritev v stikalnih napravah?

Učinkoviti ukrepi vključujejo izboljšanje izdelave izolacije, odstranjevanje robov, nadzorovanje čistoče, preprečevanje vlage, optimizacijo razvrščanja električnega polja, izboljšanje ozemljitve ohišja in izvajanje rednih testiranj PD.

Zaključek

Delna razelektritev v visokonapetostnih stikalnih napravah je običajno posledica kombinacije napak v izolaciji, koncentracije električnega polja, neenakomernih dielektričnih materialov, okoljskih pogojev in dolgotrajnega staranja.

Notranje praznine, nečistoče, ostri robovi zbiralk, lebdeči kovinski delci, onesnažene površine in slabi izolacijski vmesniki lahko povzročijo lokalne električne napetosti. Ko se začne praznjenje, lahko kemična erozija in toplotne poškodbe postopoma oslabijo izolacijo.

Redno testiranje delne razelektritve zagotavlja dragocene informacije o stanju izolacije in pomaga vzdrževalnim ekipam prepoznati nastajajoče težave, preden pride do večje okvare. Za natančno diagnozo morajo testiranje opraviti usposobljeni strokovnjaki z uporabo ustrezno kalibrirane opreme in postopkov, ki so skladni z veljavnimi standardi.

Podprto z lastnimi raziskavami in razvojem, standardizirano tovarniško proizvodnjo in strogim umerjanjem kakovosti, Weshine Electric še naprej zagotavlja zanesljive visokonapetostne testne instrumente in profesionalne tehnične rešitve za vzdrževanje transformatorskih postaj, inšpekcijo električnega omrežja in diagnostiko industrijskih elektroenergetskih sistemov po vsem svetu. Za tehnične liste, prilagojene rešitve testiranja in tovarniško veleprodajno podporo se obrnite na našo ekipo.