Причини за частично разреждане в комутационни уредби за високо напрежение

Частичният разряд е един от най-важните ранни предупредителни признаци за влошаване на изолацията в разпределителната апаратура за високо напрежение. Въпреки че частичното разреждане не покрива напълно изолацията между проводниците, повтарящата се дейност по разреждане може постепенно да повреди изолационната система и да увеличи риска от повреда на изолацията, прекъсване и неочаквано изключване на оборудването.

Разбирането на причините за частичното разреждане помага на електроинженерите да идентифицират дефектите на ранен етап и да подобрят надеждността на разпределителната апаратура през целия й експлоатационен живот.

Какво е частично разреждане?

Частичният разряд е локализиран електрически разряд, който възниква само в част от изолационната система. Може да се развие в празнина, пълна с газ, по протежение на изолационна повърхност, около остър ръб на проводник или близо до дефект в твърд или композитен диелектрик.

Феноменът обикновено се свързва с локална концентрация на електрически стрес. Когато локалното електрическо поле превиши якостта на издръжливост на слаба област, се получава краткотраен разряд. Изхвърлянето може да е кратко и слабо, но повтарящата се дейност може постепенно да отслаби околната изолация.

IEC 60270 дефинира базирани на заряд методи за измерване на частичен разряд в електрически апарати, компоненти и системи, тествани с AC или DC напрежение. Стандартът също се отнася до измервателни вериги, калибриране, цифрово измерване и разделяне на сигнали за частичен разряд от външни смущения.IEC 60270:2025

Как частичният разряд уврежда изолацията

1. Химически увреждания, причинени от заредени частици

По време на частичен разряд електроните и йоните се движат през слабата област на изолацията. Тези високоенергийни заредени частици се сблъскват с изолационни молекули и могат да разрушат химически връзки.

Повтарящото се бомбардиране може да причини:

1、Разграждане на полимерни вериги

2、Повърхностна ерозия

3、Формиране на проводими карбонизирани пътища

4、Химическо разграждане на епоксидна смола и други изолационни материали

5、Постепенно намаляване на диелектричната якост

При твърда изолация този процес може да разшири вътрешна кухина или да създаде канал за дърводобив. След като дефектът стане достатъчно голям, изолацията може вече да не издържа на нормално работно напрежение или временно пренапрежение.

2. Термично и окислително увреждане

Частичният разряд също произвежда локализирана топлина. Въпреки че средната енергия на отделен разряд може да е ниска, повтарящите се импулси, концентрирани в една и съща област, могат да повишат температурата на околната изолация.

Полученият топлинен стрес може да доведе до:

1、Локално прегряване

2、Окислителен крекинг

3、Топене или карбонизация на полимерни материали

4、Загуба на механична якост

5、Разширяване на вътрешни пукнатини и кухини

Термичните щети и химическите щети често се подсилват взаимно. Тъй като повърхността на изолацията става по-груба или по-проводима, локалното електрическо поле става по-малко равномерно, което може да ускори по-нататъшната активност на разреждане.

Разпределителна апаратура за високо напрежение и нейната изолационна система

Комутационната апаратура за високо напрежение е сложен комплект, който съчетава проводници, превключващи устройства, шини, изолационни компоненти, заземителни кутии и системи за управление.

В зависимост от дизайна типичните материали могат да включват:

1、Епоксидна смола

2、Силикон или друга инженерна пластмаса

3、Въздух или изолационен газ

4、Сярен хексафлуорид в приложимо газоизолирано оборудване

5、Керамична или композитна изолация

6、Мед, алуминий и други проводими материали

Комбинацията от различни материали и геометрия създава множество места, където може да възникне частичен разряд. Качеството на производство, точността на сглобяване, работното напрежение, температурата, влажността, замърсяването и стареенето на изолацията могат да повлияят на поведението на PD.

За приложенията на разпределителната апаратура съответните изисквания зависят от дизайна на оборудването и класа на напрежение. Серията IEC 62271 обхваща комутационни апарати за високо напрежение и контролни апарати, включително оборудване, използващо твърда изолация и изолационни газове.Серия IEC 62271

Основни причини за частично разреждане в комутационни уредби за високо напрежение

1. Дефекти в процеса на производство на изолация

Производствените дефекти са сред най-честите източници на частичен разряд в разпределителните уредби с твърда изолация.

Вътрешни празнини и въздушни мехурчета

По време на епоксидно отливане, формоване или капсулиране, въздушни мехурчета могат да останат вътре в изолацията. Тези кухини имат по-ниска диелектрична якост от околната твърда изолация.

Когато се приложи напрежение, електрическото поле вътре в празното пространство става по-високо от средното поле в твърдия материал. Това е свързано с разликата между диелектричната константа на газа вътре в празното пространство и тази на околната изолация.

В резултат на това газът в кухината може да се разпадне преди основната изолация. Всеки разряд може да разшири празнината, да повреди повърхността й и в крайна сметка да намали общата якост на изолацията.

Чужди частици и замърсяване на материала

Метални частици, прах, влага и други примеси, въведени по време на производството, могат да създадат локални слаби места. Проводимото замърсяване може да изкриви електрическото поле или да образува път на разряд между различни области на изолацията.

Типичните причини включват:

1、Лошо контролирани условия на леене

2、Неадекватно почистване преди сглобяване

3、Неправилно съхранение на изолационни компоненти

4、Недостатъчно втвърдяване на епоксидна смола

5、Замърсяване по време на транспортиране или монтаж

Единичен вътрешен дефект може да не причини незабавна повреда, но може да стане по-активен, когато оборудването остарява или работи под повишено електрическо напрежение.

2. Неравномерно разпределение на електрическото поле

Еднородното електрическо поле е от съществено значение за надеждната изолационна работа. Всеки остър връх, неравна повърхност или плаващ проводящ предмет може да увеличи локалното електрическо поле и да предизвика частичен разряд.

Неравности и остри ръбове на проводници

Неравностите на шините, острите ъгли, незавършените ръбове на проводниците и лошо оформените електроди могат да произведат силна концентрация на електрическо поле.

Този ефект е особено значим около:

1、шинопроводни съединения

2、Кабелни клеми

3、Преместване на контакти

4、Болтови връзки

5、Екраниращи компоненти

6、Проводими вложки вътре в формована изолация

Дори когато средното работно напрежение е в рамките на номиналната стойност на оборудването, локалното поле близо до остър ръб може да надхвърли нивото на начално разреждане.

Разхлабени или плаващи метални частици

Металните частици в корпуса на разпределителната уредба могат да се заредят електрически или да се движат под въздействието на електрическото поле. Тяхното положение и потенциал могат да се променят по време на работа, създавайки нестабилни полеви условия.

Такива частици могат да причинят:

1、Подобрение на местно поле

2、Повърхностен разряд

3、Прекъснати импулси на разреждане

4、Проследяване на близката изолация

5、Нестабилни PD модели

Това е една от причините, поради които чистотата и строгите процедури за сглобяване са важни по време на производството и поддръжката на разпределителната апаратура.

Замърсени или грапави изолационни повърхности

Прах, влага, масло и други замърсявания могат да намалят ефективния път на пълзене по повърхността на изолацията. Грапава или повредена повърхност също създава малки полеви концентрации, където може да започне повърхностно разреждане.

Повърхностното замърсяване е особено важно при оборудване, изложено на:

1、Висока влажност

2、Проводим прах

3、Спрей със сол

4、Промишлено замърсяване

5、Кондензация

6、Лоша вентилация

Почистването само по себе си може да не реши трайно проблема, ако повърхността на изолацията вече е развила следи, пукнатини или ерозия.

Дефекти в заземения корпус

Металният корпус обикновено осигурява екраниране и контролиран референтен потенциал. Въпреки това груби заварки, пори, включвания на шлака и други производствени дефекти могат да създадат условия на неправилно електрическо поле в близост до заземения корпус.

Тези дефекти могат да взаимодействат с близката изолация или проводящи части и да увеличат риска от разреждане. Поради това качеството на заваръчния шев, геометрията на корпуса, непрекъснатостта на заземяването и вътрешните хлабини трябва да бъдат проверени по време на производството и проверката.

3. Нееднородни диелектрични среди

Съвременните разпределителни уредби често използват композитни изолационни системи, в които няколко материала работят заедно. Например, епоксидната смола може да се комбинира с инженерни пластмаси, изолационен газ, проводими вложки и въздушни междини.

Всеки материал има различни електрически и топлинни свойства. Ако интерфейсите са лошо проектирани или произведени, диелектричното поле може да не се разпредели равномерно.

Потенциалните проблеми включват:

1、Лоша връзка между различните изолационни материали

2、Неравномерни диелектрични константи

3、Пропуски в материалните интерфейси

4、Вътрешно разслояване

5、Влага, уловена между слоевете

6、Празнини около вградени проводници

Вътрешните мехурчета и примеси могат допълнително да увеличат нееднородността на диелектричната среда. При работно напрежение тези области могат да изпитат по-голямо електрическо напрежение от околната изолация и да се превърнат в начална точка на частичен разряд.

Други фактори, които влияят върху частичното разреждане

Частичният разряд не се причинява само от производствени дефекти. Няколко работни условия и условия на околната среда могат да увеличат активността на разряда.

Работно напрежение

С увеличаването на приложеното напрежение електрическото поле в слабите области също се увеличава. Дефект, който остава неактивен при нормално напрежение, може да предизвика измеримо разреждане по време на събитие на пренапрежение, тест за издръжливост или временно повишаване на системното напрежение.

температура

Температурата влияе върху изолационните свойства, налягането на газа, разширяването на материала и състоянието на интерфейсите. Термичното разширение може да увеличи съществуващите празнини или да постави допълнително напрежение върху свързаните изолационни компоненти.

Влажност и кондензация

Влагата може да намали съпротивлението на повърхностната изолация и да насърчи повърхностното разреждане. Кондензацията е особено опасна, когато топъл, влажен въздух навлезе в по-хладно отделение на разпределителната уредба.

Стареене на изолацията

Дългосрочното електрическо, термично и механично напрежение може да причини стареене на изолацията. Стареенето може да доведе до пукнатини, обезцветяване, ерозия, разслояване и повишена абсорбция на влага, като всичко това може да направи частичното разреждане по-вероятно.

Механичен стрес и вибрации

Разхлабените връзки, вибрациите и многократното топлинно разширение могат да създадат малки празнини между изолационните компоненти. Тези пропуски могат да станат места за разреждане, особено в близост до шини, кабелни накрайници и вградени проводници.

Откриване на частично разреждане в разпределителната апаратура

PD тестването се използва за идентифициране на активността на разряд, преди да се развие в сериозна повреда на изолацията. В зависимост от оборудването и целта на теста, инженерите могат да оценят видимия заряд, големината на разряда, моделите с разделяне на фазите, повторението на импулса и промените във времето.

Надеждният тест трябва да включва:

1、Подходящ измервателен уред и сензорна подредба

2、Правилно калибриране на измервателната система

3、Ефективен контрол на външни смущения

4、Правилно заземяване и екраниране

5、Стабилно тестово напрежение и условия на околната среда

6、Сравнение с технически ограничения и предишни тестови записи

Weshine Electric е професионален производител, посветен на изследването, разработването и производството на оборудване за изпитване и измерване на високо напрежение. Оборудван със стандартизирани производствени цехове и независими лаборатории за калибриране, фабриката стриктно следва стандартите на IEC и системите за управление на качеството ISO, за да гарантира, че всеки инструмент предоставя стабилни, повтарящи се и устойчиви на смущения тестови характеристики за глобални приложения в енергетиката.

Цифровият тестер за частичен разряд GDJF-2007 е независимо разработен и фабрично калибриран от Weshine Electric. Може да се използва за цифрово измерване и анализ на частичен разряд в оборудване с високо напрежение.  При практически приложения инструментът може да подпомогне оценката на величината на PD, моделите на разреждане и състоянието на изолацията. Точната конфигурация на теста и критериите за приемане трябва да бъдат избрани в съответствие с дизайна на разпределителната уредба, приложимите стандарти и техническата документация на производителя.

Често задавани въпроси

Каква е най-честата причина за частично разреждане в разпределителната уредба?

Честите причини включват вътрешни кухини, въздушни мехурчета, примеси, остри ръбове на проводника, повърхностно замърсяване, лоши изолационни интерфейси и неравномерно разпределение на електрическото поле.

Може ли директно да се види частичен разряд?

Обикновено частично разреждане не може да се види по време на нормална работа. Обикновено се открива чрез електрически, ултразвукови или други специализирани методи за измерване.

Винаги ли частичното разреждане означава незабавна повреда на оборудването?

Не. Частичното изпускане може да се развие постепенно. Въпреки това, постоянната или нарастваща активност на PD показва влошаване на изолацията и изисква професионална оценка.

Как острите ръбове на шината причиняват частичен разряд?

Острите ръбове концентрират електрическото поле. Локалното поле може да стане много по-силно от средното поле, което позволява разреждането да започне близо до ръба.

Как може да се намали частичното разреждане в разпределителната уредба?

Ефективните мерки включват подобряване на производството на изолация, премахване на неравности, контролиране на чистотата, предотвратяване на влага, оптимизиране на класификацията на електрическото поле, подобряване на заземяването на корпуса и извършване на редовно тестване на PD.

Заключение

Частичното разреждане в разпределителната апаратура за високо напрежение обикновено е резултат от комбинация от изолационни дефекти, концентрация на електрическо поле, нееднородни диелектрични материали, условия на околната среда и дългосрочно стареене.

Вътрешни кухини, примеси, остри ръбове на шини, плаващи метални частици, замърсени повърхности и лоши изолационни интерфейси могат да създадат локално електрическо напрежение. След като започне разреждането, химическата ерозия и топлинното увреждане могат постепенно да отслабят изолацията.

Редовните тестове за частичен разряд предоставят ценна информация за състоянието на изолацията и помагат на екипите по поддръжката да идентифицират развиващите се проблеми, преди да възникне голяма повреда. За точна диагноза тестването трябва да се извърши от квалифицирани специалисти, като се използва правилно калибрирано оборудване и процедури, съответстващи на приложимите стандарти.

Подкрепен от вътрешна научноизследователска и развойна дейност, стандартизирано фабрично производство и стриктно калибриране на качеството, Weshine Electric продължава да предоставя надеждни инструменти за изпитване на високо напрежение и професионални технически решения за поддръжка на подстанции, инспекция на електропреносната мрежа и диагностика на промишлени енергийни системи по целия свят. Чувствайте се свободни да се свържете с нашия екип за технически спецификации, персонализирани решения за тестване и фабрична поддръжка на едро.