Částečný výboj je elektrický výboj, ke kterému dochází v malé oblasti izolace, kde síla elektrického pole převyšuje průraznou sílu materiálu. Může se vyskytovat v dutinách v pevné izolaci, podél povrchu izolačního materiálu, uvnitř plynových bublin v kapalné izolaci.
Příčiny částečných výbojů
Podle definice přijaté mezinárodními normami je částečný výboj elektrický výboj, který lokálně posune izolaci v samostatné části konstrukce.
Tento proces nastává v důsledku ionizace plynného nebo kapalného dielektrika a může nastat na rozhraní mezi dvěma médii a uvnitř izolace. Vznik a vývoj závisí na typu dielektrika a konstrukčních vlastnostech izolace objektu. Částečné výboje v izolaci jsou důsledkem přítomnosti nehomogenit ve struktuře dielektrika a charakteristik napětí, které na něj působí. Takovými nehomogenitami mohou být různé nečistoty a nečistoty, plynové dutiny, zvlhčovací zóny. Takové vady se tvoří v izolační struktuře zpravidla vv důsledku porušení procesu jeho výroby a během provozu zařízení (pod vlivem mechanických vlivů, deformací, vibrací).
Co jsou stromy a jejich formování ve struktuře izolačního materiálu
V izolačním materiálu se z dutiny, která se v něm nachází, vytváří stromovitá struktura - stromek. Částečné výboje vznikají ve větvích stromů. Vlivem elektrického pole a výbojů se stromy zvětšují ve velikosti a množství, čímž se zvyšuje stupeň degradace polymerního materiálu. Dendrity mají zvýšenou vodivost a vedou k postupné destrukci dielektrika.
Vzhledem k tomu, že částečný výboj v plynném médiu vyžaduje napětí nižší než pro jakýkoli účinek v kapalné nebo pevné cizí inkluzi, přítomnost takových defektů v izolaci může být nejpravděpodobnější příčinou začátku destrukce tohoto materiál. To je způsobeno skutečností, že v dutině naplněné plynem je intenzita elektrického pole vyšší než v pevné nebo kapalné oblasti a elektrická pevnost plynného média má nižší hodnotu než ostatní izolační frakce.
Typy stromů
Stringy elektrického původu se tvoří při vystavení střídavému a impulsnímu napětí a také při velmi vysokých hodnotách. Během provozu zařízení tyto hodnoty nezpůsobí okamžité narušení izolace, ale mohou vyvolat ionizaci plynu vnehomogenity. Pokud ve struktuře materiálu nejsou dostatečně velké dutiny, dendrity se mohou vyvíjet poměrně dlouhou dobu.
Přítomnost nadměrně velkých bublin vede k částečným výbojům, když je kabel provozován při jmenovitém napětí.
Vodní stromy se tvoří, když se vlhkost dostane dovnitř izolace v důsledku difúze nebo mikrotrhlin v materiálu.
Při kondenzaci vlhkosti v inkluzích se zde tvoří dendrity, po kterých začíná jejich intenzivní tvorba a růst kvůli vzniku dalších dutin. To vede ke snížení elektrické pevnosti dielektrika a k porušení kabelu.
Hlavní příčiny degradace izolace zahrnují jak elektrické stárnutí způsobené částečnými výboji vyskytujícími se v inkluzích při přepětí a ve jmenovitém provozním režimu, tak tepelné stárnutí materiálu.
Vlivem částečných výbojů začíná proces destrukce izolace, zvětšuje se velikost zasažené oblasti.
Podmínky pro výskyt částečných výbojů závisí na tvaru elektromagnetického pole izolační konstrukce a elektrických vlastnostech konkrétní zóny materiálu.
Částečné výboje obvykle nevedou k průraznému průrazu izolace, způsobují však změny ve struktuře dielektrika a při dostatečně dlouhém provozu systému mohou způsobit průrazný průraz izolace vrstva. Jejich výskyt vždy ukazuje na lokální heterogenitu.dielektrikum. Charakteristiky částečných výbojů umožňují celkem dobře posoudit stupeň defektnosti izolační konstrukce.
Představují největší nebezpečí, když je zařízení provozováno na střídavém a impulsním napětí.
Fyzikální jevy doprovázející částečné výboje v izolaci
Přehřátí izolace urychluje proces její destrukce zvýšením počtu bodů, ve kterých se objevují nové defekty, což vede ke zvýšení počtu a objemu dendritů. To vede ke zvýšenému napětí v polích oblasti.
Částečný elektrický výboj má tepelný účinek na izolaci a také ji ničí nabitými částicemi a reaktivními produkty vzniklými při výboji.
Částečné výboje navíc způsobují výskyt pulzních proudů v kanálech, které vytvářejí. Při poruše je to vše doprovázeno elektromagnetickým zářením, rázovými vlnami, světelnými záblesky a rozpadem izolace na molekulární úrovni.
Částečné výboje patří mezi hlavní příčiny poškození vysokonapěťových zařízení. To je vysvětleno skutečností, že výskyt částečných výbojů je počáteční fází ve vývoji většiny vad vysokonapěťové izolace.
V důsledku těchto procesů se vytvářejí podmínky pro výskyt porušení izolace.
Fáze vybíjení
Když je překročena určitá prahová hodnota napětí, nastavte pro konkrétníizolační materiál, mohou v něm být iniciovány částečné výboje, které nevedou k okamžitému vyhoření izolace, proto mohou být zcela přijatelné. Dostali jméno - iniciála.
Další nárůst napětí, nárůst velikosti a počtu inkluzí, počtu stromů v procesu nepřetržitého provozu zařízení, vede k prudkému nárůstu intenzity částečných výbojů. Jejich výskyt prudce snižuje životnost izolace a může vést k jejímu rozpadu. Takové výboje se nazývají kritické.
Vliv výbojů v konstrukci na zařízení
Jedním z hlavních konstrukčních prvků transformátorů a elektrických strojů je izolace vinutí. Je neustále vystavena takovým destruktivním faktorům, jako jsou: tepelné účinky v důsledku dlouhého toku proudů; vibrační zatížení v důsledku provozu magnetického obvodu (u transformátorů) a hnacího mechanismu (u elektrických strojů); následky zapínacích a zkratových proudů.
Všechny tyto faktory vedou k poškození izolace a částečným výbojům. U elektrických strojů je to nejčastější příčina poruchy a u transformátorů je porucha způsobená poškozením izolace vinutí až na druhém místě po poškození průchodek.
Proč potřebujete měřit výboje
Měření procesů, ke kterým dochází, když dojde k částečným výbojům, je nezbytné, aby bylo možné zabránit porušení izolace a minimalizovat jeintenzita v izolačních materiálech.
V souvislosti s použitím izolace XLPE při konstrukci silových kabelů, silových zařízení, vysokonapěťových transformátorů, venkovních elektrických vedení je nutné neustále sledovat částečné výboje ovlivňující bezpečnost jejich provozu.
Prevence poruchy izolace a zkušební metody
Během provozu je nutné provádět kontroly stavu izolačního materiálu, aby bylo možné zjistit vznikající poškození a předejít náhodným poruchám v důsledku částečných výbojů na zařízení.
Pro kontrolu stupně vadnosti izolace vysokonapěťového zařízení existují:
- Testy se zvýšeným napětím, co do velikosti ekvivalentní jeho možnému zvýšení během provozu. To je nezbytné pro stanovení hodnot dielektrické pevnosti izolace při krátkodobém zvýšení napětí.
- Nedestruktivní testovací metody k určení životnosti jeho provozu.
To umožňuje provádět spolehlivou diagnostiku provozního zařízení bez vyřazování zařízení z provozu, a tím eliminovat ekonomické ztráty.
Stávající metody diagnostiky částečných výbojů umožňují odhalit závadu v rané fázi jejího vývoje, a tím předejít nákladným opravám nebo výměně vadného zařízení.
Některé metody vám umožňují lokalizovat oblast defektu a pouze poškozené oblasti budou předmětem opravyizolace.
Při testování zařízení s vysokým napětím se kvalita izolace zhoršuje v důsledku vystavení napětí několikrát vyššímu, než jsou pracovní hodnoty.
Diagnostické metody pro detekci částečného výboje umožňují nejpřesnější posouzení stupně zbytkového výkonu zařízení, aniž by to mělo destruktivní vliv na jeho izolaci. Diagnostika částečných výbojů za provozu je ztížena tím, že se v okolí kontrolovaného objektu obvykle nachází další zařízení, které je zdrojem rušení. Tyto signály se nemusejí lišit v parametrech od signálů požadovaného objektu, protože může jít také o částečné výboje.
Pro oddělení rušivých signálů a naměřeného částečného výboje je proto nutné nejprve změřit rušivé signály s vypnutým napětím na testovaném objektu a poté je změřit v provozním režimu.
V tomto případě bude zaznamenán součet signálů částečného vybití a pozadí.
Rozdíl mezi těmito měřeními ukáže hodnotu signálu PD.
Získané charakteristiky nám umožňují vyhodnotit povahu defektů a samotný výboj.
Metoda částečného výboje nepoškozuje izolaci a je široce používána, protože testovací proces nepoužívá vysoké napětí k nepříznivému ovlivnění izolace.
Metoda elektrického vybíjení
Metoda vyžaduje kontakt měřicího přístroje s izolací.
Umožňuje definovat velké množství charakteristik částečného výboje.
Toto je nejpřesnější ze všechmetody měření částečného výboje.
Způsob akustické registrace
Tato metoda je založena na použití mikrofonů, které zachycují zvukové signály z živého zařízení.
Snímače jsou instalovány ve složitých rozvaděčích a jiných elektrických energetických zařízeních a fungují na dálku.
Nevýhoda: částečné výboje malé velikosti nejsou zaznamenány.
Elektromagnetická nebo vzdálená metoda
Detekce částečných výbojů pomocí mikrovlnné metody je jednoduchý a účinný proces. K tomu se používá zařízení se směrovou anténou.
Nevýhodou této metody je nemožnost měření velikosti výbojů.
Specifické výboje v transformátorech
Výkonné výkonové transformátory jsou součástí energetických systémů a v jejich blízkosti jsou instalována vysokonapěťová zařízení, ve kterých mohou existovat částečné výboje. Signály z nich jsou odesílány do řízeného transformátoru různými způsoby.
Pokud je transformátor připojen k venkovnímu elektrickému vedení, které je vystaveno blesku, signály z nich budou zaznamenány při měření charakteristik částečného výboje v izolaci transformátoru.
Když je transformátor umístěn v otevřené rozvodně, na jeho vnějších částech vedoucích proud se pravidelně objevují korónové výboje v závislosti na teplotě, vlhkosti a dalších faktorech.
Změna zátěže a přítomnost zařízení v transformátorech, která regulují jejich parametry během provozu, např.regulace provozu pod zátěží vede ke změně charakteristik částečných výbojů, které se mohou snižovat nebo zvyšovat.
Všechny tyto faktory vedou k tomu, že mnoho měření na transformátorech může ukázat zkreslený obraz stavu izolace.
Odečty odebrané z testovaného transformátoru budou superponovány šumovými impulsy z blízkého zařízení.
V takových případech je nutné použít vhodně zvolenou měřicí techniku, aby se vyloučil vliv rušení na přijímaná data na částečné výboje v transformátorech.
