La descàrrega parcial és una descàrrega elèctrica que es produeix en una petita àrea d'aïllament on la intensitat del camp elèctric supera la resistència a la ruptura del material. Pot ocórrer en buits dins de l'aïllament sòlid, al llarg de la superfície del material aïllant, dins de les bombolles de gas de l'aïllament líquid.
Causes de les descàrregues parcials
Segons la definició adoptada per les normes internacionals, una descàrrega parcial és una descàrrega elèctrica que desvia localment l'aïllament en una secció separada de l'estructura.
Aquest procés es produeix a causa de la ionització d'un dielèctric gasós o líquid i es pot produir a la interfície entre dos medis i a l'interior de l'aïllament. L'aparició i el desenvolupament depèn del tipus de dielèctric i de les característiques de disseny de l'aïllament de l'objecte. Les descàrregues parcials en l'aïllament són conseqüència de la presència d'homogeneïtats en l'estructura del dielèctric i de les característiques de la tensió que actua sobre ell. Aquestes inhomogeneïtats poden ser diverses impureses i impureses, cavitats de gas, zones d'humidificació. Aquests defectes es formen a l'estructura d'aïllament, per regla general, acom a conseqüència d'una violació del procés de fabricació i durant el funcionament de l'equip (sota la influència d'influències mecàniques, deformacions, vibracions).
Què són els arbres i la seva formació en l'estructura d'un material aïllant
En el material aïllant, a partir de la cavitat present en ell, es forma una estructura semblant a un arbre: l'arbrat. Les descàrregues parcials es desenvolupen a les branques dels arbres. Sota la influència d'un camp elèctric i descàrregues, els arbres augmenten en mida i quantitat, augmentant així el grau de degradació del material polimèric. Les dendrites han augmentat la conductivitat i condueixen a la destrucció progressiva del dielèctric.
Com que una descàrrega parcial en un medi gasós requereix una tensió inferior a la de qualsevol efecte en una inclusió estranya líquida o sòlida, la presència d'aquests defectes en l'aïllament pot ser la causa més probable de l'inici de la destrucció d'aquest. material. Això es deu al fet que en una cavitat plena de gas, la intensitat del camp elèctric és més alta que en una zona sòlida o líquida i la força elèctrica del medi gasós té un valor més baix que altres fraccions d'aïllament.
Tipus d'arbres
Trings d'origen elèctric es formen quan s'exposen a tensió alterna i d'impuls, així com a valors molt elevats. Durant el funcionament de l'equip, aquests valors no provoquen una ruptura immediata de l'aïllament, però poden provocar la ionització del gas endeshomogeneïtats. Si no hi ha cavitats prou grans a l'estructura del material, les dendrites es poden desenvolupar durant un temps relativament llarg.
La presència de bombolles sobredimensionades provoca descàrregues parcials quan el cable funciona a la tensió nominal.
Els arbres d'aigua es formen quan la humitat entra a l'aïllament com a resultat de la difusió o a través de microesquerdes del material.
Quan la humitat es condensa en inclusions, aquí es formen dendrites, després de la qual cosa comença la seva formació i creixement intensos a causa de l'aparició de buits addicionals. Això comporta una disminució de la força elèctrica del dielèctric i la ruptura del cable.
Les principals causes de la degradació de l'aïllament inclouen tant l'envelliment elèctric a causa de les descàrregues parcials que es produeixen en inclusions a sobretensió i en el mode de funcionament nominal, com l'envelliment tèrmic del material.
Sota la influència de les descàrregues parcials, s'inicia el procés de destrucció de l'aïllament, la mida de la zona afectada augmenta.
Les condicions per a l'aparició de descàrregues parcials depenen de la forma del camp electromagnètic de l'estructura aïllant i de les propietats elèctriques d'una zona concreta del material.
Les descàrregues parcials no solen provocar una ruptura total de l'aïllament, però provoquen canvis en l'estructura del dielèctric i, amb un funcionament prou llarg del sistema, poden provocar una ruptura total de l'aïllament. capa. La seva aparició sempre indica heterogeneïtat local.dielèctric. Les característiques de les descàrregues parcials permeten jutjar bastant bé el grau de defectivitat de l'estructura aïllant.
Suposen el major perill quan l'equip funciona amb tensió alterna i d'impuls.
Fenòmens físics que acompanyen les descàrregues parcials en l'aïllament
El sobreescalfament de l'aïllament accelera el procés de la seva destrucció augmentant el nombre de punts en què apareixen nous defectes, donant lloc a un augment del nombre i volum de dendrites. Això comporta un augment de la tensió als camps de la zona.
La descàrrega elèctrica parcial té un efecte tèrmic sobre l'aïllament i també el destrueix amb partícules carregades i productes reactius derivats de la descàrrega.
A més, les descàrregues parcials provoquen l'aparició de corrents polsades en els canals que creen. Durant una avaria, tot això s'acompanya de radiació electromagnètica, ones de xoc, flaixos de llum i ruptura de l'aïllament a nivell molecular.
Les descàrregues parcials es troben entre les principals causes de danys als equips d' alta tensió. Això s'explica pel fet que l'aparició de descàrregues parcials és l'etapa inicial en el desenvolupament de la majoria de defectes en l'aïllament d' alta tensió.
Com a resultat d'aquests processos, es creen les condicions per a que es produeixi una ruptura de l'aïllament.
etapes de descàrrega
Quan es supera un determinat llindar de tensió, configureu-lo per a un determinatmaterial aïllant, es poden iniciar descàrregues parcials en ell, que no condueixen a l'esgotament immediat de l'aïllament, per tant, poden ser força acceptables. Tenen el nom: inicial.
Un augment addicional de la tensió, l'augment de la mida i el nombre d'inclusions, el nombre d'arbres en el procés de funcionament continu de l'equip, comporta un fort augment de la intensitat de les descàrregues parcials. La seva aparició redueix dràsticament la vida útil de l'aïllament i pot provocar la seva ruptura. Aquestes descàrregues s'anomenen crítiques.
Efecte de les descàrregues a l'estructura en els equipaments
Un dels principals elements de disseny de transformadors i màquines elèctriques és l'aïllament de bobinats. Està exposat contínuament a factors tan destructius com: efectes tèrmics a causa del llarg flux de corrents; càrregues de vibració degudes al funcionament del circuit magnètic (per a transformadors) i del mecanisme d'accionament (per a màquines elèctriques); conseqüències dels corrents d'irrupció i corrents de curtcircuit.
Tots aquests factors provoquen danys a l'aïllament i descàrregues parcials. Per a les màquines elèctriques, aquesta és la causa més freqüent de fallada, i per als transformadors, la fallada per danys a l'aïllament del bobinat ocupa el segon lloc després dels danys als casquilles.
Per què cal mesurar les descàrregues
Mesurar els processos que es produeixen quan es produeixen descàrregues parcials és necessari per poder prevenir l'avaria de l'aïllament i minimitzar-les.intensitat en materials aïllants.
En relació amb l'ús d'aïllament XLPE en la construcció de cables d'alimentació, equips d'alimentació, transformadors d' alta tensió, línies elèctriques aèries, és necessari controlar constantment les descàrregues parcials que afecten la seguretat del seu funcionament.
Mètodes de prova i prevenció d'avaries d'aïllament
És necessari realitzar comprovacions de l'estat del material aïllant durant el funcionament per detectar danys en desenvolupament i evitar avaries accidentals per descàrregues parcials dels equips.
Per controlar el grau de defectivitat de l'aïllament dels equips d' alta tensió, hi ha:
- Proves amb tensió augmentada, equivalent en magnitud al seu possible augment durant el funcionament. Això és necessari per establir els valors de la rigidesa dielèctrica de l'aïllament durant augments de tensió a curt termini.
- Mètodes de prova no destructius per determinar la vida útil del seu funcionament.
Això permet realitzar diagnòstics fiables dels equips operatius, sense desmantellar equips i, per tant, l'eliminació de pèrdues econòmiques.
Els mètodes existents per diagnosticar les descàrregues parcials permeten detectar un defecte en una fase inicial del seu desenvolupament i, d'aquesta manera, evitar reparacions costoses o la substitució d'equips avariats.
Alguns mètodes us permeten localitzar l'àrea defectuosa i només les zones danyades seran objecte de reparacióaïllament.
Quan es proveu equips amb alta tensió, la qualitat de l'aïllament es deteriora com a conseqüència de l'exposició a tensions diverses vegades superiors als valors de treball.
Els mètodes de diagnòstic per detectar descàrregues parcials permeten una valoració més precisa del grau de rendiment residual de l'equip sense tenir un efecte destructiu en el seu aïllament. El diagnòstic de descàrregues parcials durant el funcionament es veu obstaculitzat pel fet que normalment hi ha altres equips al voltant de l'objecte que es revisa, que és una font d'interferències. Aquests senyals poden no diferir en paràmetres dels senyals de l'objecte desitjat, ja que també poden ser descàrregues parcials.
Per tant, per separar els senyals d'interferència i la descàrrega parcial mesurada, primer heu de mesurar els senyals d'interferència amb la tensió apagada a l'objecte a prova i després mesurar-lo en el mode de funcionament.
En aquest cas, s'enregistrarà la suma dels senyals de descàrrega parcial i el fons.
La diferència entre aquestes mesures mostrarà el valor del senyal PD.
Les característiques obtingudes ens permeten avaluar la naturalesa dels defectes i la pròpia descàrrega.
El mètode de descàrrega parcial no perjudica l'aïllament i s'utilitza àmpliament perquè el procés de prova no utilitza alta tensió per afectar negativament l'aïllament.
Mètode de descàrrega elèctrica
El mètode requereix el contacte de l'instrument de mesura amb l'aïllament.
Us permet definir un gran nombre de característiques de descàrrega parcial.
Aquest és el més precís de totsmètodes de mesura de descàrrega parcial.
Mètode de registre acústic
Aquest mètode es basa en l'ús de micròfons que capten senyals sonores d'equips en directe.
Els sensors s'instal·len en aparells de commutació complexos i altres equips elèctrics i funcionen de manera remota.
Inconvenient: no es registren descàrregues parcials de petita magnitud.
Mètode electromagnètic o remot
La detecció de descàrregues parcials mitjançant el mètode de microones és un procés senzill i eficaç. Per a això, s'utilitza un dispositiu d'antena direccional.
El desavantatge d'aquest mètode és la impossibilitat de mesurar la magnitud de les descàrregues.
Descàrregues específiques en transformadors
Els transformadors de potència formen part dels sistemes elèctrics, i prop d'ells s'instal·len equips d' alta tensió, en els quals poden existir descàrregues parcials. Els senyals d'ells s'envien al transformador controlat de diverses maneres.
Si el transformador està connectat a línies elèctriques aèries que estan subjectes a llamps, els senyals d'aquestes s'enregistraran en mesurar les característiques de descàrrega parcial en l'aïllament del transformador.
Quan un transformador es troba en una subestació oberta, periòdicament es produeixen descàrregues de corona a les seves parts externes que transporten corrent, depenent de la temperatura, la humitat i altres factors.
Canvis de càrrega i presència de dispositius en transformadors que en regulen els paràmetres durant el funcionament, per exemple, dispositius quela regulació del funcionament sota càrrega, comporta un canvi en les característiques de les descàrregues parcials, que poden disminuir o augmentar.
Tots aquests factors donen lloc al fet que moltes mesures en transformadors poden mostrar una imatge distorsionada de l'estat de l'aïllament.
Les lectures fetes del transformador en prova es superposaran amb polsos de soroll d'equips propers.
En aquests casos, cal utilitzar una tècnica de mesura correctament seleccionada per tal d'excloure la influència de les interferències en les dades rebudes sobre les descàrregues parcials dels transformadors.
