Причины частичного разряда в распределительных устройствах высокого напряжения

Частичный разряд является одним из наиболее важных ранних признаков разрушения изоляции в распределительных устройствах высокого напряжения. Хотя частичный разряд не полностью перекрывает изоляцию между проводниками, повторяющиеся разряды могут постепенно повредить систему изоляции и увеличить риск повреждения изоляции, пробоя и неожиданного отключения оборудования.

Понимание причин частичного разряда помогает инженерам-электрикам выявлять дефекты на ранней стадии и повышать надежность распределительного устройства на протяжении всего срока его службы.

Что такое частичный разряд?

Частичный разряд — это локализованный электрический разряд, который возникает только в части изоляционной системы. Он может возникнуть внутри газонаполненной пустоты, вдоль поверхности изоляции, вокруг острой кромки проводника или вблизи дефекта в твердом или композитном диэлектрике.

Явление обычно связано с локальной концентрацией электрического напряжения. Когда локальное электрическое поле превышает выдерживаемую силу слабой области, происходит короткий разряд. Разряд может быть кратким и небольшим, но повторяющаяся активность может постепенно ослабить окружающую изоляцию.

IEC 60270 определяет методы измерения частичного разряда в электрических устройствах, компонентах и ​​системах, основанных на заряде, тестируемых переменным или постоянным напряжением. В стандарте также рассматриваются измерительные схемы, калибровка, цифровые измерения и отделение сигналов частичных разрядов от внешних помех.МЭК 60270:2025

Как частичный разряд повреждает изоляцию

1. Химическое повреждение, вызванное заряженными частицами.

Во время частичного разряда электроны и ионы движутся через слабую область изоляции. Эти заряженные частицы высокой энергии сталкиваются с молекулами изоляции и могут разрушать химические связи.

Повторная бомбардировка может вызвать:

1、Разложение полимерных цепей

2, эрозия поверхности

3. Формирование проводящих карбонизированных дорожек.

4. Химическая деградация эпоксидной смолы и других изоляционных материалов.

5, постепенное снижение диэлектрической прочности.

В твердой изоляции этот процесс может увеличить внутреннюю полость или создать канал образования дерева. Как только дефект становится достаточно большим, изоляция может больше не выдерживать нормальное рабочее напряжение или временное перенапряжение.

2. Термическое и окислительное повреждение.

Частичный разряд также приводит к локальному выделению тепла. Хотя средняя энергия отдельного разряда может быть низкой, повторяющиеся импульсы, сконцентрированные в одной и той же области, могут повысить температуру окружающей изоляции.

Возникающий в результате термический стресс может привести к:

1. Локальный перегрев.

2, окислительное растрескивание

3. Плавление или карбонизация полимерных материалов.

4. Потеря механической прочности.

5, Расширение внутренних трещин и пустот.

Термическое повреждение и химическое повреждение часто усиливают друг друга. Поскольку поверхность изоляции становится более шероховатой или более проводящей, локальное электрическое поле становится менее однородным, что может ускорить дальнейшую активность разряда.

Распределительное устройство высокого напряжения и система его изоляции

Распределительное устройство высокого напряжения представляет собой сложный узел, объединяющий в себе проводники, коммутационные устройства, шины, изоляционные элементы, заземляющие кожухи и системы управления.

В зависимости от конструкции типичные материалы могут включать:

1, эпоксидная смола

2. Силикон или другой инженерный пластик.

3、Воздух или изолирующий газ

4. Гексафторид серы в применяемом оборудовании с газовой изоляцией.

5. Керамическая или композитная изоляция.

6. Медь, алюминий и другие проводящие материалы.

Сочетание различных материалов и геометрических форм создает множество мест, где может произойти частичный разряд. Качество изготовления, точность сборки, рабочее напряжение, температура, влажность, загрязнение и старение изоляции — все это может влиять на поведение частичных разрядов.

Для распределительных устройств соответствующие требования зависят от конструкции оборудования и класса напряжения. Серия стандартов IEC 62271 охватывает высоковольтные распределительные и управляющие устройства, включая оборудование с твердой изоляцией и изолирующими газами.Серия МЭК 62271

Основные причины частичного разряда в распределительных устройствах высокого напряжения

1. Дефекты в процессе производства изоляции.

Производственные дефекты являются одними из наиболее распространенных источников частичных разрядов в распределительных устройствах с твердой изоляцией.

Внутренние пустоты и воздушные пузыри

Во время литья, формования или герметизации эпоксидной смолы внутри изоляции могут оставаться пузырьки воздуха. Эти пустоты имеют более низкую диэлектрическую прочность, чем окружающая их твердая изоляция.

При приложении напряжения электрическое поле внутри пустоты становится выше, чем среднее поле в твердом материале. Это связано с разницей между диэлектрической проницаемостью газа внутри пустоты и окружающей изоляции.

В результате газ в полости может пробиться раньше основной изоляции. Каждый разряд может увеличить пустоту, повредить ее поверхность и в конечном итоге снизить общую прочность изоляции.

Инородные частицы и загрязнение материалов

Металлические частицы, пыль, влага и другие примеси, попавшие в процессе производства, могут создать локальные слабые места. Проводящее загрязнение может исказить электрическое поле или образовать путь разряда между различными участками изоляции.

Типичные причины включают в себя:

1. Плохо контролируемые условия литья.

2. Недостаточная очистка перед сборкой.

3. Неправильное хранение компонентов изоляции.

4. Недостаточное отверждение эпоксидной смолы.

5. Загрязнение во время транспортировки или установки.

Одиночный внутренний дефект может не привести к немедленному отказу, но он может стать более активным по мере старения оборудования или работы в условиях повышенного электрического напряжения.

2. Неравномерное распределение электрического поля.

Однородное электрическое поле необходимо для надежной изоляции. Любая острая точка, неровная поверхность или плавающий проводящий объект могут увеличить локальное электрическое поле и вызвать частичный разряд.

Заусенцы и острые края проводников

Заусенцы на шинах, острые углы, необработанные края проводников и электроды плохой формы могут создавать сильную концентрацию электрического поля.

Этот эффект особенно значителен в отношении:

1, Шинные соединения

2, кабельные клеммы

3. Подвижные контакты

4. Болтовые соединения.

5, экранирующие компоненты

6. Проводящие вставки внутри формованной изоляции.

Даже если среднее рабочее напряжение находится в пределах номинала оборудования, локальное поле вблизи острой кромки может превысить уровень возникновения разряда.

Свободные или плавающие металлические частицы

Металлические частицы внутри корпуса распределительного устройства могут стать электрически заряженными или двигаться под действием электрического поля. Их положение и потенциал могут меняться во время работы, создавая нестабильные полевые условия.

Такие частицы могут вызвать:

1. Улучшение локального поля.

2. Поверхностный разряд.

3. Прерывистые импульсы разряда.

4. Отслеживание близлежащей изоляции.

5, нестабильные модели частичного разряда.

Это одна из причин, почему чистота и строгие процедуры сборки важны при производстве и обслуживании распределительных устройств.

Загрязненные или шероховатые изоляционные поверхности

Пыль, влага, масло и другие загрязнения могут уменьшить эффективную длину пути утечки по изоляционной поверхности. Шероховатая или поврежденная поверхность также создает небольшие концентрации полей, в которых может начаться поверхностный разряд.

Загрязнение поверхности особенно важно для оборудования, подвергающегося воздействию:

1, Высокая влажность

2. Проводящая пыль.

3. Солевой спрей.

4. Промышленное загрязнение.

5, Конденсация

6. Плохая вентиляция.

Очистка сама по себе не может окончательно решить проблему, если на поверхности изоляции уже появились следы, трещины или эрозия.

Дефекты заземленного корпуса

Металлический корпус обычно обеспечивает экранирование и контролируемый опорный потенциал. Однако грубые сварные швы, поры, шлаковые включения и другие производственные дефекты могут создавать неравномерные условия электрического поля вблизи заземленного корпуса.

Эти дефекты могут взаимодействовать с близлежащей изоляцией или проводящими частями и увеличивать риск разряда. Поэтому качество сварных швов, геометрия корпуса, непрерывность заземления и внутренние зазоры должны проверяться во время производства и проверки.

3. Неоднородные диэлектрические среды.

В современных распределительных устройствах часто используются композитные системы изоляции, в которых несколько материалов работают вместе. Например, эпоксидную смолу можно комбинировать с конструкционными пластиками, изолирующим газом, проводящими вставками и воздушными зазорами.

Каждый материал имеет разные электрические и тепловые свойства. Если интерфейсы плохо спроектированы или изготовлены, диэлектрическое поле может распределяться неравномерно.

Потенциальные проблемы включают в себя:

1. Плохое сцепление между различными изоляционными материалами.

2、Неравномерная диэлектрическая проницаемость

3、Пробелы на границах раздела материалов

4. Внутреннее расслоение.

5. Влага задерживается между слоями.

6. Пустоты вокруг встроенных проводников.

Внутренние пузырьки и примеси могут еще больше увеличить неоднородность диэлектрической среды. Под рабочим напряжением эти области могут испытывать большее электрическое напряжение, чем окружающая изоляция, и стать отправной точкой частичного разряда.

Другие факторы, влияющие на частичный разряд

Частичный разряд вызван не только производственными дефектами. Некоторые условия эксплуатации и окружающей среды могут увеличить активность разрядов.

Рабочее напряжение

По мере увеличения приложенного напряжения электрическое поле в слабых областях также увеличивается. Дефект, который остается неактивным при нормальном напряжении, может привести к измеримому разряду во время перенапряжения, испытания на устойчивость или временного повышения напряжения в системе.

Температура

Температура влияет на изоляционные свойства, давление газа, расширение материала и состояние интерфейсов. Тепловое расширение может увеличить существующие зазоры или создать дополнительную нагрузку на склеенные изоляционные компоненты.

Влажность и конденсат

Влага может снизить сопротивление изоляции поверхности и способствовать разряду на поверхности. Конденсация особенно опасна, когда теплый влажный воздух попадает в более прохладный отсек распределительного устройства.

Старение изоляции

Длительное электрическое, термическое и механическое воздействие может вызвать старение изоляции. Старение может привести к появлению трещин, обесцвечиванию, эрозии, расслоению и повышенному поглощению влаги, что может повысить вероятность частичного разряда.

Механическое напряжение и вибрация

Ослабленные соединения, вибрация и неоднократное тепловое расширение могут привести к образованию небольших зазоров между изоляционными компонентами. Эти зазоры могут стать местами разряда, особенно вблизи шин, кабельных наконечников и встроенных проводников.

Обнаружение частичного разряда в распределительном устройстве

Испытание частичного разряда используется для выявления активности разряда до того, как он перерастет в серьезное повреждение изоляции. В зависимости от оборудования и цели испытаний инженеры могут оценить кажущийся заряд, величину разряда, характеристики фазового разрешения, повторение импульсов и изменения с течением времени.

Надежный тест должен включать в себя:

1. Подходящий измерительный прибор и расположение датчиков.

2. Правильная калибровка измерительной системы.

3. Эффективный контроль внешних помех.

4. Правильное заземление и экранирование.

5. Стабильное испытательное напряжение и условия окружающей среды.

6. Сравнение с техническими ограничениями и предыдущими записями испытаний.

Weshine Electric — профессиональный производитель, занимающийся исследованиями, разработками и производством высоковольтного испытательного и измерительного оборудования. Имея стандартизированные производственные цеха и независимые калибровочные лаборатории, завод строго следует стандартам IEC и системам управления качеством ISO, чтобы гарантировать, что каждый прибор обеспечивает стабильные, повторяемые и помехозащищенные результаты испытаний для применения в мировой энергетической отрасли.

Цифровой тестер частичных разрядов GDJF-2007 независимо разработан и откалиброван на заводе компанией Weshine Electric. Его можно использовать для цифрового измерения и анализа частичных разрядов в высоковольтном оборудовании.  В практических приложениях прибор может поддерживать оценку величины частичного разряда, характера разрядов и состояния изоляции. Точную конфигурацию испытаний и критерии приемки следует выбирать в соответствии с конструкцией распределительного устройства, применимыми стандартами и технической документацией производителя.

Часто задаваемые вопросы

Какова наиболее распространенная причина частичного разряда в распределительном устройстве?

Общие причины включают внутренние пустоты, пузырьки воздуха, загрязнения, острые края проводников, загрязнение поверхности, плохую изоляцию границ раздела и неравномерное распределение электрического поля.

Можно ли увидеть частичный разряд напрямую?

Обычно частичный разряд не виден во время нормальной работы. Обычно его обнаруживают с помощью электрических, ультразвуковых или других специализированных методов измерения.

Всегда ли частичный разряд означает немедленный выход оборудования из строя?

Нет. Частичный разряд может развиться постепенно. Однако постоянная или возрастающая активность частичного разряда указывает на ухудшение изоляции и требует профессиональной оценки.

Как острые края шин вызывают частичный разряд?

Острые края концентрируют электрическое поле. Локальное поле может стать намного сильнее среднего поля, позволяя разряду начаться вблизи края.

Как можно уменьшить частичный разряд в распределительном устройстве?

Эффективные меры включают улучшение изготовления изоляции, удаление заусенцев, контроль чистоты, предотвращение попадания влаги, оптимизацию распределения электрического поля, улучшение заземления корпуса и проведение регулярных испытаний на частичный разряд.

Заключение

Частичный разряд в распределительных устройствах высокого напряжения обычно является результатом сочетания дефектов изоляции, концентрации электрического поля, неоднородных диэлектрических материалов, условий окружающей среды и длительного старения.

Внутренние пустоты, загрязнения, острые края шин, плавающие металлические частицы, загрязненные поверхности и плохая изоляция интерфейсов — все это может создавать локальное электрическое напряжение. После начала разряда химическая эрозия и термическое повреждение могут постепенно ослабить изоляцию.

Регулярное тестирование частичных разрядов дает ценную информацию о состоянии изоляции и помогает группам технического обслуживания выявлять возникающие проблемы до того, как произойдет серьезный отказ. Для точного диагноза тестирование должно проводиться квалифицированными специалистами с использованием правильно откалиброванного оборудования и процедур, соответствующих применимым стандартам.

Опираясь на собственные исследования и разработки, стандартизированное заводское производство и строгую калибровку качества, Weshine Electric продолжает предоставлять надежные инструменты для высоковольтных испытаний и профессиональные технические решения для обслуживания подстанций, проверки электросетей и диагностики промышленных энергосистем по всему миру. Не стесняйтесь обращаться к нашей команде за техническими данными, индивидуальными решениями для тестирования и оптовой поддержкой на заводе.