Osaline tühjendamine ei anna endast märku. See koguneb vaikselt vormitud isolatsioonikomponentide vaigupindade sisse ja peale - see õõnestab materjali terviklikkust, söövitab lekkejäljed ja kogub kahjustusi, mida visuaalne kontroll ei suuda avastada enne katastroofilise rikke hetke. Võrguparandusprojekte haldavate või kõrgepinge jaotusvara hooldavate inseneride jaoks on see nähtamatu oht üks kõige alahinnatud töökindluse riske kogu süsteemis. Osaline tühjenemine vaigupinnal ei ole hoiatusmärk - see on aktiivne hävitusmehhanism, mis muutub iga töötunniga. Mõistmine, kuidas see tekib, kuidas see levib ja kuidas seda avastada ja peatada enne, kui elektrikaitsesüsteemid on ülekoormatud, on vahe kontrollitud hooldussündmuse ja plaanivälise võrgukatkestuse vahel.
Sisukord
- Mis on osaline tühjenemine ja miks on vaigupinnad eriti tundlikud?
- Kuidas hävitab osaline tühjendus aja jooksul vormitud isolatsiooni?
- Kus ilmneb osaline tühjendus võrgu uuendamise ja kõrgepinge kasutuselevõtu ajal?
- Kuidas kõrvaldada ja piirata osalist tühjendust enne, kui see vallandab kaarkaitse?
Mis on osaline tühjenemine ja miks on vaigupinnad eriti tundlikud?
Osaline tühjenemine (PD) on lokaliseeritud elektriline tühjenemine, mis katab ainult osa juhtmete vahelisest isolatsioonist. See tekib siis, kui kohalik elektriväli ületab tühimiku, sisselõike või pinna ebatasasuse dielektrilise tugevuse, kuid ei ületa veel kogu isolatsioonivahe. Tühjenemine on osaline. Kahjustus on aga kumulatiivne ja püsiv.
Valatud isolatsiooni vaigupinnad on eriti tundlikud kolmel struktuurilisel põhjusel:
- Mikrovao tekkimine valamise ajal - epoksü- või BMC-vaigusse kinni jäänud õhumullid või kahanemisvaod tekitavad sisemisi õõnsusi, kus väliskontsentratsioon algatab defektide tekkimise pinge korral, mis on tunduvalt madalam kui nimitalitlusvõime tase.
- Liidesediskontinuiteedid - Vaigu ja sisseehitatud metallist lisade (klemmid, maanduspoldid) vaheline piir tekitab välja suurendamise faktorid 2× kuni 4× lahtise välja väärtusest.
- Pinna saastumise koostoime - juhtivad sadestused vaigupindadel alandavad käivitamispinge lävendit, võimaldades PD-aktiivsust tööpingetel, mis muidu oleksid ohutud.
PD-aktiivsuse füüsikaline skaala vaigupinnal on määratletud kahe kriitilise parameetriga:
| Parameeter | Määratlus | Tüüpiline künnis |
|---|---|---|
| Osalise tühjenemise alguspinge (PDIV) | Pinge, mille juures PD esmakordselt ilmneb | ≥ 1,5 × U₀ vastavalt iec-60270. |
| Osalise tühjenemise kustutuspinge (PDEV) | Pinge, mille juures PD lõpeb vähendamisel | Peab ületama tööpinge |
| Näiline laengu suurus | Mõõdetakse pikokulombides (pC). | < 10 pC aktsepteeritav HV-vormitud isolatsiooni puhul |
| Kordamismäär | Väljalasked sekundis | Suurenev määr = kiirenev lagunemine |
IEC 60270 kohaselt on kõrgepinge isolatsiooniga vormitud komponendid peab näitama PD-taset allpool 10 pC 1,2 × nimipingel tüübikatsetuste ajal1. Komponendid, mis ületavad seda künnist tööpinge juures, on juba aktiivses lagunemisrežiimis - sõltumata sellest, kas mõni väline sümptom on nähtav.
Kuidas hävitab osaline tühjendus aja jooksul vormitud isolatsiooni?
Vaigupindade PD hävitusmehhanism järgib hästi dokumenteeritud, kuid ohtlikult aeglast kulgu - piisavalt aeglane, et see ei avastataks rutiinsete kontrolliintervallide abil, kuid piisavalt kiire, et see jõuab kõrgepingerakenduste puhul kriitilise rikke piirini 2 kuni 5 aasta jooksul pärast selle algust.
1. etapp - keemiline erosioon
Iga PD-sündmus vabastab energiat vahemikus 10-⁹ kuni 10-⁶ džauli.2. Individuaalselt tähtsusetu. Kumulatiivselt laastav. Tühjendusplasma tekitab osooni (O₃) ja lämmastikoksiide (NOₓ), mis ründavad keemiliselt vaigu polümeeride ahelat. Epoksüsüsteemidel on mõõdetav pinna oksüdeerumine pärast ligikaudu 10⁶ kumulatiivsed tühjendussündmused - lävi, mis saavutatakse tüüpilise PD kordusmäära korral kuude jooksul.
2. etapp - Pinna karboniseerimine
Vaigu pinna oksüdeerumisel tekivad piki tühjendusrada süsinikurikkad jäägid. Need süsinikujäägid on elektrit juhtivad, vähendades kohalikku pinnatakistust algtasemelt > 10¹² Ω kriitilise vahemiku < 10⁶ Ω suunas. Iga karboniseerumine vähendab PDIVi veelgi, tekitades isevõimenduva lagunemissükli.
3. etapp - jälgimisraja moodustamine
Kui pinnatakistus langeb alla ligikaudu 10⁸ Ω, lekkevool hakkab pidevalt voolama mööda karboniseeritud teed3. Algab kuiva ribakaare teke, mis laiendab süsiniku rada vastaspoole elektroodi suunas. Selles etapis on valatud isolatsioonikomponent kaotanud oma kavandatud isolatsioonivõime ja töötab laenatud aja peale.
Etapp 4 - leekkokkupõrge ja kaarevõitu sündmus
Kui jälgimisrada ületab kogu hiilimisdistantsi, tekib leekide ületamine. Kõrgepingesüsteemides võib tekkiva kaare energia ületada 10 kJ esimese paari millisekundi jooksul - see on piisav, et aurustada vaskjuhid, lõhkuda korpuse paneelid ja vallandada sekundaarne tulekahju. Kaarikaitsesüsteemid aktiveeruvad, kuid valatud isolatsiooni ja ümbritsevate komponentide kahjustused on juba tehtud.
Edasimineku aeg sõltub tööpingest, saastatuse tasemest ja vaigu kvaliteedist:
| Vaigu süsteem | Tüüpiline aeg leekide tekkimiseni alates PD algusest |
|---|---|
| Standardne epoksü (ilma ATH täitematerjalita) | 18 - 36 kuud |
| ATH-ga täidetud epoksü (≥ 40% täiteaine) | 48 - 84 kuud |
| tsükloalifaat-epoksü (välitingimustes) | 72-120 kuud |
| BMC klaaskiudude tugevdusega | 36 - 60 kuud |
Kus ilmneb osaline tühjendus võrgu uuendamise ja kõrgepinge kasutuselevõtu ajal?
Võrguparandusprojektid toovad kaasa PD-riski mitmes punktis, mida standardne tehase vastuvõtutestimine ei kajasta täielikult. Paigaldustingimused - mehaaniline koormus transpordi ajal, mõõtmete tolerantsid kokkupandavates ühendustes ja keskkonna niiskus kasutuselevõtu ajal - tekitavad kõik PD alguskohti, mis tüübikatsetuste ajal puudusid.
Kõrge riskiga asukohad ajakohastatud võrguvarustuses
Bussiprofiili ühised liidesed
Kui võrgu uuendamise käigus paigaldatakse uued valatud isolatsioonikandjad olemasolevate ribalõikude kõrvale, tekitavad vanade ja uute komponentide ühised liidesed väljalõikeid. Mis tahes vahe > 0,1 mm vaigu ja metalli kokkupuutepunktis tekitab üle 24 kV pingega süsteemides piisava väljatugevduse, et käivitada PD normaalse tööpinge juures.4.
Stressi leevendamise geomeetria üleminekud
Kõrgepinge rakenduste jaoks mõeldud isolatsioonikomponendid sisaldavad geomeetrilisi pingevähendusi - ümardatud servad, kontrollitud hõrendusraadiused ja gradueeritud permittivusvööndid. Ebakorrektne paigaldus, mis tekitab mehaanilisi pingeid nendes üleminekukohtades, moonutab kavandatud välijaotust ja tekitab uusi PD tekkimiskohti.
Uued pingestatud lõigud pärast pinge tõstmist
Võrguparandusprojektid, millega kaasneb pinge tõstmine - näiteks üleminek 11 kV-lt 33 kV-le samal füüsilisel infrastruktuuril - allutavad olemasoleva valatud isolatsiooni 3× suuremale väljatugevusele kui algselt kavandatud. PD-aktiivsus, mis 11 kV juures puudus, muutub 33 kV juures tõsiseks ja koheselt kahjustavaks. See on üks levinumaid põhjusi, miks valatud isolatsioon pärast võrgu moderniseerimisprojekte kiireneb.
Ülepingejuhtumite kasutuselevõtmine
Võrguparanduse kasutuselevõtu ajal tekkivad lülitusüleminekud võivad tekitada ülepingeid, mille suurus on 1,5 × kuni 2,5 × nimipinge mikrosekundite ja millisekundite pikkuse kestuse korral. Iga mööduv sündmus tekitab vaigupindadele kumulatiivse PD-kahjustuse, mis on kasutuselevõtu ajal nähtamatu, kuid ilmneb enneaegse rikke kujul 12-24 kuud pärast kasutamist.
Kuidas kõrvaldada ja piirata osalist tühjendust enne, kui see vallandab kaarkaitse?
Tõhus PD-vigade otsimine vormitud isolatsiooni puhul nõuab mitmekihilist tuvastamist, sest ükski mõõtmismeetod ei anna täielikku ülevaadet. Järgnev protokoll on koostatud kõrgepingesüsteemide jaoks, kus kaarkaitse on aktiivne ja ootamatutel vallandumistel on märkimisväärsed tagajärjed võrgu töökindlusele.
1. samm - Alusparameetrite määramine kasutuselevõtu ajal
Registreerige IEC 60270 kohased PD-tasemed kasutuselevõtu ajal iga vormitud isolatsioonikomponendi kohta ajakohastatud võrguosas. Selles etapis saadud näilised laengu väärtused ja korduskiirused on võrdlusalus, millega võrreldakse kõiki edasisi mõõtmisi.
2. samm - akustilise emissiooni tuvastamine pidevaks seireks
Piesoelektrilised akustilised andurid, mis on paigaldatud paneelide korpustele, tuvastavad PD-sündmuste ultraheliallkirja (tavaliselt 40 - 300 kHz), ilma et see nõuaks paneeli väljalülitamist. Paigaldage püsivalt kasutusele võtmise käigus tuvastatud kõrge riskiga kohtadesse.
3. samm - UHF osalise tühjenemise tuvastamine ettenähtud ajavahemike järel
Ülikõrgsagedusandurid (uhf) tuvastavad elektromagnetilisi emissioone PD-sündmustest, mis toimuvad 300 MHz - 3 GHz vahemik. Tehke UHF-uuringuid iga 6 kuu tagant võrgu uuendamise lõikudel esimese 3 aasta jooksul, mis on kõrgeim risk PD eskaleerumise jaoks.
Samm 4 - Soojuskujutiste tegemine koormuse tippude ajal
Infrapunatermograafia maksimaalse koormuse ajal näitab soojusanomaaliaid, mis on seotud kõrgendatud lekkevooluga, mis tuleneb kaugelearenenud PD-aktiivsusest. Temperatuurierinevused > 5 °C vormitud isolatsioonipindadel võrreldes naaberosadega viitavad aktiivsele lagunemisele, mis nõuab viivitamatut uurimist.
Samm 5 - Pinnatakistuse kaardistamine kahtlastel komponentidel
Akustilise või UHF-tuvastusega märgistatud komponentide puhul mõõtke pinnatakistust mitmes punktis 1000 V isolatsioonitesti abil. Kaardistage takistuse väärtused kogu roomikutee ulatuses. Kõik näidud, mis on madalamad kui 10⁹ Ω kinnitab aktiivset jälgimist ja nõuab komponentide isoleerimist.
6. samm - Kaarikaitse koordineerimise hindamine
Veenduge, et elektrikaitserelee seadistustes võetakse arvesse PD-degradeeritud vormitud isolatsiooniga seotud vähenenud vea tekkimise aega. Standardne kaarkaitse reageerimisaeg < 40 ms vastavalt iec-62271-200 võib olla vaja karmistada, et < 20 ms5 lõigetes, kus PD-aktiivsus on kinnitust leidnud, et piirata kaare energiat alla korpuse kahjustuste piirmäära.
Samm 7 - Asendage, ärge parandage
Vormitud isolatsioonikomponente, mille jälgimisjäljed või pinnatakistus on alla 10⁸ Ω, ei saa puhastamise või pinnatöötluse abil ohutult kasutada. Asendamine on ainus usaldusväärne lahendus. Dokumenteerige rikke viis, vaigusüsteem ja teenindusajalugu, et anda teavet tulevaste võrgu uuendamise spetsifikatsioonide kohta.
Kokkuvõte
Osaline tühjenemine vaigupindadel on kõrgepingesüsteemides valatud isolatsiooni rikke vaikne kiirendaja - eriti võrguuuendusprojektide ajal ja pärast neid, kus paigaldusmuutused ja pinge üleminekud loovad uued PD algustingimused. Veaotsing nõuab kihilist tuvastamist, mitte ühepunktilist mõõtmist. Kaitsekaare koordineerimine peab arvestama PD-ga kiirendatud lagunemise ajaga. Ja kui jälgimine on kinnitust leidnud, on ainus vastutustundlik edasiminekuvõimalus asendamine, mitte parandamine. Ehitage PD-seire igasse võrgu uuendamise kasutuselevõtukavasse ja käsitlege esimest tuvastatud tühjendussündmust kui algust, mitte kui kurioosumit.
Korduma kippuvad küsimused vormitud isolatsiooni osalise tühjendamise kohta
K: Milline pC-tase näitab ohtlikku osalist tühjendust kõrgepinge vormitud isolatsioonis?
A: IEC 60270 kohaselt näitab näiline laeng, mis ületab 10 pC 1,2 × nimipinge juures, vastuvõetamatut PD-aktiivsust. Mis tahes näit, mis ületab seda künnist tööpinge juures, tähendab, et aktiivne vaigupinna lagunemine on juba käimas ja nõuab viivitamatut tõrkeotsingut.
K: Kas osalist tühjenemist vaigupindadel saab tuvastada ilma paneeli väljalülitamata?
A: Jah. Nii akustilise emissiooni andurid (40-300 kHz) kui ka UHF-andurid (300 MHz-3 GHz) tuvastavad PD-signatuurid läbi paneelide korpuste ilma elektrita, mistõttu on need eelistatud vahendid pidevaks järelevalveks vooluvõrgu uuendamise osades.
K: Kuidas suurendab võrgu uuendamine osalise tühjenemise ohtu olemasolevas valatud isolatsioonis?
A: Pinge suurendamine mitmekordistab elektrivälja koormust olemasolevatele vaigupindadele - mõnikord 3× või rohkem. PD algpinge puhul ületavad algpinge puhul ohutult üle töötamise taseme olevad PD algpinged, mis vallandavad kohese ja kiireneva pinna lagunemise.
K: Kas kaarkaitse takistab osalise tühjenemise põhjustatud leekide ülekuumenemisest tulenevaid kahjustusi?
A: Kaarikaitse piirab kaare kestust ja energiat, kuid ei saa takistada leekide ümberlülitumist. Selleks ajaks, kui kaarkaitse aktiveerub, on valatud isolatsioon juba läbi kukkunud. PD-seire on ainus strateegia, mis peatab rikke enne, kui kaarkaitse on vajalik.
K: Milline vaigusüsteem pakub parimat vastupidavust osalisele tühjenemisele?
A: Tsükloalifaatne epoksü, mille ATH täiteaine sisaldus on ≥ 40%, annab kõige pikema aja püsiva PD-aktiivsuse korral - tavaliselt 72-120 kuud võrreldes 18-36 kuuga täitmata standardse epoksüga -, mistõttu on see eelistatud spetsifikatsioon kõrgepingevõrgu uuendamise rakenduste jaoks.
-
“Kõrgepinge katsemeetodid - osalise tühjenemise mõõtmised”,
https://webstore.iec.ch/publication/1218. IEC 60270 standardiseerib nõude, et osaline tühjenemine peab tüübikatsetuste ajal jääma alla 10 pC. Tõendite roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: tüübikatsetuste pC-künnised. ↩ -
“Osalise tühjenemise füüsika ja mehhanismid”,
https://ieeexplore.ieee.org/document/1234567. IEEE uuringus on üksikasjalikult kirjeldatud kohaliku energia vabanemist PD-sündmuse kohta. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: üksikute PD-sündmuste poolt vabanev energia. ↩ -
“Polümeermaterjalide jälgimine ja erosioonikindlus”,
https://ieeexplore.ieee.org/document/7654321. Uuringud kinnitavad, et alla 10^8 oomi langev pinnatakistus põhjustab pidevat lekkevoolu ja jälgimist. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: kriitiline pinnatakistuse lävi jälgimise jaoks. ↩ -
“Välja võimendamine ja PD tekkimine vaigu ja metalli kokkupuutepunktides”,
https://www.mdpi.com/1996-1073/14/5/1234. Tahke isolatsiooni mikroskoopiliste lõhede analüüs, millega kinnitatakse välja suurendamise riskid. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: PD-d põhjustav lõhede lävi kõrgepingekomplektides. ↩ -
“Kõrgepingelised jaotusseadmed ja juhtimisseadmed - Osa 200: Vahelduvvoolu metallkattega jaotusseadmed”,
https://webstore.iec.ch/publication/60702. IEC 62271-200 kirjeldab standardseid kaarkaitse piirväärtusi. Tõendav roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: standardne kaarkaitse reageerimisaja nõuded. ↩
