Korkeajännitekojeiston osittaisen purkauksen syyt

Partial discharge is one of the most important early warning signs of insulation deterioration in high voltage switchgear. Vaikka osittainen purkaminen ei täysin silta johtimien välistä eristystä, toistuva purkaustoiminta voi asteittain vahingoittaa eristysjärjestelmää ja lisätä eristysvian, välähdyksen ja odottamattoman laitteiston sammumisen riskiä.

Osittaispurkauksen syiden ymmärtäminen auttaa sähköinsinöörejä tunnistamaan viat varhaisessa vaiheessa ja parantamaan kojeiston luotettavuutta koko sen käyttöiän ajan.

Mikä on osittainen purkaus?

Osittainen purkaus on paikallinen sähköpurkaus, joka esiintyy vain osassa eristysjärjestelmää. Se voi kehittyä kaasutäytteisen tyhjiön sisälle, eristyspinnalle, terävän johtimen reunan ympärille tai lähelle kiinteässä tai komposiittisessa eristeessä olevaa vikaa.

Ilmiö liittyy yleensä paikalliseen sähköjännityksen keskittymiseen. Kun paikallinen sähkökenttä ylittää heikon alueen kestävyyslujuuden, tapahtuu lyhyt purkaus. Purkaus voi olla lyhyttä ja pientä, mutta toistuva toiminta voi asteittain heikentää ympäröivää eristystä.

IEC 60270 määrittelee varaukseen perustuvat menetelmät osittaispurkauksen mittaamiseksi sähkölaitteissa, komponenteissa ja järjestelmissä, jotka on testattu vaihto- tai tasajännitteellä. Standardi koskee myös mittauspiirejä, kalibrointia, digitaalista mittausta ja osittaisen purkaussignaalin erottamista ulkoisista häiriöistä.IEC 60270:2025

Kuinka osittainen purkaus vahingoittaa eristystä

1. Varautuneiden hiukkasten aiheuttama kemiallinen vaurio

Osittaisen purkauksen aikana elektronit ja ionit liikkuvat eristeen heikon alueen läpi. Nämä korkeaenergiset hiukkaset törmäävät eristysmolekyyleihin ja voivat rikkoa kemiallisia sidoksia.

Toistuva pommittaminen voi aiheuttaa:

1、Polymeeriketjujen hajoaminen

2, Pintaeroosio

3、Johtavien hiiltyneiden polkujen muodostuminen

4 、 Epoksihartsin ja muiden eristysmateriaalien kemiallinen hajoaminen

5, dielektrisen lujuuden asteittainen lasku

Kiinteässä eristeessä tämä prosessi voi laajentaa sisäistä onteloa tai luoda puustokanavan. Kun vika on riittävän suuri, eristys ei ehkä enää kestä normaalia käyttöjännitettä tai tilapäistä ylijännitettä.

2. Lämpö- ja oksidatiiviset vauriot

Osittainen purkaus tuottaa myös paikallista lämpöä. Vaikka yksittäisen purkauksen keskimääräinen energia voi olla alhainen, samalle alueelle keskittyneet toistuvat pulssit voivat nostaa ympäröivän eristeen lämpötilaa.

Tuloksena oleva lämpöjännitys voi johtaa:

1, Paikallinen ylikuumeneminen

2, Oksidatiivinen halkeilu

3 、 Polymeerimateriaalien sulatus tai karbonointi

4, mekaanisen lujuuden menetys

5、Sisäisten halkeamien ja aukkojen laajeneminen

Lämpövauriot ja kemialliset vauriot vahvistavat usein toisiaan. Kun eristyspinta tulee karkeammaksi tai johtavammaksi, paikallinen sähkökenttä muuttuu vähemmän tasaiseksi, mikä voi kiihdyttää edelleen purkaustoimintaa.

Korkeajännitekojeisto ja sen eristysjärjestelmä

Suurjännitekojeisto on monimutkainen kokoonpano, joka yhdistää johtimia, kytkinlaitteita, virtakiskoja, eristyskomponentteja, maadoituskoteloita ja ohjausjärjestelmiä.

Suunnittelusta riippuen tyypillisiä materiaaleja voivat olla:

1, epoksihartsi

2、Silikoni tai muu tekninen muovi

3、Ilma tai eristävä kaasu

4 、 Rikkiheksafluoridi soveltuvissa kaasueristetyissä laitteissa

5 、 Keraaminen tai komposiittieristys

6、Kupari, alumiini ja muut johtavat materiaalit

Eri materiaalien ja geometrioiden yhdistelmä luo useita paikkoja, joissa voi tapahtua osittainen purkaus. Valmistuksen laatu, kokoonpanon tarkkuus, käyttöjännite, lämpötila, kosteus, saastuminen ja eristyksen vanheneminen voivat kaikki vaikuttaa PD-käyttäytymiseen.

Kojeistosovelluksissa asiaa koskevat vaatimukset riippuvat laitteen suunnittelusta ja jänniteluokasta. IEC 62271 -sarja kattaa suurjännitekojeistot ja ohjauslaitteet, mukaan lukien kiinteää eristystä ja eristäviä kaasuja käyttävät laitteet.IEC 62271 -sarja

Suurjännitekojeiston osittaisen purkauksen tärkeimmät syyt

1. Vikoja eristeen valmistusprosessissa

Valmistusvirheet ovat yleisimpiä osittaispurkauksen lähteitä kiinteästi eristetyissä kojeistoissa.

Sisäiset tyhjiöt ja ilmakuplat

Epoksivalun, muovauksen tai kapseloinnin aikana eristeen sisään voi jäädä ilmakuplia. Näillä onteloilla on pienempi dielektrinen lujuus kuin ympäröivällä kiinteällä eristeellä.

Kun jännite kytketään, sähkökenttä ontelon sisällä tulee korkeammaksi kuin kiinteän materiaalin keskimääräinen kenttä. Tämä liittyy tyhjiön sisällä olevan kaasun ja ympäröivän eristeen dielektrisyysvakion väliseen eroon.

Tämän seurauksena ontelossa oleva kaasu voi hajota ennen pääeristystä. Jokainen purkaus voi laajentaa tyhjiötä, vahingoittaa sen pintaa ja lopulta heikentää eristyksen kokonaislujuutta.

Vieraat hiukkaset ja materiaalin kontaminaatio

Tuotannon aikana joutuvat metallihiukkaset, pöly, kosteus ja muut epäpuhtaudet voivat luoda paikallisia heikkouksia. Johtava kontaminaatio voi vääristää sähkökenttää tai muodostaa purkausreitin eristeen eri alueiden välille.

Tyypillisiä syitä ovat:

1、Huonosti kontrolloidut valuolosuhteet

2, Riittämätön puhdistus ennen kokoamista

3、Eristekomponenttien väärä varastointi

4 、 Epoksihartsin riittämätön kovettuminen

5、Saastuminen kuljetuksen tai asennuksen aikana

Yksittäinen sisäinen vika ei välttämättä aiheuta välitöntä vikaa, mutta se voi aktivoitua laitteen ikääntyessä tai kun se toimii kohonneessa sähkörasituksessa.

2. Epätasainen sähkökentän jakautuminen

Tasainen sähkökenttä on välttämätön luotettavan eristyskyvyn kannalta. Mikä tahansa terävä kärki, epäsäännöllinen pinta tai kelluva johtava esine voi lisätä paikallista sähkökenttää ja käynnistää osittaisen purkauksen.

Purseet ja terävät reunat johtimissa

Kiskojen purseet, terävät kulmat, keskeneräiset johtimen reunat ja huonosti muotoillut elektrodit voivat tuottaa voimakkaan sähkökentän keskittymän.

Tämä vaikutus on erityisen merkittävä seuraavilla alueilla:

1、Kiskoliitokset

2, kaapeliliittimet

3. Siirrä kontakteja

4, Pulttiliitokset

5、suojauskomponentit

6, Johtavat sisäosat valetun eristeen sisällä

Vaikka keskimääräinen käyttöjännite olisi laitteen nimellisarvojen sisällä, paikallinen kenttä terävän reunan lähellä voi ylittää purkauksen alkutason.

Irrallisia tai kelluvia metallihiukkasia

Kojeiston kotelon sisällä olevat metallihiukkaset voivat varautua sähköisesti tai liikkua sähkökentän vaikutuksesta. Niiden sijainti ja potentiaali voivat muuttua käytön aikana, mikä aiheuttaa epävakaita kenttäolosuhteita.

Tällaiset hiukkaset voivat aiheuttaa:

1、Paikallinen kentän tehostaminen

2, Pintapurkaus

3. Jaksottaiset purkauspulssit

4 、 Läheisen eristyksen seuranta

5 、 Epävakaat PD-kuviot

Tämä on yksi syy, miksi puhtaus ja tiukat kokoonpanomenettelyt ovat tärkeitä kojeiston valmistuksen ja huollon aikana.

Likaantuneet tai karkeat eristyspinnat

Pöly, kosteus, öljy ja muut epäpuhtaudet voivat vähentää tehollista ryömintäetäisyyttä eristyspinnalla. Karkea tai vaurioitunut pinta luo myös pieniä kenttäpitoisuuksia, joissa pintapurkaus voi alkaa.

Pintakontaminaatio on erityisen tärkeää laitteissa, jotka ovat alttiina:

1, korkea kosteus

2, Johtava pöly

3, suolasuihke

4 、 Teollinen saastuminen

5. Kondensaatio

6, Huono ilmanvaihto

Pelkkä puhdistus ei välttämättä ratkaise ongelmaa pysyvästi, jos eristeen pintaan on jo muodostunut jälkiä, halkeamia tai eroosiota.

Virheitä maadoitetussa kotelossa

The metal enclosure normally provides shielding and a controlled reference potential. Karkeat hitsit, huokoset, kuonasulkeumat ja muut valmistusvirheet voivat kuitenkin aiheuttaa epäsäännöllisiä sähkökenttäolosuhteita lähellä maadoitettua koteloa.

Nämä viat voivat olla vuorovaikutuksessa lähellä olevien eristeiden tai johtavien osien kanssa ja lisätä purkautumisriskiä. Siksi hitsin laatu, kotelon geometria, maadoituksen jatkuvuus ja sisäiset välykset tulee tarkistaa valmistuksen ja tarkastuksen aikana.

3. Epätasaiset dielektriset väliaineet

Nykyaikaisissa kojeistoissa käytetään usein komposiittieristysjärjestelmiä, joissa useat materiaalit toimivat yhdessä. Esimerkiksi epoksihartsi voidaan yhdistää teknisten muovien, eristyskaasun, johtavien sisäosien ja ilmarakojen kanssa.

Jokaisella materiaalilla on erilaiset sähkö- ja lämpöominaisuudet. Jos liitännät on suunniteltu tai valmistettu huonosti, dielektrinen kenttä ei ehkä jakaannu tasaisesti.

Mahdollisia ongelmia ovat mm.

1、Huono sidos eri eristysmateriaalien välillä

2 、 Epätasaiset dielektriset vakiot

3、Aukkoja materiaalirajapinnoissa

4, sisäinen delaminaatio

5. Kerrosten väliin jäänyt kosteus

6、Tyhjiöt upotettujen johtimien ympärillä

Sisäiset kuplat ja epäpuhtaudet voivat edelleen lisätä dielektrisen väliaineen epätasaisuutta. Käyttöjännitteen alaisena nämä alueet voivat kokea suurempaa sähköistä rasitusta kuin ympäröivä eristys ja niistä voi tulla osittaisen purkauksen aloituspiste.

Muut tekijät, jotka vaikuttavat osittaiseen purkamiseen

Osittainen purkautuminen ei johdu pelkästään valmistusvirheistä. Useat käyttö- ja ympäristöolosuhteet voivat lisätä purkausaktiivisuutta.

Käyttöjännite

As the applied voltage increases, the electric field in weak regions also increases. Vika, joka pysyy epäaktiivisena normaalilla jännitteellä, voi aiheuttaa mitattavissa olevan purkauksen ylijännitetapahtuman, kestotestin tai tilapäisen järjestelmän jännitteen nousun aikana.

Lämpötila

Lämpötila vaikuttaa eristysominaisuuksiin, kaasunpaineeseen, materiaalin laajenemiseen ja rajapintojen kuntoon. Lämpölaajeneminen voi suurentaa olemassa olevia rakoja tai aiheuttaa lisärasitusta liimattuihin eristyskomponentteihin.

Kosteus ja kondensaatio

Kosteus voi vähentää pinnan eristysvastusta ja edistää pintapurkausta. Kondensoituminen on erityisen vaarallista, kun lämmin, kostea ilma pääsee viileämpään kojeistotilaan.

Eristyksen ikääntyminen

Long-term electrical, thermal, and mechanical stress can cause insulation aging. Vanheneminen voi aiheuttaa halkeamia, värimuutoksia, eroosiota, delaminaatiota ja lisääntynyttä kosteuden imeytymistä, jotka kaikki voivat lisätä osittaista purkautumista.

Mekaaninen jännitys ja tärinä

Löysät liitokset, tärinä ja toistuva lämpölaajeneminen voivat luoda pieniä rakoja eristyskomponenttien väliin. Näistä aukoista voi tulla purkauspaikkoja, erityisesti lähellä virtakiskoja, kaapelien päätteitä ja upotettuja johtimia.

Havaitsee osittaisen purkauksen kojeistossa

PD testing is used to identify discharge activity before it develops into a serious insulation failure. Laitteistosta ja testiobjektista riippuen insinöörit voivat arvioida näennäisen varauksen, purkauksen suuruuden, vaiheen erottuneen kuvion, pulssin toiston ja ajan kuluessa tapahtuvia muutoksia.

Luotettavan testin tulisi sisältää:

1、Sopiva mittauslaite ja anturijärjestely

2、Mittausjärjestelmän oikea kalibrointi

3、Tehokas ulkoisten häiriöiden hallinta

4、 Oikea maadoitus ja suojaus

5 、 Vakaa testijännite ja ympäristöolosuhteet

6、Vertailu teknisiin rajoihin ja aikaisempiin testitietuuksiin

Weshine Electric on ammattimainen valmistaja, joka on omistautunut korkeajännitteisten testaus- ja mittauslaitteiden tutkimukseen, kehittämiseen ja tuotantoon. Tehdas on varustettu standardoiduilla tuotantopajoilla ja riippumattomilla kalibrointilaboratorioilla, ja se noudattaa tiukasti IEC-standardeja ja ISO-laatujärjestelmiä varmistaakseen, että jokainen instrumentti tuottaa vakaan, toistettavan ja häiriönkestävän testisuorituskyvyn maailmanlaajuisissa energiateollisuuden sovelluksissa.

The GDJF-2007 Digital Partial Discharge Tester is independently developed and factory-calibrated by Weshine Electric. It can be used for digital partial discharge measurement and analysis in high voltage equipment.  In practical applications, the instrument can support the evaluation of PD magnitude, discharge patterns, and insulation condition. Tarkka testikonfiguraatio ja hyväksymiskriteerit tulee valita kojeiston suunnittelun, sovellettavien standardien ja valmistajan teknisten asiakirjojen mukaan.

Usein kysytyt kysymykset

Mikä on yleisin syy osittaiseen purkaukseen kojeistossa?

Yleisiä syitä ovat sisäiset ontelot, ilmakuplat, epäpuhtaudet, terävät johtimen reunat, pinnan kontaminaatio, huonot eristysrajapinnat ja epätasainen sähkökentän jakautuminen.

Voiko osittainen purkaus nähdä suoraan?

Yleensä osittaista purkausta ei voida nähdä normaalin käytön aikana. Se havaitaan yleensä sähkö-, ultraääni- tai muilla erikoismittausmenetelmillä.

Tarkoittaako osittainen purkautuminen aina välitöntä laitevikaa?

Ei. Osittainen vuoto voi kehittyä vähitellen. Jatkuva tai lisääntyvä PD-aktiivisuus viittaa kuitenkin eristyksen heikkenemiseen ja vaatii ammatillista arviointia.

Kuinka terävät virtakiskon reunat aiheuttavat osittaisen purkauksen?

Terävät reunat keskittävät sähkökentän. Paikallinen kenttä voi tulla paljon vahvempi kuin keskimääräinen kenttä, jolloin purkautuminen alkaa lähellä reunaa.

Miten osittaista purkausta kojeistossa voidaan vähentää?

Tehokkaita toimenpiteitä ovat eristeiden valmistuksen parantaminen, purseiden poistaminen, puhtauden hallinta, kosteuden estäminen, sähkökentän luokituksen optimointi, kotelon maadoituksen parantaminen ja säännöllinen PD-testaus.

Johtopäätös

Osittainen purkautuminen suurjännitekojeistossa on yleensä seurausta eristysvirheiden, sähkökentän keskittymisen, epätasaisten dielektristen materiaalien, ympäristöolosuhteiden ja pitkäaikaisen ikääntymisen yhdistelmästä.

Sisäiset ontelot, epäpuhtaudet, terävät virtakiskoreunat, kelluvat metallihiukkaset, likaantuneet pinnat ja huonot eristysliitännät voivat kaikki aiheuttaa paikallista sähköjännitystä. Kun purkaus alkaa, kemiallinen eroosio ja lämpövauriot voivat vähitellen heikentää eristystä.

Säännöllinen osittaisen purkauksen testaus antaa arvokasta tietoa eristyksen kunnosta ja auttaa huoltotiimiä tunnistamaan kehittyvät ongelmat ennen kuin suuri vika tapahtuu. Tarkan diagnoosin varmistamiseksi pätevien ammattilaisten tulee suorittaa testaus käyttäen asianmukaisesti kalibroituja laitteita ja menettelyjä sovellettavien standardien mukaisesti.

Oman tutkimus- ja kehitystyön, standardoidun tehdastuotannon ja tiukan laatukalibroinnin tukemana Weshine Electric tarjoaa edelleen luotettavia suurjännitetestausinstrumentteja ja ammattimaisia ​​teknisiä ratkaisuja sähköasemien ylläpitoon, sähköverkkojen tarkastamiseen ja teollisuuden sähköjärjestelmien diagnosointiin maailmanlaajuisesti. Feel free to contact our team for technical datasheets, customized testing solutions, and factory wholesale support.