Частковий розряд являє собою електричний розряд, який відбувається на невеликій ділянці ізоляції, де напруженість електричного поля перевищує міцність за пробою матеріалу. Він може статися в пустотах в межах твердої ізоляції, по поверхні ізолюючого матеріалу, всередині газових бульбашок в рідкої ізоляції.

Причини виникнення часткових розрядів

За визначенням, прийнятим міжнародними стандартами, частковим розрядом називається електричний розряд, локально шунтувальний ізоляцію на окремій ділянці конструкції.


Цей процес виникає внаслідок іонізації газу або рідкого діелектрика і може відбуватися на поверхні розділу двох середовищ і всередині ізоляції. Виникнення і розвиток залежить від типу діелектрика і конструктивних особливостей ізоляції об'єкта. Часткові розряди в ізоляції є наслідком наявності неоднорідностей в структурі діелектрика і характеристик впливає на неї напруги. Такими неоднорідностями можуть бути різні сторонні домішки і забруднення, газові порожнини, зони зволоження. Подібні дефекти утворюються в структурі ізоляції, як правило, внаслідок порушення процесу її виготовлення і при експлуатації обладнання (під впливом механічних впливів, деформації, вібрації).

Що таке тріінги та їх утворення в структурі ізолюючого матеріалу

У ізоляційному матеріалі із присутньої в ньому порожнини утворюється деревоподібна структура – триинг. У гіллі триингов розвиваються часткові розряди. Під дією електричного поля і розрядів, тріінги збільшуються в розмірах і кількості, тим самим підвищуючи ступінь деградації полімерного матеріалу. Дендрити мають підвищену провідність і призводять до прогресуючого руйнування діелектрика.


Оскільки для виникнення часткового розряду в газовому середовищі потрібна напруга більш низьке, ніж для якого ж ефекту в рідині чи твердому стороннє включення, то наявність таких дефектів в ізоляції може стати найбільш імовірною причиною початку руйнування цього матеріалу. Це відбувається в результаті того, що в порожнини, заповненої газом напруженість електричного поля вище, ніж в твердому або рідкому ділянці і електрична міцність газового середовища має більш низьке значення, ніж інші фракції ізоляції.

Види триингов

Тріінги електричного походження утворяться при впливі змінного і імпульсного напруги, а також при дуже високих його значеннях. В процесі роботи обладнання ці величини не викликають негайного пробою ізоляції, але можуть спровокувати іонізацію газу в неоднорідностях. Якщо в структурі матеріалу немає достатньо великих за розміром порожнин, дендрити можуть розвиватися порівняно тривалий час. Наявність бульбашок збільшених розмірів призводить до виникнення часткових розрядів при роботі кабелю на номінальному напрузі. Водні тріінги утворюються при попадання вологи всередину ізоляції в результаті дифузії або через мікротріщини в матеріалі. При конденсації вологи у включеннях, тут утворюються дендрити, після чого починається їх інтенсивне утворення і зростання за рахунок появи додаткових порожнин. Це призводить до зниження електричної міцності діелектрика і до пробою кабелю.
До основних причин деградації ізоляції відносяться як електричне старіння через часткових розрядів, що протікають у включеннях при перенапруженні і в номінальному робочому режимі, так і теплове старіння матеріалу. Під впливом часткових розрядів запускається процес руйнування ізоляції, розмір ураженої області збільшується. Умови виникнення часткових розрядів залежать від форми електромагнітного поля ізоляційної конструкції і електричних властивостей конкретної зони матеріалу. Часткові розряди зазвичай не приводять до наскрізного пробиття ізоляції, проте є причиною змін структури діелектрика, а при достатньо тривалій експлуатації системи можуть стати причиною наскрізного пробою ізоляційного шару. Їх виникнення завжди свідчить про місцевої неоднорідності діелектрика. Характеристики часткових розрядів досить добре дозволяють судити про ступінь дефектності ізоляційної конструкції. Найбільшу небезпеку вони представляють при роботі обладнання на змінному і імпульсному напрузі.

Фізичні явища, що супроводжують часткові розряди в ізоляції

Перегрів ізоляції веде до прискорення процесу її руйнування за рахунок збільшення кількості точок, в яких з'являються нові дефекти, які ведуть до збільшення кількості та обсягу дендритів. Це приводить до зростання напруженості поля в цьому районі. Частковий електричний розряд надає на ізоляцію тепловий вплив, а також руйнує її зарядженими частинками і хімічно активними продуктами, що утворюються в результаті розряду. Крім того, часткові розряди викликають виникнення струмів імпульсного характеру створюються ними каналах. При пробої все це супроводжується електромагнітним випромінюванням, ударними хвилями, світловими спалахами і розпадом ізоляції на молекулярному рівні. Часткові розряди відносяться до основних причин пошкодження обладнання високої напруги. Пояснюється це тим, що поява часткових розрядів є початковою стадією розвитку більшості дефектів у високовольтної ізоляції.
В результаті цих процесів створюються умови для виникнення пробою ізоляції.

Стадії розрядів

При перевищенні певного порогового значення напруги, встановленого для конкретного ізоляційного матеріалу, в ньому можуть ініціюватися часткові розряди, які не призводять до негайного прогорання ізоляції, тому можуть бути цілком припустимі. Вони отримали назву - початкові. Подальше підняття напруги, збільшення розмірів і кількості включень, числа триингов в процесі тривалої роботи обладнання, що призводить до різкого зростання інтенсивності часткових розрядів. Їх виникнення різко скорочує термін придатності ізоляції і може призвести до її пробою. Такі розряди називаються критичними.

Вплив розрядів в структурі на обладнання

Одним з основних елементів конструкції трансформаторів і електричних машин є ізоляція обмоток. Вона безперервно піддається таким руйнівним факторам, як: теплові впливи внаслідок тривалого протікання струмів; вібраційні навантаження з-за роботи магнітопровода (для трансформаторів) і приводного механізму (для електричних машин); наслідки протікання пускових струмів і струмів короткого замикання. Всі ці фактори призводять до пошкодження ізоляції і виникнення часткових розрядів. Для електричних машин це є найбільш частою причиною відмови, а для трансформаторів вихід з ладу в результаті пошкодження ізоляції обмоток стоїть на другому місці після пошкодження вводів.

Для чого необхідно вимір розрядів

Вимірювання процесів, що відбуваються при виникненні часткових розрядів необхідно для отримання можливості запобігання пробою ізоляції і максимального зниження їх інтенсивності ізолюючих матеріалах. У зв'язку з використанням ізоляції із зшитого поліетилену в конструкціях силових кабелів, електроенергетичного обладнання, високовольтних трансформаторів, повітряних ліній електропередачі, необхідно постійно вести контроль часткових розрядів, що впливають на безпеку їх експлуатації.

Профілактика пробоїв ізоляції та методи випробувань

Необхідно проводити перевірки стану ізолюючого матеріалу в процесі експлуатації, щоб виявляти розвиваються руйнування і запобігати аварійні відмови через часткових розрядів на обладнанні. Для контролю ступеня дефектності ізоляції високовольтного обладнання існують:

Випробування підвищеною напругою, рівноцінним за величиною можливого збільшення під час роботи. Це необхідно для встановлення значень електричної міцності ізоляції при короткочасних підвищень напруги.

Неруйнівні методи випробувань для визначення ресурсу часу її експлуатації.

Це дає можливість провести достовірну діагностику на працюючому обладнанні, без виведення техніки з експлуатації, а значить, виняток економічних втрат. Існуючі методи діагностики часткових розрядів дозволяють виявити дефект на ранніх стадіях його розвитку і, тим самим, запобігти дорогий ремонт або заміну вийшов з ладу обладнання. Деякі методи дозволяють локалізувати область дефекту, і підлягати ремонту будуть тільки пошкоджені ділянки ізоляції. При випробуваннях обладнання високою напругою, погіршується якість ізоляції в результаті впливу напружень в кілька разів перевершують робочі значення. Діагностичні методи виявлення часткового розряду дозволяють найбільш точно оцінювати ступінь залишкової працездатності обладнання без надання руйнівної дії на його ізоляцію. Діагностика часткових розрядів при експлуатації утруднюється тим, що зазвичай навколо об'єкта, що перевіряється знаходиться інше обладнання, яке є джерелом перешкод. Ці сигнали можуть не відрізнятися за параметрами сигналів від потрібного об'єкта, так як можуть бути частковими розрядами. Тому, для розділення сигналів перешкод і вимірюваного часткового розряду, потрібно спочатку виміряти сигнали перешкод при відключеній напрузі на досліджуваному об'єкті, а потім провести завмер на ньому в робочому режимі. У цьому випадку буде реєструватися сума сигналів часткового розряду і фону. Різниця результатів цих вимірювань покаже значення сигналу часткового розряду. Отримані характеристики дозволяють оцінити характер дефектів і самого розряду. Метод часткових розрядів не завдає шкоди ізоляції і широко використовується, оскільки в процесі перевірки не використовується підвищену напругу, негативно впливає на ізоляцію.

Електричний метод розрядів

Метод вимагає наявність контакту вимірювальних приладів з ізоляцією. Він дозволяє визначити велику кількість характеристик часткового розряду. Це найбільш точний з усіх методів вимірювання часткових розрядів.

Акустичний метод реєстрації

Цей метод заснований на використанні мікрофонів, які беруть звукові сигнали працюючого обладнання. Датчики встановлюються в комплексних розподільних пристроях і іншому електроенергетичному обладнанні і працюють дистанційно. Недолік: часткові розряди невеликої величини не фіксуються.

Електромагнітний або дистанційний метод

Виявлення часткових розрядів при використанні методу надвисоких частот є простим і ефективним процесом. Для цього застосовується антенний пристрій направленої дії. Недолік цього методу – неможливість вимірювання величин розрядів.

Специфіка розрядів в трансформаторах

Потужні силові трансформатори є частинами енергосистем, і поблизу них встановлено високовольтне обладнання, в якому можуть існувати часткові розряди. Сигнали від них різними шляхами надходять на контрольований трансформатор. Якщо до трансформатора підключені повітряні лінії електропередачі, що піддаються грозовим розрядів, то сигнали від них будуть реєструватися при вимірі характеристик часткового розряду в ізоляції трансформатора. При знаходженні трансформатора на відкритої підстанції, на його зовнішніх струмовідних частинах періодично, в залежності від температури, вологості та інших факторів, що виникають коронні розряди. Зміна навантаження і наявність у трансформаторах пристроїв, що регулюють їх параметри під час роботи, наприклад, пристроїв, що регулюють роботу під навантаженням, що призводить до зміни характеристик часткових розрядів, які можуть зменшуватися або збільшуватися. Всі перераховані фактори призводять до того, що багато вимірювання на трансформаторах можуть показувати спотворену картину стану ізоляції. На свідчення, зняті з випробуваного трансформатора будуть накладатися імпульси перешкод від роботи знаходиться поруч обладнання. У таких випадках потрібно використовувати правильно підібрану методику вимірювань, щоб виключити вплив перешкод на отримані дані щодо часткових розрядів в трансформаторах.