La décharge partielle est une décharge électrique qui se produit dans une petite zone d'isolation où l'intensité du champ électrique dépasse la résistance au claquage du matériau. Il peut se produire dans les vides à l'intérieur de l'isolant solide, le long de la surface du matériau isolant, à l'intérieur des bulles de gaz dans l'isolant liquide.
Causes des décharges partielles
Selon la définition adoptée par les normes internationales, une décharge partielle est une décharge électrique qui shunte localement l'isolant dans une section distincte de la structure.
Ce processus est dû à l'ionisation d'un diélectrique gazeux ou liquide et peut se produire à l'interface entre deux fluides et à l'intérieur de l'isolant. L'émergence et le développement dépendent du type de diélectrique et des caractéristiques de conception de l'isolation de l'objet. Les décharges partielles dans l'isolation sont une conséquence de la présence d'inhomogénéités dans la structure du diélectrique et des caractéristiques de la tension agissant sur celui-ci. De telles inhomogénéités peuvent être diverses impuretés et impuretés, des cavités de gaz, des zones d'humidification. De tels défauts se forment dans la structure d'isolation, en règle générale, dansà la suite d'une violation du processus de sa fabrication et pendant le fonctionnement de l'équipement (sous l'influence d'influences mécaniques, déformations, vibrations).
Que sont les arbres et leur formation dans la structure d'un matériau isolant
Dans le matériau isolant, à partir de la cavité qui s'y trouve, une structure arborescente se forme - l'arborescence. Les décharges partielles se développent dans les branches des arborescences. Sous l'influence d'un champ électrique et de décharges, les arborescences augmentent en taille et en quantité, augmentant ainsi le degré de dégradation du matériau polymère. Les dendrites ont une conductivité accrue et entraînent une destruction progressive du diélectrique.
Étant donné qu'une décharge partielle en milieu gazeux nécessite une tension inférieure à tout effet dans une inclusion étrangère liquide ou solide, la présence de tels défauts dans l'isolation peut être la cause la plus probable du début de la destruction de ce Matériel. Cela est dû au fait que dans une cavité remplie de gaz, l'intensité du champ électrique est plus élevée que dans une zone solide ou liquide et que l'intensité électrique du milieu gazeux a une valeur inférieure à celle des autres fractions d'isolation.
Types d'arbres
Les anneaux d'origine électrique se forment lorsqu'ils sont exposés à des tensions alternatives et impulsionnelles, ainsi qu'à des valeurs très élevées. Pendant le fonctionnement de l'équipement, ces valeurs ne provoquent pas une panne immédiate de l'isolation, mais peuvent provoquer une ionisation des gaz dansinhomogénéités. S'il n'y a pas de cavités suffisamment grandes dans la structure du matériau, les dendrites peuvent se développer pendant un temps relativement long.
La présence de bulles surdimensionnées entraîne des décharges partielles lorsque le câble est exploité à la tension nominale.
Les arbres aquatiques se forment lorsque l'humidité pénètre à l'intérieur de l'isolant par diffusion ou par des microfissures dans le matériau.
Lorsque l'humidité se condense dans les inclusions, des dendrites se forment ici, après quoi leur formation et leur croissance intensives commencent en raison de l'apparition de vides supplémentaires. Cela conduit à une diminution de la rigidité diélectrique du diélectrique et à la rupture du câble.
Les principales causes de dégradation de l'isolation sont à la fois le vieillissement électrique dû aux décharges partielles survenant dans les inclusions en surtension et dans le mode de fonctionnement nominal, et le vieillissement thermique du matériau.
Sous l'influence des décharges partielles, le processus de destruction de l'isolation commence, la taille de la zone affectée augmente.
Les conditions d'apparition des décharges partielles dépendent de la forme du champ électromagnétique de la structure isolante et des propriétés électriques d'une zone particulière du matériau.
Les décharges partielles n'entraînent généralement pas de claquage traversant de l'isolant, cependant, elles provoquent des modifications de la structure du diélectrique et, avec un fonctionnement suffisamment long du système, elles peuvent provoquer un claquage traversant de l'isolant couche. Leur occurrence indique toujours une hétérogénéité locale.diélectrique. Les caractéristiques des décharges partielles permettent de bien juger du degré de défectuosité de la structure isolante.
Ils représentent le plus grand danger lorsque l'équipement fonctionne sur tension alternative et impulsionnelle.
Phénomènes physiques accompagnant les décharges partielles dans l'isolation
La surchauffe de l'isolant accélère le processus de sa destruction en augmentant le nombre de points d'apparition de nouveaux défauts, entraînant une augmentation du nombre et du volume des dendrites. Cela conduit à une tension accrue dans les champs de la région.
Une décharge électrique partielle a un effet thermique sur l'isolation et la détruit également avec des particules chargées et des produits réactifs résultant de la décharge.
De plus, les décharges partielles provoquent l'apparition de courants pulsés dans les canaux qu'elles créent. Lors d'une panne, tout cela s'accompagne de rayonnement électromagnétique, d'ondes de choc, d'éclairs lumineux et de la rupture de l'isolation au niveau moléculaire.
Les décharges partielles sont parmi les principales causes de dommages aux équipements haute tension. Cela s'explique par le fait que l'apparition des décharges partielles est la première étape du développement de la plupart des défauts d'isolation haute tension.
À la suite de ces processus, les conditions sont créées pour la survenue d'une rupture d'isolation.
Étapes de décharge
Lorsqu'un certain seuil de tension est dépassé, régler pour unmatériau isolant, des décharges partielles peuvent y être initiées, qui n'entraînent pas un épuisement immédiat de l'isolant, elles peuvent donc être tout à fait acceptables. Ils ont obtenu le nom - initial.
Une nouvelle augmentation de la tension, une augmentation de la taille et du nombre d'inclusions, le nombre d'arbres en cours de fonctionnement continu de l'équipement, entraîne une forte augmentation de l'intensité des décharges partielles. Leur apparition réduit considérablement la durée de conservation de l'isolant et peut entraîner sa panne. De telles décharges sont dites critiques.
Effet des rejets dans la structure sur les équipements
L'un des principaux éléments de conception des transformateurs et des machines électriques est l'isolation des enroulements. Il est continuellement exposé à des facteurs destructeurs tels que: les effets thermiques dus au long passage des courants; charges vibratoires dues au fonctionnement du circuit magnétique (pour les transformateurs) et du mécanisme d'entraînement (pour les machines électriques); conséquences des courants d'appel et des courants de court-circuit.
Tous ces facteurs entraînent des dommages à l'isolation et des décharges partielles. Pour les machines électriques, il s'agit de la cause la plus fréquente de défaillance, et pour les transformateurs, la défaillance due à l'endommagement de l'isolation des enroulements vient en deuxième position après l'endommagement des traversées.
Pourquoi vous devez mesurer les rejets
Mesurer les processus qui se produisent lorsque des décharges partielles se produisent est nécessaire pour pouvoir prévenir les ruptures d'isolation et les minimiserintensité dans les matériaux isolants.
En relation avec l'utilisation de l'isolation XLPE dans la construction de câbles électriques, d'équipements électriques, de transformateurs haute tension, de lignes électriques aériennes, il est nécessaire de surveiller en permanence les décharges partielles qui affectent la sécurité de leur fonctionnement.
Prévention des ruptures d'isolation et méthodes de test
Il est nécessaire d'effectuer des contrôles sur l'état du matériau isolant pendant le fonctionnement afin de détecter les dommages en développement et d'éviter les pannes accidentelles dues à des décharges partielles sur l'équipement.
Pour contrôler le degré de défectuosité de l'isolation des équipements haute tension, il existe:
- Tests avec une tension accrue, équivalente en amplitude à son augmentation possible pendant le fonctionnement. Ceci est nécessaire pour établir les valeurs de la rigidité diélectrique de l'isolation lors d'augmentations de tension à court terme.
- Méthodes de test non destructif pour déterminer la durée de vie de son fonctionnement.
Cela permet de réaliser des diagnostics fiables sur les équipements en fonctionnement, sans démantèlement des équipements, et donc d'éliminer les pertes économiques.
Les méthodes existantes de diagnostic des décharges partielles permettent de détecter un défaut à un stade précoce de son développement et, ainsi, d'éviter des réparations coûteuses ou le remplacement d'équipements défaillants.
Certaines méthodes vous permettent de localiser la zone défectueuse, et seules les zones endommagées feront l'objet d'une réparationisolation.
Lors du test d'équipements à haute tension, la qualité de l'isolation se détériore en raison de l'exposition à des tensions plusieurs fois supérieures aux valeurs de fonctionnement.
Les méthodes de diagnostic pour la détection des décharges partielles permettent d'évaluer au plus juste le degré de performance résiduelle de l'équipement sans avoir d'effet destructeur sur son isolation. Le diagnostic des décharges partielles pendant le fonctionnement est gêné par le fait qu'il existe généralement d'autres équipements autour de l'objet contrôlé, ce qui est une source d'interférences. Ces signaux ne doivent pas différer en paramètres des signaux de l'objet souhaité, car ils peuvent également être des décharges partielles.
Par conséquent, afin de séparer les signaux d'interférence et la décharge partielle mesurée, vous devez d'abord mesurer les signaux d'interférence avec la tension désactivée sur l'objet à tester, puis les mesurer en mode de fonctionnement.
Dans ce cas, la somme des signaux de décharge partielle et du bruit de fond sera enregistrée.
La différence entre ces mesures indiquera la valeur du signal PD.
Les caractéristiques obtenues nous permettent d'évaluer la nature des défauts et la décharge elle-même.
La méthode de décharge partielle n'endommage pas l'isolation et est largement utilisée car le processus de test n'utilise pas de haute tension pour nuire à l'isolation.
Méthode de décharge électrique
La méthode nécessite un contact de l'instrument de mesure avec l'isolation.
Il vous permet de définir un grand nombre de caractéristiques de décharge partielle.
C'est le plus précis de tousméthodes de mesure des décharges partielles.
Méthode d'enregistrement acoustique
Cette méthode est basée sur l'utilisation de microphones qui captent les signaux sonores de l'équipement en direct.
Les capteurs sont installés dans des tableaux de distribution complexes et d'autres équipements électriques et fonctionnent à distance.
Inconvénient: les décharges partielles de faible amplitude ne sont pas enregistrées.
Méthode électromagnétique ou à distance
La détection des décharges partielles par la méthode des micro-ondes est un procédé simple et efficace. Pour cela, un dispositif d'antenne directionnelle est utilisé.
L'inconvénient de cette méthode est l'impossibilité de mesurer l'ampleur des décharges.
Décharges spécifiques dans les transformateurs
Des transformateurs de puissance puissants font partie des réseaux électriques et des équipements haute tension sont installés à proximité, dans lesquels des décharges partielles peuvent exister. Leurs signaux sont envoyés au transformateur contrôlé de différentes manières.
Si le transformateur est connecté à des lignes électriques aériennes soumises à la foudre, leurs signaux seront enregistrés lors de la mesure des caractéristiques de décharge partielle dans l'isolation du transformateur.
Lorsqu'un transformateur est situé dans une sous-station ouverte, des décharges corona se produisent périodiquement sur ses parties externes conductrices de courant, en fonction de la température, de l'humidité et d'autres facteurs.
Changement de charge et présence d'appareils dans les transformateurs qui régulent leurs paramètres pendant le fonctionnement, par exemple, des appareils quirégulation du fonctionnement en charge, entraîne une modification des caractéristiques des décharges partielles, qui peuvent diminuer ou augmenter.
Tous ces facteurs conduisent au fait que de nombreuses mesures sur les transformateurs peuvent donner une image déformée de l'état de l'isolation.
Les lectures prises par le transformateur testé seront superposées par des impulsions de bruit provenant d'équipements à proximité.
Dans de tels cas, il est nécessaire d'utiliser une technique de mesure correctement sélectionnée afin d'exclure l'influence des interférences sur les données reçues sur les décharges partielles dans les transformateurs.
