علل تخلیه جزئی در کلید ولتاژ بالا

دشارژ جزئی یکی از مهم ترین علائم هشدار دهنده اولیه خرابی عایق در تابلو برق فشار قوی است. اگرچه تخلیه جزئی عایق را به طور کامل بین هادی ها پل نمی کند، فعالیت تخلیه مکرر می تواند به تدریج به سیستم عایق آسیب برساند و خطر خرابی عایق، فلاش اوور و خاموش شدن غیرمنتظره تجهیزات را افزایش دهد.

درک علل تخلیه جزئی به مهندسان برق کمک می کند تا عیوب را در مراحل اولیه شناسایی کرده و قابلیت اطمینان تابلو برق را در طول عمر مفید آن بهبود بخشند.

تخلیه جزئی چیست؟

تخلیه جزئی یک تخلیه الکتریکی موضعی است که تنها در بخشی از یک سیستم عایق رخ می دهد. ممکن است در داخل یک فضای خالی پر از گاز، در امتداد یک سطح عایق، در اطراف یک لبه رسانای تیز، یا در نزدیکی یک نقص در دی الکتریک جامد یا مرکب ایجاد شود.

این پدیده معمولاً با غلظت محلی تنش الکتریکی همراه است. هنگامی که میدان الکتریکی محلی از قدرت مقاومت یک ناحیه ضعیف فراتر رود، تخلیه کوتاهی رخ می دهد. ترشح ممکن است مختصر و کم باشد، اما فعالیت مکرر می تواند به تدریج عایق اطراف را ضعیف کند.

IEC 60270 روش‌های مبتنی بر شارژ را برای اندازه‌گیری تخلیه جزئی در دستگاه‌های الکتریکی، قطعات و سیستم‌های آزمایش شده با ولتاژ AC یا DC تعریف می‌کند. این استاندارد همچنین به مدارهای اندازه گیری، کالیبراسیون، اندازه گیری دیجیتال و جداسازی سیگنال های تخلیه جزئی از تداخل خارجی می پردازد.IEC 60270:2025

چگونه تخلیه جزئی به عایق آسیب می رساند

1. آسیب شیمیایی ناشی از ذرات باردار

در طول تخلیه جزئی، الکترون ها و یون ها از طریق ناحیه ضعیف عایق حرکت می کنند. این ذرات باردار با انرژی بالا با مولکول های عایق برخورد می کنند و می توانند پیوندهای شیمیایی را بشکنند.

بمباران مکرر ممکن است باعث شود:

1- تجزیه زنجیره های پلیمری

2- فرسایش سطحی

3- تشکیل مسیرهای کربنیزه رسانا

4- تخریب شیمیایی رزین اپوکسی و سایر مواد عایق

5- کاهش تدریجی قدرت دی الکتریک

در عایق جامد، این فرآیند می تواند یک حفره داخلی را بزرگ کند یا یک کانال درختی ایجاد کند. هنگامی که عیب به اندازه کافی بزرگ شود، عایق ممکن است دیگر ولتاژ عملیاتی معمولی یا اضافه ولتاژ موقت را تحمل نکند.

2. آسیب حرارتی و اکسیداتیو

تخلیه جزئی نیز گرمای موضعی تولید می کند. اگرچه میانگین انرژی یک تخلیه فردی ممکن است کم باشد، پالس های مکرر متمرکز در همان ناحیه می تواند دمای عایق اطراف را افزایش دهد.

تنش حرارتی حاصل ممکن است منجر به موارد زیر شود:

1- گرمای بیش از حد موضعی

2- ترک خوردگی اکسیداتیو

3- ذوب یا کربنیزاسیون مواد پلیمری

4- از دست دادن مقاومت مکانیکی

5- گسترش ترک ها و حفره های داخلی

آسیب حرارتی و آسیب شیمیایی اغلب یکدیگر را تقویت می کنند. همانطور که سطح عایق خشن تر یا رسانا می شود، میدان الکتریکی محلی کمتر یکنواخت می شود که می تواند فعالیت تخلیه بیشتر را تسریع کند.

کلید ولتاژ بالا و سیستم عایق آن

تابلو برق فشار قوی مجموعه پیچیده ای است که هادی ها، دستگاه های سوئیچینگ، شینه ها، اجزای عایق، محفظه های زمین و سیستم های کنترل را ترکیب می کند.

بسته به طرح، مواد معمولی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

1- رزین اپوکسی

2- سیلیکون یا سایر پلاستیک های مهندسی

3- هوا یا گاز عایق

4، هگزا فلوراید گوگرد در تجهیزات عایق گاز قابل اجرا

5- عایق سرامیکی یا کامپوزیت

6. مس، آلومینیوم و سایر مواد رسانا

ترکیبی از مواد و هندسه‌های مختلف، مکان‌های متعددی را ایجاد می‌کند که ممکن است تخلیه جزئی رخ دهد. کیفیت ساخت، دقت مونتاژ، ولتاژ عملیاتی، دما، رطوبت، آلودگی و پیری عایق همگی می توانند بر رفتار PD تأثیر بگذارند.

برای کاربردهای تابلو برق، الزامات مربوطه به طراحی تجهیزات و کلاس ولتاژ بستگی دارد. سری IEC 62271 تابلو برق و کنترل ولتاژ بالا را پوشش می دهد، از جمله تجهیزاتی که از عایق جامد و گازهای عایق استفاده می کنند.سری IEC 62271

علل اصلی تخلیه جزئی در کلید ولتاژ بالا

1. نقص در فرآیند ساخت عایق

عیوب ساخت یکی از رایج ترین منابع تخلیه جزئی در تابلو برق عایق جامد است.

حفره های داخلی و حباب های هوا

در طول ریخته‌گری اپوکسی، قالب‌گیری یا کپسوله‌سازی، ممکن است حباب‌های هوا در داخل عایق باقی بماند. این حفره ها دارای استحکام دی الکتریک کمتری نسبت به عایق جامد اطراف هستند.

هنگامی که ولتاژ اعمال می شود، میدان الکتریکی داخل فضای خالی از میدان متوسط ​​در ماده جامد بیشتر می شود. این به تفاوت بین ثابت دی الکتریک گاز داخل فضای خالی و عایق اطراف مربوط می شود.

در نتیجه، گاز موجود در حفره ممکن است قبل از عایق اصلی شکسته شود. هر تخلیه می تواند فضای خالی را بزرگتر کند، به سطح آن آسیب برساند و در نهایت قدرت عایق کلی را کاهش دهد.

ذرات خارجی و آلودگی مواد

ذرات فلز، گرد و غبار، رطوبت و سایر ناخالصی های وارد شده در حین تولید می توانند نقاط ضعف محلی ایجاد کنند. آلودگی رسانا ممکن است میدان الکتریکی را منحرف کند یا یک مسیر تخلیه بین مناطق مختلف عایق ایجاد کند.

علل معمولی عبارتند از:

1- شرایط ریخته گری کنترل شده ضعیف

2، تمیز کردن ناکافی قبل از مونتاژ

3. ذخیره سازی نامناسب اجزای عایق

4. پخت ناکافی رزین اپوکسی

5- آلودگی در حین حمل و نقل یا نصب

یک نقص داخلی ممکن است باعث خرابی فوری نشود، اما با بالا رفتن سن تجهیزات یا کارکرد تحت فشار الکتریکی افزایش می‌یابد، می‌تواند فعال‌تر شود.

2. توزیع ناهموار میدان الکتریکی

یک میدان الکتریکی یکنواخت برای عملکرد عایق قابل اعتماد ضروری است. هر نقطه تیز، سطح نامنظم، یا جسم رسانای شناور می تواند میدان الکتریکی محلی را افزایش دهد و تخلیه جزئی را آغاز کند.

برزها و لبه های تیز روی هادی ها

سوراخ های شینه، گوشه های تیز، لبه های هادی ناتمام و الکترودهای بد شکل می توانند غلظت میدان الکتریکی قوی ایجاد کنند.

این تأثیر به ویژه در موارد زیر قابل توجه است:

1. اتصالات شینه

2- پایانه های کابلی

3، جابجایی مخاطبین

4- اتصالات پیچ و مهره ای

5- اجزای محافظ

6، درج های رسانا در داخل عایق قالب گیری شده

حتی زمانی که میانگین ولتاژ عملیاتی در محدوده درجه بندی تجهیزات باشد، میدان محلی نزدیک به لبه تیز ممکن است از سطح ابتدایی تخلیه فراتر رود.

ذرات فلزی شل یا شناور

ذرات فلز داخل محفظه تابلو برق می توانند تحت تاثیر میدان الکتریکی باردار شوند یا حرکت کنند. موقعیت و پتانسیل آنها ممکن است در طول عملیات تغییر کند و شرایط میدانی ناپایدار ایجاد کند.

چنین ذرات ممکن است باعث شوند:

1- تقویت میدان محلی

2- ترشحات سطحی

3- پالس های تخلیه متناوب

4، ردیابی بر روی عایق نزدیک

5- الگوهای PD ناپایدار

این یکی از دلایلی است که چرا نظافت و رویه های مونتاژ دقیق در طول ساخت و نگهداری تابلو برق مهم است.

سطوح عایق آلوده یا ناهموار

گرد و غبار، رطوبت، روغن و سایر آلودگی ها می توانند فاصله خزش موثر روی سطح عایق را کاهش دهند. یک سطح ناهموار یا آسیب دیده همچنین غلظت های میدان کوچکی را ایجاد می کند که در آن تخلیه سطحی می تواند شروع شود.

آلودگی سطحی به ویژه در تجهیزاتی که در معرض موارد زیر هستند مهم است:

1-رطوبت بالا

2- گرد و غبار رسانا

3- نمک پاشی

4- آلودگی صنعتی

5- تراکم

6- تهویه ضعیف

اگر سطح عایق قبلاً دارای ردیابی، ترک یا فرسایش باشد، تمیز کردن به تنهایی ممکن است مشکل را برای همیشه حل نکند.

نقص در محفظه زمینی

محفظه فلزی معمولاً محافظ و یک پتانسیل مرجع کنترل شده را فراهم می کند. با این حال، جوش های ناهموار، منافذ، آخال های سرباره، و سایر عیوب تولید ممکن است شرایط میدان الکتریکی نامنظم را در نزدیکی محفظه زمین ایجاد کنند.

این عیوب می توانند با عایق یا قطعات رسانای مجاور برخورد کرده و خطر تخلیه را افزایش دهند. بنابراین کیفیت جوش، هندسه محفظه، تداوم اتصال به زمین و فاصله های داخلی باید در طول ساخت و بازرسی بررسی شوند.

3. رسانه دی الکتریک غیر یکنواخت

تابلو برق مدرن اغلب از سیستم های عایق کامپوزیتی استفاده می کند که در آن چندین ماده با هم کار می کنند. به عنوان مثال، رزین اپوکسی ممکن است با پلاستیک های مهندسی، گاز عایق، درج های رسانا و شکاف های هوا ترکیب شود.

هر ماده دارای خواص الکتریکی و حرارتی متفاوتی است. اگر رابط ها بد طراحی یا تولید شوند، میدان دی الکتریک ممکن است به طور یکنواخت توزیع نشود.

مشکلات احتمالی عبارتند از:

1- اتصال ضعیف بین مواد عایق مختلف

2-ثابت دی الکتریک ناهموار

3، شکاف در رابط های مواد

4- لایه لایه داخلی

5- رطوبت بین لایه ها به دام افتاده است

6، حفره های اطراف هادی های تعبیه شده

حباب ها و ناخالصی های داخلی می توانند عدم یکنواختی محیط دی الکتریک را بیشتر افزایش دهند. تحت ولتاژ عملیاتی، این مناطق ممکن است تنش الکتریکی بیشتری را نسبت به عایق اطراف تجربه کنند و به نقطه شروع تخلیه جزئی تبدیل شوند.

عوامل دیگری که بر ترشح جزئی تأثیر می گذارد

تخلیه جزئی تنها به دلیل نقص ساخت ایجاد نمی شود. چندین شرایط عملیاتی و محیطی می توانند فعالیت تخلیه را افزایش دهند.

ولتاژ عملیاتی

با افزایش ولتاژ اعمال شده، میدان الکتریکی در مناطق ضعیف نیز افزایش می یابد. نقصی که در ولتاژ معمولی غیرفعال می‌ماند ممکن است در طول یک رویداد اضافه ولتاژ، یک تست مقاومت یا افزایش موقت ولتاژ سیستم، تخلیه قابل اندازه‌گیری ایجاد کند.

دما

دما بر خواص عایق، فشار گاز، انبساط مواد و وضعیت رابط ها تأثیر می گذارد. انبساط حرارتی می‌تواند شکاف‌های موجود را بزرگ‌تر کند یا فشار بیشتری را بر اجزای عایق متصل وارد کند.

رطوبت و تراکم

رطوبت می تواند مقاومت عایق سطح را کاهش دهد و باعث افزایش تخلیه سطحی شود. تراکم به ویژه زمانی خطرناک است که هوای گرم و مرطوب وارد محفظه تابلو برق سردتر شود.

پیری عایق

استرس الکتریکی، حرارتی و مکانیکی طولانی مدت می تواند باعث پیری عایق شود. افزایش سن ممکن است باعث ایجاد ترک، تغییر رنگ، فرسایش، لایه لایه شدن و افزایش جذب رطوبت شود که همگی می توانند ترشحات جزئی را محتمل تر کنند.

استرس و ارتعاش مکانیکی

اتصالات شل، لرزش و انبساط حرارتی مکرر ممکن است شکاف های کوچکی بین اجزای عایق ایجاد کند. این شکاف ها می توانند به مکان های تخلیه، به ویژه در نزدیکی شینه ها، انتهای کابل ها و هادی های تعبیه شده تبدیل شوند.

تشخیص تخلیه جزئی در کلید

تست PD برای شناسایی فعالیت تخلیه قبل از تبدیل شدن به یک شکست جدی عایق استفاده می شود. بسته به تجهیزات و هدف آزمایش، مهندسان ممکن است بار ظاهری، مقدار دشارژ، الگوهای حل فاز، تکرار پالس و تغییرات را در طول زمان ارزیابی کنند.

یک آزمایش قابل اعتماد باید شامل موارد زیر باشد:

1، ابزار اندازه گیری و ترتیب سنسور مناسب

2- کالیبراسیون مناسب سیستم اندازه گیری

3- کنترل موثر تداخل خارجی

4- زمین و محافظ صحیح

5، ولتاژ تست و شرایط محیطی پایدار

6- مقایسه با محدودیت های فنی و سوابق تست قبلی

Weshine Electric یک تولید کننده حرفه ای است که به تحقیق، توسعه و تولید تجهیزات تست و اندازه گیری ولتاژ بالا اختصاص دارد. این کارخانه مجهز به کارگاه‌های تولید استاندارد و آزمایشگاه‌های کالیبراسیون مستقل، از استانداردهای IEC و سیستم‌های مدیریت کیفیت ISO پیروی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که هر دستگاه عملکرد تست پایدار، تکرارپذیر و مقاوم در برابر تداخل را برای کاربردهای صنعت برق جهانی ارائه می‌کند.

تستر تخلیه جزئی دیجیتال GDJF-2007 به طور مستقل توسط Weshine Electric توسعه یافته و در کارخانه کالیبره شده است. می توان از آن برای اندازه گیری و تجزیه و تحلیل دبی جزئی دیجیتال در تجهیزات ولتاژ بالا استفاده کرد.  در کاربردهای عملی، این ابزار می‌تواند از ارزیابی بزرگی PD، الگوهای تخلیه و شرایط عایق پشتیبانی کند. پیکربندی دقیق تست و معیارهای پذیرش باید با توجه به طراحی تابلو برق، استانداردهای قابل اجرا و مستندات فنی سازنده انتخاب شوند.

سوالات متداول

شایع ترین علت تخلیه جزئی در تابلو برق چیست؟

علل رایج عبارتند از حفره های داخلی، حباب های هوا، ناخالصی ها، لبه های هادی تیز، آلودگی سطح، رابط های عایق ضعیف و توزیع ناهموار میدان الکتریکی.

آیا ترشح جزئی به طور مستقیم قابل مشاهده است؟

معمولاً در حین کار معمولی تخلیه جزئی دیده نمی شود. معمولاً از طریق روش های اندازه گیری الکتریکی، اولتراسونیک یا سایر روش های تخصصی تشخیص داده می شود.

آیا تخلیه جزئی همیشه به معنای خرابی فوری تجهیزات است؟

خیر. ترشح جزئی ممکن است به تدریج ایجاد شود. با این حال، فعالیت مداوم یا افزایشی PD نشان دهنده زوال عایق است و نیاز به ارزیابی حرفه ای دارد.

لبه های تیز شینه چگونه باعث تخلیه جزئی می شوند؟

لبه های تیز میدان الکتریکی را متمرکز می کنند. میدان محلی می‌تواند بسیار قوی‌تر از میدان متوسط ​​شود و اجازه می‌دهد تخلیه در نزدیکی لبه شروع شود.

چگونه می توان تخلیه جزئی در تابلو برق را کاهش داد؟

اقدامات موثر عبارتند از بهبود تولید عایق، از بین بردن سوراخ ها، کنترل تمیزی، جلوگیری از رطوبت، بهینه سازی درجه بندی میدان الکتریکی، بهبود زمین محفظه، و انجام آزمایش منظم PD.

نتیجه گیری

تخلیه جزئی در تابلو برق فشار قوی معمولاً نتیجه ترکیبی از عیوب عایق، غلظت میدان الکتریکی، مواد دی الکتریک غیریکنواخت، شرایط محیطی و پیری طولانی مدت است.

حفره های داخلی، ناخالصی ها، لبه های شینه تیز، ذرات فلزی شناور، سطوح آلوده، و رابط های عایق ضعیف، همگی می توانند استرس الکتریکی موضعی ایجاد کنند. پس از شروع تخلیه، فرسایش شیمیایی و آسیب حرارتی ممکن است به تدریج عایق را ضعیف کند.

آزمایش تخلیه جزئی منظم اطلاعات ارزشمندی در مورد وضعیت عایق ارائه می دهد و به تیم های تعمیر و نگهداری کمک می کند تا مشکلات در حال توسعه را قبل از وقوع یک خرابی بزرگ شناسایی کنند. برای تشخیص دقیق، آزمایش باید توسط متخصصان واجد شرایط با استفاده از تجهیزات و روش‌های کالیبره شده مناسب و مطابق با استانداردهای قابل اجرا انجام شود.

Weshine Electric با پشتیبانی R&D داخلی، تولید استاندارد کارخانه و کالیبراسیون کیفیت دقیق، همچنان به ارائه ابزارهای تست ولتاژ بالا و راه حل های فنی حرفه ای برای تعمیر و نگهداری پست، بازرسی شبکه برق و تشخیص سیستم قدرت صنعتی در سراسر جهان ادامه می دهد. برای دریافت اطلاعات فنی، راه حل های تست سفارشی و پشتیبانی عمده فروشی کارخانه، با تیم ما تماس بگیرید.