Descarga parcial é uma descarga elétrica que ocorre em uma pequena área de isolamento onde a força do campo elétrico excede a resistência à ruptura do material. Pode ocorrer em vazios dentro do isolamento sólido, ao longo da superfície do material isolante, dentro de bolhas de gás no isolamento líquido.
Causas de descargas parciais
De acordo com a definição adotada pelas normas internacionais, uma descarga parcial é uma descarga elétrica que desvia localmente o isolamento em uma seção separada da estrutura.
Este processo ocorre devido à ionização de um dielétrico gasoso ou líquido e pode ocorrer na interface entre dois meios e dentro do isolamento. O surgimento e o desenvolvimento dependem do tipo de dielétrico e das características de design do isolamento do objeto. As descargas parciais na isolação são consequência da presença de heterogeneidades na estrutura do dielétrico e das características da tensão que atua sobre ele. Tais heterogeneidades podem ser várias impurezas e impurezas, cavidades de gás, zonas de umidificação. Tais defeitos são formados na estrutura de isolamento, como regra, emcomo resultado de uma violação do processo de fabricação e durante a operação do equipamento (sob a influência de influências mecânicas, deformação, vibração).
O que são árvores e sua formação na estrutura de um material isolante
No material isolante, a partir da cavidade presente nele, forma-se uma estrutura em forma de árvore - arborização. Descargas parciais se desenvolvem em galhos de árvores. Sob a influência de um campo elétrico e descargas, as árvores aumentam em tamanho e quantidade, aumentando assim o grau de degradação do material polimérico. Os dendritos aumentaram a condutividade e levam à destruição progressiva do dielétrico.
Como uma descarga parcial em um meio gasoso requer uma tensão menor do que para qualquer efeito em uma inclusão estranha líquida ou sólida, a presença de tais defeitos no isolamento pode ser a causa mais provável do início da destruição deste material. Isso se deve ao fato de que em uma cavidade preenchida com gás, a força do campo elétrico é maior do que em uma área sólida ou líquida e a força elétrica do meio gasoso tem um valor menor que outras frações de isolamento.
Tipos de arborização
Trings de origem elétrica são formados quando expostos a tensão alternada e de impulso, bem como em valores muito elevados. Durante a operação do equipamento, esses valores não causam uma ruptura imediata do isolamento, mas podem provocar a ionização do gás emheterogeneidades. Se não houver cavidades suficientemente grandes na estrutura do material, os dendritos podem se desenvolver por um tempo relativamente longo.
A presença de bolhas superdimensionadas leva a descargas parciais quando o cabo é operado na tensão nominal.
Árvores de água são formadas quando a umidade entra no isolamento como resultado da difusão ou através de microfissuras no material.
Quando a umidade se condensa em inclusões, dendritos são formados aqui, após o que sua formação e crescimento intensivos começam devido ao aparecimento de vazios adicionais. Isso leva a uma diminuição na resistência elétrica do dielétrico e à ruptura do cabo.
As principais causas da degradação do isolamento incluem tanto o envelhecimento elétrico devido a descargas parciais que ocorrem nas inclusões em sobretensão e no modo de operação nominal, quanto o envelhecimento térmico do material.
Sob a influência de descargas parciais, inicia-se o processo de destruição do isolamento, o tamanho da área afetada aumenta.
As condições para a ocorrência de descargas parciais dependem da forma do campo eletromagnético da estrutura isolante e das propriedades elétricas de uma determinada zona do material.
As descargas parciais geralmente não levam a uma ruptura total da isolação, no entanto, elas causam alterações na estrutura do dielétrico e, com uma operação suficientemente longa do sistema, podem causar uma ruptura total da isolação camada. Sua ocorrência sempre indica heterogeneidade local.dielétrico. As características das descargas parciais permitem avaliar muito bem o grau de deficiência da estrutura isolante.
Eles representam o maior perigo quando o equipamento é operado em tensão alternada e de impulso.
Fenômenos físicos que acompanham descargas parciais em isolamento
O superaquecimento do isolamento acelera o processo de sua destruição aumentando o número de pontos em que novos defeitos aparecem, levando a um aumento no número e volume de dendritos. Isso leva ao aumento da tensão nos campos da área.
A descarga elétrica parcial tem efeito térmico sobre o isolamento, além de destruí-lo com partículas carregadas e produtos reativos resultantes da descarga.
Além disso, as descargas parciais provocam o aparecimento de correntes pulsadas nos canais que criam. Durante um colapso, tudo isso é acompanhado por radiação eletromagnética, ondas de choque, flashes de luz e quebra de isolamento em nível molecular.
As descargas parciais estão entre as principais causas de danos aos equipamentos de alta tensão. Isso se explica pelo fato de que o aparecimento de descargas parciais é o estágio inicial no desenvolvimento da maioria dos defeitos na isolação de alta tensão.
Como resultado desses processos, são criadas condições para a ocorrência de ruptura do isolamento.
Estágios de descarga
Quando um determinado limite de tensão é excedido, defina para ummaterial isolante, nele podem ser iniciadas descargas parciais, que não levam à queima imediata do isolamento, portanto, podem ser bastante aceitáveis. Eles receberam o nome - inicial.
O aumento da tensão, o aumento do tamanho e do número de inclusões, o número de árvores no processo de operação contínua do equipamento, leva a um aumento acentuado na intensidade das descargas parciais. Sua ocorrência reduz drasticamente a vida útil do isolamento e pode levar à sua quebra. Tais descargas são chamadas críticas.
Efeito das descargas na estrutura nos equipamentos
Um dos principais elementos de projeto de transformadores e máquinas elétricas é o isolamento dos enrolamentos. Está continuamente exposto a fatores destrutivos como: efeitos térmicos devido ao longo fluxo de correntes; cargas de vibração devido à operação do circuito magnético (para transformadores) e do mecanismo de acionamento (para máquinas elétricas); consequências de correntes de inrush e correntes de curto-circuito.
Todos esses fatores levam a danos no isolamento e descargas parciais. Para máquinas elétricas, esta é a causa mais comum de falha e, para transformadores, a falha devido a danos no isolamento do enrolamento está em segundo lugar após danos nas buchas.
Por que você precisa medir as descargas
Medir os processos que ocorrem quando ocorrem descargas parciais é necessário para evitar a ruptura do isolamento e minimizá-losintensidade em materiais isolantes.
Em conexão com o uso de isolamento XLPE na construção de cabos de energia, equipamentos de energia, transformadores de alta tensão, linhas aéreas, é necessário monitorar constantemente as descargas parciais que afetam a segurança de sua operação.
Prevenção de quebra de isolamento e métodos de teste
É necessário realizar verificações sobre o estado do material isolante durante a operação para detectar danos em desenvolvimento e evitar falhas acidentais devido a descargas parciais no equipamento.
Para controlar o grau de defeito de isolamento do equipamento de alta tensão, existem:
- Ensaios com aumento de tensão, equivalente em magnitude ao seu possível aumento durante a operação. Isso é necessário para estabelecer os valores da rigidez dielétrica do isolamento durante aumentos de tensão de curto prazo.
- Métodos de ensaio não destrutivos para determinar a vida útil de sua operação.
Isso permite realizar diagnósticos confiáveis em equipamentos operacionais, sem descomissionamento de equipamentos e, portanto, a eliminação de perdas econômicas.
Os métodos existentes para o diagnóstico de descargas parciais permitem detectar um defeito em um estágio inicial de seu desenvolvimento e, assim, evitar reparos dispendiosos ou substituição de equipamentos com falha.
Alguns métodos permitem localizar a área do defeito, e apenas as áreas danificadas estarão sujeitas a reparosisolamento.
Ao testar equipamentos com alta tensão, a qualidade do isolamento se deteriora como resultado da exposição a tensões várias vezes superiores aos valores de trabalho.
Os métodos de diagnóstico para detecção de descargas parciais permitem a avaliação mais precisa do grau de desempenho residual do equipamento sem ter um efeito destrutivo em sua isolação. O diagnóstico de descargas parciais durante a operação é dificultado pelo fato de normalmente existirem outros equipamentos ao redor do objeto que está sendo verificado, o que é uma fonte de interferência. Esses sinais podem não diferir em parâmetros dos sinais do objeto desejado, pois também podem ser descargas parciais.
Portanto, para separar os sinais de interferência e a descarga parcial medida, você deve primeiro medir os sinais de interferência com a tensão desligada no objeto sob teste e depois medi-lo no modo de operação.
Neste caso, a soma dos sinais de descarga parcial e fundo será gravada.
A diferença entre essas medições mostrará o valor do sinal PD.
As características obtidas permitem avaliar a natureza dos defeitos e a própria descarga.
O método de descarga parcial não prejudica o isolamento e é amplamente utilizado porque o processo de teste não usa alta tensão para afetar negativamente o isolamento.
Método de descarga elétrica
O método requer o contato do instrumento de medição com o isolamento.
Permite definir um grande número de características de descarga parcial.
Este é o mais preciso de todosmétodos de medição de descarga parcial.
Método de registro acústico
Este método é baseado no uso de microfones que captam sinais sonoros de equipamentos ao vivo.
Os sensores são instalados em quadros complexos e outros equipamentos de energia elétrica e operam remotamente.
Desvantagem: não são registradas descargas parciais de pequena magnitude.
Método eletromagnético ou remoto
A detecção de descargas parciais pelo método de micro-ondas é um processo simples e eficaz. Para isso, é usado um dispositivo de antena direcional.
A desvantagem deste método é a impossibilidade de medir a magnitude das descargas.
Descargas específicas em transformadores
Transformadores de potência potentes fazem parte dos sistemas de potência, e perto deles são instalados equipamentos de alta tensão, nos quais podem existir descargas parciais. Os sinais deles são enviados para o transformador controlado de várias maneiras.
Se o transformador estiver conectado a linhas aéreas sujeitas a raios, os sinais deles serão registrados ao medir as características de descarga parcial na isolação do transformador.
Quando um transformador está localizado em uma subestação aberta, descargas corona ocorrem periodicamente em suas partes externas condutoras de corrente, dependendo da temperatura, umidade e outros fatores.
Mudança de carga e presença de dispositivos em transformadores que regulam seus parâmetros durante a operação, por exemplo, dispositivos queregulando a operação sob carga, leva a uma mudança nas características das descargas parciais, que podem diminuir ou aumentar.
Todos esses fatores levam ao fato de que muitas medições em transformadores podem mostrar uma imagem distorcida do estado da isolação.
As leituras tomadas do transformador em teste serão sobrepostas por pulsos de ruído de equipamentos próximos.
Nestes casos, é necessário utilizar uma técnica de medição devidamente selecionada para excluir a influência de interferências nos dados recebidos nas descargas parciais em transformadores.
