Comprendere il discarico parziale: cause, effetti e soluzioni

Cause della discarica parziale

La scarica parziale (PD) si verifica nei materiali isolanti quando la tensione elettrica localizzata supera la resistenza dielettrica del materiale in aree specifiche, in genere all'interno di spazi vuoti, pellicole di olio,o superficiLe cause principali sono:

1. Concentrazione del campo elettrico localizzato:

   • La PD viene attivata quando l'intensità del campo locale in un gas, liquido o regione dielettrica debole supera l'intensità del campo di rottura.Questo si verifica spesso nelle strutture isolanti con bordi taglienti o imperfezioni.
   • Esempio: il campo elettrico concentrato sul bordo degli elettrodi o delle fessure delle bobine del motore ad alta tensione.

2. Imperfezioni nella produzione:

   • Durante la produzione, i materiali isolanti possono sviluppare bolle d'aria, pellicole di olio o vuoti che riducono la resistenza alla rottura rispetto all'isolamento solido.
   • Esempio: nei trasformatori fusi, nei cavi di plastica e nei sistemi di isolamento immersi in olio, tali difetti sono comuni.

3. Stress elettrico:

   • Voltaggio CA: PD si verifica più comunemente sotto tensione sinusoidale AC a causa dello stress continuo imposto da cicli alternati.
   • Voltaggio di corrente continua: Sebbene meno frequenti, la PD sotto tensione CC può ancora verificarsi ma a frequenze di ripetizione molto inferiori rispetto al CA.

4. Scarico di Corona:

   • Ai bordi esposti dell'elettrodo, la scarica corona nell'aria genera sottoprodotti reattivi come l'ozono, che può degradare chimicamente i materiali circostanti.

Impatti del discarico parziale

Le scariche parziali influenzano in modo significativo la durata di vita e l'affidabilità dei sistemi di isolamento elettrico.

1. Degradazione dell'isolamento:

   • Effetti fisiciOgni scarica produce elettroni ad alta energia, causando micro-cracking, indebolendo la struttura isolante.
   • Reaczioni chimiche: Le particelle cariche e i gas reattivi generati dalla PD (ad esempio l'ozono) degradano la struttura molecolare dell'isolamento.

2. Scarichi interni e superficiali:

   • Scarico interno: si verifica all'interno di vuoti, bolle o pellicole di olio, causando una rottura dell'isolamento localizzato.
   • Scarico superficiale: si verifica lungo l'interfaccia dell'isolamento e dell'aria o dell'olio, specialmente nelle zone con distribuzione di campo irregolare.

3. Danni ai componenti critici:

   • Comune nelle apparecchiature ad alta tensione come trasformatori, cavi, condensatori e avvolgimenti del motore.
   • Nel corso del tempo, l'attività ripetuta di PD accelera l'invecchiamento dell'isolamento, portando a guasti dell'attrezzatura.

4. Affidabilità del sistema:

   • I guasti dell'isolamento correlati al PD sono una delle principali cause di guasti nei sistemi di alimentazione ad alta tensione, in particolare nei trasformatori ad altissima tensione.

Soluzioni per il discarico parziale

Per affrontare il problema del discarico parziale sono necessarie strategie proattive di progettazione, monitoraggio e sperimentazione.

1. Miglioramenti del design

• Ridurre al minimo la concentrazione del campo utilizzando bordi di elettrodi arrotondati e strutture di isolamento ottimizzate.
• Eliminare i vuoti e le lacune d'aria durante la fabbricazione applicando tecniche di impregnazione a vuoto nell'isolamento a olio-carta.

2. Test e rilevamento

• Prova in fabbrica:
  • Durante la fabbricazione, eseguire test PD su ciascuna unità per garantire l'integrità dell'isolamento.
  • Assicurarsi che la resistenza del campo di lavoro sia inferiore alla resistenza iniziale del campo di scarica del materiale isolante.
• Prova in loco:
  • Eseguire prove di scarica parziale durante l'installazione e la consegna del trasformatore per individuare i difetti latenti.
  • Monitorare il contenuto di gas nell'olio del trasformatore; elevate concentrazioni di gas indicano un guasto dell'isolamento.

3. Monitoraggio online

• Il monitoraggio in tempo reale dei sistemi di isolamento fornisce un preavviso dell'attività della PD in condizioni operative.
• I moderni sistemi di monitoraggio online controllano i segnali di PD e le tendenze di formazione del gas, contribuendo a prevenire guasti inaspettati.

4. Pratiche di manutenzione

• Utilizzare collaudatori di scarica parziale per le valutazioni periodiche, in particolare per i trasformatori di potenza superiore a 110 kV.
• effettuare riparazioni o aggiustamenti necessari per mitigare i punti deboli individuati durante le prove.

5- Norme e manutenzione regolare

• Seguire le norme internazionali (ad esempio, IEC 60270) per le prove e il monitoraggio della PD.
• Attuare cicli di manutenzione regolari per ispezionare e pulire le superfici isolanti, garantendo prestazioni ottimali.

Conclusioni

La scarica parziale è un fattore critico nel degrado delle apparecchiature elettriche ad alta tensione, che ha un impatto diretto sull'affidabilità e la sicurezza.L'impiego di sistemi di isolamento è essenziale per una gestione efficace dell'isolamento.Attraverso test rigorosi, monitoraggio avanzato e manutenzione adeguata, gli ingegneri possono mitigare i rischi rappresentati dalla PD, garantendo prestazioni e affidabilità a lungo termine dei sistemi di alimentazione.