Oorzaken van gedeeltelijke ontlading in hoogspanningsschakelaars

Gedeeltelijke ontlading is een van de belangrijkste vroege waarschuwingssignalen van verslechtering van de isolatie in hoogspanningsschakelaars. Hoewel een gedeeltelijke ontlading de isolatie tussen geleiders niet volledig overbrugt, kan herhaalde ontladingsactiviteit het isolatiesysteem geleidelijk beschadigen en het risico op isolatiefalen, vlamoverslag en onverwachte uitschakeling van apparatuur vergroten.

Door de oorzaken van gedeeltelijke ontlading te begrijpen, kunnen elektrotechnici defecten in een vroeg stadium identificeren en de betrouwbaarheid van schakelapparatuur gedurende de hele levensduur verbeteren.

Wat is gedeeltelijke ontslag?

Gedeeltelijke ontlading is een plaatselijke elektrische ontlading die slechts in een deel van een isolatiesysteem optreedt. Het kan zich ontwikkelen in een met gas gevulde leegte, langs een isolatieoppervlak, rond een scherpe geleiderrand of in de buurt van een defect in een vast of samengesteld diëlektricum.

Het fenomeen wordt meestal geassocieerd met een lokale concentratie van elektrische spanning. Wanneer het lokale elektrische veld de weerstandssterkte van een zwak gebied overschrijdt, vindt er een korte ontlading plaats. De ontlading kan kort en klein zijn, maar herhaalde activiteit kan de omringende isolatie geleidelijk verzwakken.

IEC 60270 definieert op ladingen gebaseerde methoden voor het meten van gedeeltelijke ontlading in elektrische apparaten, componenten en systemen die zijn getest met AC- of DC-spanning. De standaard behandelt ook meetcircuits, kalibratie, digitale metingen en de scheiding van gedeeltelijke ontladingssignalen van externe interferentie.IEC 60270:2025

Hoe gedeeltelijke ontlading de isolatie beschadigt

1. Chemische schade veroorzaakt door geladen deeltjes

Tijdens een gedeeltelijke ontlading bewegen elektronen en ionen door het zwakke gebied van de isolatie. Deze hoogenergetische geladen deeltjes botsen met isolatiemoleculen en kunnen chemische bindingen verbreken.

Herhaaldelijke bombardementen kunnen leiden tot:

1. Ontleding van polymeerketens

2, Oppervlakte-erosie

3. Vorming van geleidende verkoolde paden

4. Chemische afbraak van epoxyhars en andere isolatiematerialen

5. Een geleidelijke vermindering van de diëlektrische sterkte

Bij vaste isolatie kan dit proces een interne spouw vergroten of een boomkanaal creëren. Zodra het defect voldoende groot wordt, is het mogelijk dat de isolatie niet langer bestand is tegen de normale bedrijfsspanning of tijdelijke overspanning.

2. Thermische en oxidatieve schade

Gedeeltelijke ontlading produceert ook plaatselijke warmte. Hoewel de gemiddelde energie van een individuele ontlading laag kan zijn, kunnen herhaalde pulsen geconcentreerd in hetzelfde gebied de temperatuur van de omringende isolatie verhogen.

De resulterende thermische spanning kan leiden tot:

1. Lokale oververhitting

2. Oxidatief kraken

3. Smelten of carboniseren van polymeermaterialen

4, Verlies van mechanische sterkte

5. Uitbreiding van interne scheuren en holtes

Thermische schade en chemische schade versterken elkaar vaak. Naarmate het isolatieoppervlak ruwer of meer geleidend wordt, wordt het lokale elektrische veld minder uniform, wat verdere ontladingsactiviteit kan versnellen.

Hoogspanningsschakelaars en het bijbehorende isolatiesysteem

Hoogspanningsschakelapparatuur is een complex samenstel dat geleiders, schakelapparatuur, rails, isolatiecomponenten, aardingsbehuizingen en besturingssystemen combineert.

Afhankelijk van het ontwerp kunnen typische materialen zijn:

1. Epoxyhars

2. Siliconen of andere technische kunststoffen

3, Lucht of isolatiegas

4. Zwavelhexafluoride in toepasselijke gasgeïsoleerde apparatuur

5. Keramische of composietisolatie

6. Koper, aluminium en andere geleidende materialen

De combinatie van verschillende materialen en geometrieën creëert meerdere locaties waar gedeeltelijke ontlading kan optreden. Productiekwaliteit, nauwkeurigheid van de montage, bedrijfsspanning, temperatuur, vochtigheid, vervuiling en veroudering van de isolatie kunnen allemaal het PD-gedrag beïnvloeden.

Voor schakelapparatuurtoepassingen zijn de relevante eisen afhankelijk van het apparatuurontwerp en de spanningsklasse. De IEC 62271-serie omvat hoogspanningsschakel- en besturingsapparatuur, inclusief apparatuur die vaste isolatie en isolatiegassen gebruikt.IEC 62271-serie

Belangrijkste oorzaken van gedeeltelijke ontlading in hoogspanningsschakelaars

1. Defecten in het isolatieproductieproces

Fabricagefouten behoren tot de meest voorkomende oorzaken van gedeeltelijke ontlading in vaste geïsoleerde schakelapparatuur.

Interne holtes en luchtbellen

Tijdens het gieten, vormen of inkapselen van epoxy kunnen er luchtbellen in de isolatie achterblijven. Deze holtes hebben een lagere diëlektrische sterkte dan de omringende vaste isolatie.

Wanneer spanning wordt aangelegd, wordt het elektrische veld in de leegte hoger dan het gemiddelde veld in het vaste materiaal. Dit houdt verband met het verschil tussen de diëlektrische constante van het gas in de lege ruimte en die van de omringende isolatie.

Als gevolg hiervan kan het gas in de spouw vóór de hoofdisolatie afbreken. Elke ontlading kan de leegte vergroten, het oppervlak ervan beschadigen en uiteindelijk de algehele isolatiesterkte verminderen.

Vreemde deeltjes en materiaalverontreiniging

Metaaldeeltjes, stof, vocht en andere onzuiverheden die tijdens de productie worden geïntroduceerd, kunnen lokale zwakke punten veroorzaken. Geleidende vervuiling kan het elektrische veld vervormen of een ontladingspad vormen tussen verschillende delen van de isolatie.

Typische oorzaken zijn onder meer:

1. Slecht gecontroleerde gietomstandigheden

2. Onvoldoende reiniging vóór montage

3. Onjuiste opslag van isolatiecomponenten

4. Onvoldoende uitharding van epoxyhars

5. Verontreiniging tijdens transport of installatie

Eén enkel intern defect hoeft geen onmiddellijke storing te veroorzaken, maar kan wel actiever worden naarmate de apparatuur ouder wordt of onder verhoogde elektrische spanning werkt.

2. Ongelijke elektrische veldverdeling

Een uniform elektrisch veld is essentieel voor betrouwbare isolatieprestaties. Elke scherpe punt, onregelmatig oppervlak of drijvend geleidend voorwerp kan het lokale elektrische veld vergroten en een gedeeltelijke ontlading veroorzaken.

Bramen en scherpe randen op geleiders

Railbramen, scherpe hoeken, onafgewerkte geleiderranden en slecht gevormde elektroden kunnen een sterke elektrische veldconcentratie veroorzaken.

Dit effect is vooral significant rond:

1, Busbar-verbindingen

2. Kabelterminals

3. Contacten verplaatsen

4、Boutverbindingen

5. Afschermingscomponenten

6. Geleidende inzetstukken in gegoten isolatie

Zelfs als de gemiddelde bedrijfsspanning binnen de specificaties van de apparatuur valt, kan het lokale veld nabij een scherpe rand het ontladingsbeginniveau overschrijden.

Losse of drijvende metaaldeeltjes

Metaaldeeltjes in de schakelkast kunnen elektrisch geladen raken of bewegen onder invloed van het elektrische veld. Hun positie en potentieel kunnen tijdens bedrijf veranderen, waardoor onstabiele veldomstandigheden ontstaan.

Dergelijke deeltjes kunnen het volgende veroorzaken:

1. Lokale veldverbetering

2, Oppervlakteontlading

3. Intermitterende ontladingspulsen

4. Volgen van nabijgelegen isolatie

5. Onstabiele PD-patronen

Dit is een reden waarom netheid en strikte montageprocedures belangrijk zijn tijdens de productie en het onderhoud van schakelapparatuur.

Vervuilde of ruwe isolatieoppervlakken

Stof, vocht, olie en andere verontreinigingen kunnen de effectieve kruipafstand op een isolatieoppervlak verkleinen. Een ruw of beschadigd oppervlak creëert ook kleine veldconcentraties waar oppervlakteontlading kan beginnen.

Oppervlakteverontreiniging is vooral belangrijk bij apparatuur die wordt blootgesteld aan:

1, Hoge luchtvochtigheid

2, Geleidend stof

3, Zoutnevel

4. Industriële vervuiling

5, condensatie

6, Slechte ventilatie

Alleen schoonmaken lost het probleem mogelijk niet permanent op als het isolatieoppervlak al sporen, scheuren of erosie heeft ontwikkeld.

Defecten in de geaarde behuizing

De metalen behuizing biedt normaal gesproken afscherming en een gecontroleerd referentiepotentiaal. Ruwe lasnaden, poriën, slakinsluitingen en andere fabricagefouten kunnen echter onregelmatige elektrische veldomstandigheden veroorzaken in de buurt van de geaarde behuizing.

Deze defecten kunnen interageren met nabijgelegen isolatie of geleidende onderdelen en het risico op ontlading vergroten. De laskwaliteit, de geometrie van de behuizing, de continuïteit van de aarding en de interne spelingen moeten daarom tijdens de productie en inspectie worden gecontroleerd.

3. Niet-uniforme diëlektrische media

Moderne schakelapparatuur maakt vaak gebruik van composietisolatiesystemen waarin verschillende materialen samenwerken. Epoxyhars kan bijvoorbeeld worden gecombineerd met technische kunststoffen, isolatiegas, geleidende inzetstukken en luchtspleten.

Elk materiaal heeft verschillende elektrische en thermische eigenschappen. Als de interfaces slecht zijn ontworpen of vervaardigd, is het mogelijk dat het diëlektrische veld niet gelijkmatig wordt verdeeld.

Mogelijke problemen zijn onder meer:

1. Slechte hechting tussen verschillende isolatiematerialen

2. Ongelijke diëlektrische constanten

3. Gaten bij materiaalinterfaces

4, interne delaminatie

5. Vocht opgesloten tussen de lagen

6. Leegtes rond ingebedde geleiders

Interne bellen en onzuiverheden kunnen de niet-uniformiteit van het diëlektrische medium verder vergroten. Onder bedrijfsspanning kunnen deze gebieden grotere elektrische spanning ervaren dan de omringende isolatie en het beginpunt worden van gedeeltelijke ontlading.

Andere factoren die gedeeltelijke ontlading beïnvloeden

Gedeeltelijke ontlading wordt niet alleen veroorzaakt door fabricagefouten. Verschillende bedrijfs- en omgevingsomstandigheden kunnen de lozingsactiviteit vergroten.

Bedrijfsspanning

Naarmate de aangelegde spanning toeneemt, neemt ook het elektrische veld in zwakke gebieden toe. Een defect dat bij normale spanning inactief blijft, kan meetbare ontlading veroorzaken tijdens een overspanningsgebeurtenis, een weerstandstest of een tijdelijke stijging van de systeemspanning.

Temperatuur

Temperatuur beïnvloedt de isolatie-eigenschappen, gasdruk, materiaaluitzetting en de toestand van interfaces. Thermische uitzetting kan bestaande openingen vergroten of extra spanning op verbonden isolatiecomponenten plaatsen.

Vochtigheid en condensatie

Vocht kan de isolatieweerstand van het oppervlak verminderen en oppervlakteafvoer bevorderen. Condensatie is vooral gevaarlijk wanneer warme, vochtige lucht een koeler schakelkastcompartiment binnendringt.

Isolatie veroudering

Langdurige elektrische, thermische en mechanische spanning kan isolatieveroudering veroorzaken. Veroudering kan barsten, verkleuring, erosie, delaminatie en verhoogde vochtopname veroorzaken, waardoor gedeeltelijke ontlading waarschijnlijker wordt.

Mechanische spanning en trillingen

Losse verbindingen, trillingen en herhaalde thermische uitzetting kunnen kleine openingen tussen isolatiecomponenten veroorzaken. Deze openingen kunnen ontladingslocaties worden, vooral in de buurt van rails, kabelafsluitingen en ingebedde geleiders.

Detectie van gedeeltelijke ontlading in schakelapparatuur

PD-testen worden gebruikt om ontladingsactiviteit te identificeren voordat deze zich ontwikkelt tot een ernstige isolatiefout. Afhankelijk van de apparatuur en het testdoel kunnen ingenieurs de schijnbare lading, de ontladingsgrootte, fase-opgeloste patronen, pulsherhaling en veranderingen in de loop van de tijd evalueren.

Een betrouwbare test moet het volgende omvatten:

1, Een geschikt meetinstrument en sensoropstelling

2. Juiste kalibratie van het meetsysteem

3. Effectieve controle van externe interferentie

4. Correcte aarding en afscherming

5. Stabiele testspanning en omgevingsomstandigheden

6. Vergelijking met technische limieten en eerdere testrecords

Weshine Electric is een professionele fabrikant die zich toelegt op onderzoek, ontwikkeling en productie van hoogspanningstest- en meetapparatuur. Uitgerust met gestandaardiseerde productieworkshops en onafhankelijke kalibratielaboratoria volgt de fabriek strikt de IEC-normen en ISO-kwaliteitsmanagementsystemen om ervoor te zorgen dat elk instrument stabiele, herhaalbare en interferentiebestendige testprestaties levert voor toepassingen in de mondiale energiesector.

De GDJF-2007 digitale gedeeltelijke ontladingstester is onafhankelijk ontwikkeld en in de fabriek gekalibreerd door Weshine Electric. Het kan worden gebruikt voor digitale gedeeltelijke ontladingsmeting en analyse in hoogspanningsapparatuur.  In praktische toepassingen kan het instrument de evaluatie van de PD-grootte, ontladingspatronen en isolatieconditie ondersteunen. De exacte testconfiguratie en acceptatiecriteria moeten worden geselecteerd op basis van het ontwerp van de schakelapparatuur, de toepasselijke normen en de technische documentatie van de fabrikant.

Veelgestelde vragen

Wat is de meest voorkomende oorzaak van gedeeltelijke ontlading in schakelapparatuur?

Veelvoorkomende oorzaken zijn onder meer interne holtes, luchtbellen, onzuiverheden, scherpe randen van de geleider, oppervlakteverontreiniging, slechte isolatie-interfaces en een ongelijkmatige verdeling van het elektrische veld.

Kan gedeeltelijke ontlading direct worden gezien?

Normaal gesproken is een gedeeltelijke ontlading tijdens normaal gebruik niet waarneembaar. Het wordt gewoonlijk gedetecteerd via elektrische, ultrasone of andere gespecialiseerde meetmethoden.

Betekent gedeeltelijke ontlading altijd onmiddellijke uitval van de apparatuur?

Nee. Gedeeltelijke ontlading kan zich geleidelijk ontwikkelen. Aanhoudende of toenemende PD-activiteit duidt echter op verslechtering van de isolatie en vereist professionele evaluatie.

Hoe veroorzaken scherpe railranden gedeeltelijke ontlading?

Scherpe randen concentreren het elektrische veld. Het lokale veld kan veel sterker worden dan het gemiddelde veld, waardoor de ontlading dichtbij de rand kan beginnen.

Hoe kan gedeeltelijke ontlading in schakelapparatuur worden verminderd?

Effectieve maatregelen zijn onder meer het verbeteren van de isolatieproductie, het verwijderen van bramen, het controleren van de netheid, het voorkomen van vocht, het optimaliseren van de elektrische veldclassificatie, het verbeteren van de aarding van de behuizing en het regelmatig uitvoeren van PD-tests.

Conclusie

Gedeeltelijke ontlading in hoogspanningsschakelaars is meestal het resultaat van een combinatie van isolatiedefecten, elektrische veldconcentratie, niet-uniforme diëlektrische materialen, omgevingscondities en langdurige veroudering.

Interne holtes, onzuiverheden, scherpe railranden, zwevende metaaldeeltjes, verontreinigde oppervlakken en slechte isolatie-interfaces kunnen allemaal lokale elektrische spanning veroorzaken. Zodra de ontlading begint, kunnen chemische erosie en thermische schade de isolatie geleidelijk verzwakken.

Regelmatige gedeeltelijke ontladingstests leveren waardevolle informatie op over de staat van de isolatie en helpen onderhoudsteams bij het identificeren van zich ontwikkelende problemen voordat zich een grote storing voordoet. Voor een nauwkeurige diagnose moeten de tests worden uitgevoerd door gekwalificeerde professionals met behulp van goed gekalibreerde apparatuur en procedures die in overeenstemming zijn met de toepasselijke normen.

Gesteund door interne R&D, gestandaardiseerde fabrieksproductie en strikte kwaliteitskalibratie, blijft Weshine Electric betrouwbare hoogspanningstestinstrumenten en professionele technische oplossingen leveren voor onderstationonderhoud, elektriciteitsnetinspectie en diagnose van industriële energiesystemen wereldwijd. Neem gerust contact op met ons team voor technische gegevensbladen, op maat gemaakte testoplossingen en fabrieksgroothandelsondersteuning.