أسباب التفريغ الجزئي في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي

يعد التفريغ الجزئي أحد أهم علامات الإنذار المبكر لتدهور العزل في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي. على الرغم من أن التفريغ الجزئي لا يؤدي إلى سد العزل بين الموصلات بشكل كامل، إلا أن نشاط التفريغ المتكرر يمكن أن يؤدي إلى تلف نظام العزل تدريجيًا وزيادة خطر فشل العزل والوميض الكهربائي والإيقاف غير المتوقع للمعدات.

يساعد فهم أسباب التفريغ الجزئي المهندسين الكهربائيين على تحديد العيوب في مرحلة مبكرة وتحسين موثوقية المفاتيح الكهربائية طوال فترة خدمتها.

ما هو التفريغ الجزئي؟

التفريغ الجزئي هو تفريغ كهربائي موضعي يحدث في جزء فقط من نظام العزل. وقد يتطور داخل فراغ مملوء بالغاز، على طول سطح عازل، أو حول حافة موصل حادة، أو بالقرب من عيب في مادة عازلة صلبة أو مركبة.

ترتبط هذه الظاهرة عادةً بتركيز موضعي للضغط الكهربائي. عندما يتجاوز المجال الكهربائي المحلي قوة التحمل لمنطقة ضعيفة، يحدث تفريغ قصير. قد يكون التفريغ قصيرًا وصغيرًا، لكن النشاط المتكرر يمكن أن يؤدي إلى إضعاف العزل المحيط تدريجيًا.

تحدد المواصفة القياسية IEC 60270 الطرق القائمة على الشحن لقياس التفريغ الجزئي في الأجهزة والمكونات والأنظمة الكهربائية التي تم اختبارها بجهد التيار المتردد أو التيار المباشر. ويتناول المعيار أيضًا دوائر القياس والمعايرة والقياس الرقمي وفصل إشارات التفريغ الجزئي عن التداخل الخارجي.إيك 60270:2025

كيف يؤدي التفريغ الجزئي إلى إتلاف العزل

1. الأضرار الكيميائية الناجمة عن الجسيمات المشحونة

أثناء التفريغ الجزئي، تتحرك الإلكترونات والأيونات عبر المنطقة الضعيفة من العزل. تتصادم هذه الجسيمات المشحونة عالية الطاقة مع جزيئات العزل ويمكن أن تكسر الروابط الكيميائية.

القصف المتكرر قد يسبب:

1 、 تحلل سلاسل البوليمر

2 、 تآكل السطح

3 、 تشكيل مسارات متفحمة موصلة

4. التحلل الكيميائي لراتنجات الايبوكسي والمواد العازلة الأخرى

5 、 انخفاض تدريجي في قوة العزل الكهربائي

في العزل الصلب، يمكن لهذه العملية توسيع التجويف الداخلي أو إنشاء قناة شجرية. بمجرد أن يصبح العيب كبيرًا بدرجة كافية، قد لا يتحمل العزل جهد التشغيل العادي أو الجهد الزائد المؤقت.

2. الأضرار الحرارية والأكسدة

ينتج التفريغ الجزئي أيضًا حرارة موضعية. على الرغم من أن متوسط ​​طاقة التفريغ الفردي قد يكون منخفضًا، إلا أن النبضات المتكررة المركزة في نفس المنطقة يمكن أن ترفع درجة حرارة المادة العازلة المحيطة.

وقد يؤدي الإجهاد الحراري الناتج إلى:

1 、 ارتفاع درجة الحرارة المحلية

2- التكسير التأكسدي

3. ذوبان أو كربنة المواد البوليمرية

4- فقدان القوة الميكانيكية

5、توسيع الشقوق والفراغات الداخلية

غالبًا ما يعزز الضرر الحراري والأضرار الكيميائية بعضهما البعض. عندما يصبح سطح العزل أكثر خشونة أو أكثر موصلية، يصبح المجال الكهربائي المحلي أقل انتظامًا، مما قد يؤدي إلى تسريع نشاط التفريغ الإضافي.

المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي ونظام العزل الخاص بها

إن المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي عبارة عن مجموعة معقدة تجمع بين الموصلات وأجهزة التبديل وقضبان التوصيل ومكونات العزل ومرفقات التأريض وأنظمة التحكم.

اعتمادًا على التصميم، قد تشمل المواد النموذجية ما يلي:

1- راتنجات الايبوكسي

2 、 سيليكون أو غيرها من اللدائن الهندسية

3 、 الهواء أو الغاز العازل

4. سداسي فلوريد الكبريت في المعدات المعزولة بالغاز

5 、 العزل السيراميك أو المركب

6 、 النحاس والألمنيوم والمواد الموصلة الأخرى

يؤدي الجمع بين المواد والأشكال الهندسية المختلفة إلى إنشاء مواقع متعددة قد يحدث فيها التفريغ الجزئي. يمكن أن تؤثر جودة التصنيع ودقة التجميع وجهد التشغيل ودرجة الحرارة والرطوبة والتلوث وعمر العزل على سلوك PD.

بالنسبة لتطبيقات المفاتيح الكهربائية، تعتمد المتطلبات ذات الصلة على تصميم المعدات وفئة الجهد. تغطي سلسلة IEC 62271 المفاتيح الكهربائية وأجهزة التحكم ذات الجهد العالي، بما في ذلك المعدات التي تستخدم العزل الصلب والغازات العازلة.سلسلة IEC 62271

الأسباب الرئيسية للتفريغ الجزئي في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي

1. عيوب في عملية تصنيع المواد العازلة

تعد عيوب التصنيع من بين المصادر الأكثر شيوعًا للتفريغ الجزئي في المفاتيح الكهربائية المعزولة الصلبة.

الفراغات الداخلية وفقاعات الهواء

أثناء صب الإيبوكسي أو القولبة أو التغليف، قد تبقى فقاعات الهواء داخل المادة العازلة. تتمتع هذه الفراغات بقوة عازلة أقل من العزل الصلب المحيط بها.

عند تطبيق الجهد الكهربائي، يصبح المجال الكهربائي داخل الفراغ أعلى من متوسط ​​المجال الكهربائي في المادة الصلبة. ويرتبط هذا بالفرق بين ثابت العزل الكهربائي للغاز الموجود داخل الفراغ وثابت العزل المحيط.

ونتيجة لذلك، قد يتحلل الغاز الموجود في التجويف قبل العزل الرئيسي. يمكن أن يؤدي كل تفريغ إلى توسيع الفراغ، وإتلاف سطحه، وفي النهاية تقليل قوة العزل الإجمالية.

الجسيمات الأجنبية وتلوث المواد

يمكن أن تؤدي الجزيئات المعدنية والغبار والرطوبة والشوائب الأخرى التي يتم إدخالها أثناء الإنتاج إلى إنشاء نقاط ضعف محلية. قد يؤدي التلوث بالتوصيل إلى تشويه المجال الكهربائي أو تشكيل مسار تفريغ بين مناطق مختلفة من العزل.

تشمل الأسباب النموذجية ما يلي:

1- سوء التحكم في ظروف الصب

2 、 عدم كفاية التنظيف قبل التجميع

3. التخزين غير السليم لمكونات العزل

4. عدم كفاية معالجة راتنجات الايبوكسي

5 、 التلوث أثناء النقل أو التثبيت

قد لا يتسبب عيب داخلي واحد في فشل فوري، ولكنه قد يصبح أكثر نشاطًا مع تقدم عمر الجهاز أو عمله تحت ضغط كهربائي متزايد.

2. التوزيع غير المتساوي للمجال الكهربائي

يعد المجال الكهربائي الموحد ضروريًا لأداء العزل الموثوق. يمكن لأي نقطة حادة أو سطح غير منتظم أو جسم موصل عائم أن يزيد من المجال الكهربائي المحلي ويبدأ التفريغ الجزئي.

نتوءات وحواف حادة على الموصلات

يمكن أن تنتج نتوءات القضبان، والزوايا الحادة، وحواف الموصلات غير المكتملة، والأقطاب الكهربائية ذات الشكل السيئ تركيزًا قويًا للمجال الكهربائي.

هذا التأثير مهم بشكل خاص حول:

1- وصلات بسبار

2 、 محطات الكابلات

3 、 نقل الاتصالات

4 、 اتصالات انسحب

5. مكونات التدريع

6、إدراج موصل داخل العزل المصبوب

حتى عندما يكون متوسط ​​جهد التشغيل ضمن تصنيف المعدات، فإن المجال المحلي بالقرب من حافة حادة قد يتجاوز مستوى بداية التفريغ.

الجزيئات المعدنية السائبة أو العائمة

يمكن أن تصبح الجزيئات المعدنية الموجودة داخل علبة المفاتيح الكهربائية مشحونة كهربائيًا أو تتحرك تحت تأثير المجال الكهربائي. قد يتغير موقعها وإمكاناتها أثناء التشغيل، مما يخلق ظروفًا ميدانية غير مستقرة.

مثل هذه الجسيمات قد تسبب:

1 、 تعزيز المجال المحلي

2 、 التفريغ السطحي

3- نبضات التفريغ المتقطعة

4 、 تتبع العزل القريب

5 、 أنماط PD غير مستقرة

وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل النظافة وإجراءات التجميع الصارمة مهمة أثناء تصنيع وصيانة المفاتيح الكهربائية.

الأسطح العازلة الملوثة أو الخشنة

يمكن أن يؤدي الغبار والرطوبة والزيوت وغيرها من الملوثات إلى تقليل مسافة الزحف الفعالة على السطح العازل. يخلق السطح الخشن أو التالف أيضًا تركيزات مجالية صغيرة حيث يمكن أن يبدأ التفريغ السطحي.

يعد التلوث السطحي مهمًا بشكل خاص في المعدات المعرضة لما يلي:

1-الرطوبة العالية

2- الغبار الموصل

3- رش الملح

4 、 التلوث الصناعي

5 、 التكثيف

6- سوء التهوية

التنظيف وحده قد لا يحل المشكلة بشكل دائم إذا كان السطح العازل قد تعرض بالفعل للتتبع أو الشقوق أو التآكل.

عيوب في العلبة المؤرضة

يوفر الغلاف المعدني عادةً حماية وإمكانية مرجعية يمكن التحكم فيها. ومع ذلك، فإن اللحامات الخشنة، والمسام، وشوائب الخبث، وعيوب التصنيع الأخرى قد تخلق ظروف مجال كهربائي غير منتظمة بالقرب من العلبة المؤرضة.

يمكن أن تتفاعل هذه العيوب مع الأجزاء العازلة أو الموصلة القريبة وتزيد من خطر التفريغ. ولذلك يجب فحص جودة اللحام، وهندسة العلبة، واستمرارية التأريض، والخلوصات الداخلية أثناء التصنيع والفحص.

3. الوسائط العازلة غير المنتظمة

غالبًا ما تستخدم المفاتيح الكهربائية الحديثة أنظمة العزل المركبة التي تعمل فيها عدة مواد معًا. على سبيل المثال، يمكن دمج راتنجات الإيبوكسي مع اللدائن الهندسية والغاز العازل والإدخالات الموصلة والفجوات الهوائية.

كل مادة لها خصائص كهربائية وحرارية مختلفة. إذا كانت الواجهات سيئة التصميم أو التصنيع، فقد لا يتم توزيع المجال العازل بالتساوي.

تشمل المشاكل المحتملة ما يلي:

1- ضعف الترابط بين المواد العازلة المختلفة

2 、 ثوابت عازلة غير متساوية

3 、 الفجوات في واجهات المواد

4 、 التصفيح الداخلي

5 、 الرطوبة المحاصرة بين الطبقات

6 、 الفراغات حول الموصلات المدمجة

يمكن للفقاعات والشوائب الداخلية أن تزيد من عدم انتظام الوسط العازل. تحت جهد التشغيل، قد تتعرض هذه المناطق لضغط كهربائي أكبر من العزل المحيط وتصبح نقطة البداية للتفريغ الجزئي.

العوامل الأخرى التي تؤثر على التفريغ الجزئي

لا يحدث التفريغ الجزئي فقط بسبب عيوب التصنيع. العديد من ظروف التشغيل والبيئية يمكن أن تزيد من نشاط التفريغ.

جهد التشغيل

مع زيادة الجهد المطبق، يزداد المجال الكهربائي في المناطق الضعيفة أيضًا. قد يؤدي العيب الذي يظل غير نشط عند الجهد العادي إلى إنتاج تفريغ قابل للقياس أثناء حدث الجهد الزائد، أو اختبار التحمل، أو ارتفاع مؤقت في جهد النظام.

درجة حرارة

تؤثر درجة الحرارة على خصائص العزل وضغط الغاز وتمدد المواد وحالة الواجهات. يمكن أن يؤدي التمدد الحراري إلى توسيع الفجوات الموجودة أو وضع ضغط إضافي على مكونات العزل المستعبدة.

الرطوبة والتكثيف

يمكن أن تقلل الرطوبة من مقاومة عزل السطح وتعزز تفريغ السطح. يكون التكثيف خطيرًا بشكل خاص عندما يدخل الهواء الدافئ الرطب إلى حجرة المفاتيح الكهربائية الأكثر برودة.

شيخوخة العزل

يمكن أن يؤدي الإجهاد الكهربائي والحراري والميكانيكي على المدى الطويل إلى تقادم العزل. قد تؤدي الشيخوخة إلى حدوث تشققات، وتغير اللون، والتآكل، والتصفيح، وزيادة امتصاص الرطوبة، وكل ذلك يمكن أن يزيد من احتمالية التفريغ الجزئي.

الإجهاد الميكانيكي والاهتزاز

قد تؤدي التوصيلات السائبة والاهتزاز والتمدد الحراري المتكرر إلى إنشاء فجوات صغيرة بين مكونات العزل. يمكن أن تصبح هذه الفجوات مواقع تفريغ، خاصة بالقرب من قضبان التوصيل، ونهايات الكابلات، والموصلات المدمجة.

الكشف عن التفريغ الجزئي في المفاتيح الكهربائية

يُستخدم اختبار PD لتحديد نشاط التفريغ قبل أن يتطور إلى فشل خطير في العزل. اعتمادًا على المعدات وهدف الاختبار، يمكن للمهندسين تقييم الشحنة الظاهرة وحجم التفريغ وأنماط حل الطور وتكرار النبض والتغيرات بمرور الوقت.

يجب أن يتضمن الاختبار الموثوق ما يلي:

1 、 أداة قياس مناسبة وترتيب أجهزة الاستشعار

2. المعايرة الصحيحة لنظام القياس

3 、 السيطرة الفعالة على التدخل الخارجي

4 、 التأريض الصحيح والتدريع

5 、 جهد اختبار مستقر والظروف البيئية

6、المقارنة مع الحدود الفنية وسجلات الاختبار السابقة

Weshine Electric هي شركة مصنعة محترفة متخصصة في البحث والتطوير وإنتاج معدات اختبار وقياس الجهد العالي. مجهز بورش إنتاج موحدة ومختبرات معايرة مستقلة، ويتبع المصنع بدقة معايير IEC وأنظمة إدارة الجودة ISO لضمان أن كل أداة تقدم أداء اختبار مستقرًا وقابلًا للتكرار ومقاومًا للتداخل لتطبيقات صناعة الطاقة العالمية.

تم تطوير جهاز اختبار التفريغ الجزئي الرقمي GDJF-2007 بشكل مستقل ومعايرته في المصنع بواسطة Weshine Electric. يمكن استخدامه لقياس وتحليل التفريغ الجزئي الرقمي في معدات الجهد العالي.  في التطبيقات العملية، يمكن للجهاز أن يدعم تقييم حجم PD، وأنماط التفريغ، وحالة العزل. يجب تحديد التكوين الدقيق للاختبار ومعايير القبول وفقًا لتصميم المفاتيح الكهربائية والمعايير المعمول بها والوثائق الفنية للشركة المصنعة.

الأسئلة المتداولة

ما هو السبب الأكثر شيوعا للتفريغ الجزئي في المفاتيح الكهربائية؟

تشمل الأسباب الشائعة الفراغات الداخلية، وفقاعات الهواء، والشوائب، وحواف الموصلات الحادة، وتلوث السطح، وواجهات العزل السيئة، والتوزيع غير المتساوي للمجال الكهربائي.

هل يمكن رؤية التفريغ الجزئي مباشرة؟

عادة، لا يمكن رؤية التفريغ الجزئي أثناء التشغيل العادي. يتم اكتشافه عادةً من خلال طرق القياس الكهربائية أو الموجات فوق الصوتية أو غيرها من طرق القياس المتخصصة.

هل يعني التفريغ الجزئي دائمًا عطلًا فوريًا في المعدات؟

لا. قد يتطور التفريغ الجزئي تدريجياً. ومع ذلك، يشير نشاط PD المستمر أو المتزايد إلى تدهور العزل ويتطلب تقييمًا احترافيًا.

كيف تسبب حواف القضبان الحادة تفريغًا جزئيًا؟

تعمل الحواف الحادة على تركيز المجال الكهربائي. يمكن أن يصبح المجال المحلي أقوى بكثير من المجال المتوسط، مما يسمح ببدء التفريغ بالقرب من الحافة.

كيف يمكن تقليل التفريغ الجزئي في المفاتيح الكهربائية؟

تشمل التدابير الفعالة تحسين تصنيع العزل، وإزالة النتوءات، والتحكم في النظافة، ومنع الرطوبة، وتحسين تصنيف المجال الكهربائي، وتحسين تأريض العلبة، وإجراء اختبار PD منتظم.

خاتمة

عادة ما يكون التفريغ الجزئي في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي نتيجة لمجموعة من عيوب العزل، وتركيز المجال الكهربائي، والمواد العازلة غير المنتظمة، والظروف البيئية، والشيخوخة على المدى الطويل.

الفراغات الداخلية، والشوائب، وحواف قضبان التوصيل الحادة، والجزيئات المعدنية العائمة، والأسطح الملوثة، وواجهات العزل الضعيفة يمكن أن تؤدي جميعها إلى خلق إجهاد كهربائي محلي. بمجرد بدء التفريغ، قد يؤدي التآكل الكيميائي والضرر الحراري إلى إضعاف العزل تدريجيًا.

يوفر اختبار التفريغ الجزئي المنتظم معلومات قيمة حول حالة العزل ويساعد فرق الصيانة على تحديد المشكلات الناشئة قبل حدوث فشل كبير. للحصول على تشخيص دقيق، يجب إجراء الاختبار بواسطة متخصصين مؤهلين باستخدام معدات وإجراءات تمت معايرتها بشكل صحيح بما يتوافق مع المعايير المعمول بها.

بدعم من البحث والتطوير الداخلي، وإنتاج المصنع الموحد، ومعايرة الجودة الصارمة، تواصل Weshine Electric توفير أدوات اختبار الجهد العالي الموثوقة والحلول التقنية الاحترافية لصيانة المحطات الفرعية، وفحص شبكة الطاقة، وتشخيص نظام الطاقة الصناعية في جميع أنحاء العالم. لا تتردد في الاتصال بفريقنا للحصول على أوراق البيانات الفنية وحلول الاختبار المخصصة ودعم البيع بالجملة في المصنع.