Compreender a descarga parcial: causas, efeitos e soluções

Causas da demissão parcial

A descarga parcial (PD) ocorre em materiais isolantes quando a tensão elétrica localizada excede a resistência dielétrica do material em áreas específicas, tipicamente dentro de espaços de ar, filmes de óleo,ou superfíciesAs principais causas incluem:

1. Concentração de campo elétrico localizada:

   • A PD é desencadeada quando a intensidade do campo local em uma região dieléctrica de gás, líquido ou fraca excede a intensidade do campo de quebra.Isto ocorre frequentemente em estruturas de isolamento com bordas afiadas ou imperfeições.
   • Exemplo: O campo elétrico concentrado na borda dos elétrodos ou ranhuras das bobinas de motor de alta tensão.

2. Imperfeições de fabricação:

   • Durante a fabricação, os materiais isolantes podem desenvolver bolhas de ar, filmes de óleo ou vazios que diminuem a resistência à quebra em comparação com o isolamento sólido.
   • Exemplo: Em transformadores fundidos, cabos de plástico e sistemas de isolamento imersos em óleo, tais defeitos são comuns.

3. Tensão elétrica:

   • Tensão AC: PD ocorre mais comumente sob tensão sinusoidal AC devido à tensão contínua imposta por ciclos alternados.
   • Voltagem CC: Embora menos frequente, a DP sob tensão de CC ainda pode ocorrer, mas a taxas de repetição muito menores do que AC.

4. Descarga de corona:

   • Nas bordas dos eletrodos expostas, a descarga de corona no ar gera subprodutos reativos como o ozônio, que pode degradar quimicamente os materiais circundantes.

Impactos da descarga parcial

As descargas parciais afectam significativamente a vida útil e a fiabilidade dos sistemas de isolamento elétrico.

1. Degradação do isolamento:

   • Efeitos físicosCada descarga produz elétrons de alta energia, causando micro-cracagem, enfraquecendo a estrutura de isolamento.
   • Reações químicas: As partículas carregadas e os gases reativos gerados pela PD (por exemplo, o ozono) degradam a estrutura molecular do isolamento.

2. Descarga interna e superficial:

   • Descarga interna: Acontece dentro de vazios, bolhas ou filmes de óleo, levando a uma quebra localizada do isolamento.
   • Descarga superficialOcorre ao longo da interface entre isolamento e ar ou óleo, especialmente em áreas com distribuição desigual do campo.

3. Danos a componentes críticos:

   • Comum em equipamentos de alta tensão, como transformadores, cabos, condensadores e enrolamentos de motores.
   • Com o tempo, a atividade repetida de PD acelera o envelhecimento do isolamento, levando a falha do equipamento.

4. Confiabilidade do sistema:

   • As falhas de isolamento relacionadas com o PD são uma das principais causas de falhas em sistemas de energia de alta tensão, especialmente em transformadores de ultraalta tensão.

Soluções para a demissão parcial

O tratamento da descarga parcial requer estratégias proativas de conceção, monitorização e ensaios.

1. Melhorias no projeto

• Minimizar a concentração do campo utilizando bordas de eletrodos arredondadas e estruturas de isolamento otimizadas.
• Eliminar os vazios e as lacunas de ar durante a fabricação através da aplicação de técnicas de impregnação a vácuo no isolamento de óleo e papel.

2Testes e detecção

• Testes de fábrica:
  • Durante a fabricação, realizar testes de PD em cada unidade para garantir a integridade do isolamento.
  • Assegurar que as resistências do campo de trabalho sejam inferiores à resistência inicial do campo de descarga do material isolante.
• Teste no local:
  • Realizar ensaios de descarga parcial durante a instalação e entrega do transformador para identificar defeitos latentes.
  • Monitorizar o teor de gás no óleo do transformador; concentrações elevadas de gás indicam que o isolamento está avariado.

3Monitorização em linha

• A monitorização em tempo real dos sistemas de isolamento fornece um alerta precoce da atividade de PD em condições operacionais.
• Os modernos sistemas de monitorização online rastreiam os sinais de PD e as tendências de formação de gás, ajudando a prevenir falhas inesperadas.

4. Práticas de manutenção

• Usar testadores de descarga parcial para avaliações periódicas, especialmente para transformadores de potência nominal superior a 110 kV.
• Realizar reparações ou adaptações, conforme necessário, para atenuar os pontos fracos identificados durante o ensaio.

5Normas e manutenção regular

• Seguir as normas internacionais (por exemplo, IEC 60270) para os ensaios e monitorização da PD.
• Implementar ciclos de manutenção regulares para inspecionar e limpar as superfícies de isolamento, garantindo um desempenho óptimo.

Conclusão

A descarga parcial é um fator crítico na degradação dos equipamentos elétricos de alta tensão, tendo um impacto directo na fiabilidade e segurança.e soluções é essencial para uma gestão eficaz do isolamentoAtravés de testes rigorosos, monitoramento avançado e manutenção adequada, os engenheiros podem mitigar os riscos representados pela DP, garantindo o desempenho e a confiabilidade a longo prazo dos sistemas de energia.