TECNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektroenergetiky

1. TECNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACHFakulta elektrotechniky a informatikyKatedra elektroenergetiky prof. Ing. Karol Marton, DrSc – Ing. Jozef Balogh, PhD. Aktivita čiastkových výbojov v defektných miestach polymérnej izolácie pri vyšších teplotách KOŠICE 2005

2. ÚVOD • ELEKTRO-FYZIKÁLNE, CHEMICKÉ, MECHANICKÉ A INÉ VPLYVY SPÔSOBUJÚCE DEGRADÁCIU IZOLÁCIE OD VZNIKU ČIASTKOVÝCH VÝBOJOV PO PRIERAZ • VPLYV ELEKTRICKÉHO POĽA, PRIESTOROVÝ NÁBOJ • EKEKTROMECHANICKÉ NAMÁHANIE DEFEKTNÉHO MIESTA • PREJAV MECHANICKÝCH ÚČINKOV • VPLYV TEPELNEJ ENERGIE • CHEMICKÉ ÚČINKY, PORUŠENIE VÄZBOVEJ ENERGIE • ELEKTRICKÝ PRIERAZ • EXPERIMENTY • ZÁVER

3. SYSTÉMOVÉ USPORIADANIE VZNIKU, ROZVOJA A DÔSLEDKOV Č.V.

4. Pokračovanie systémového usporiadania

5. PÔSOBENIE ELEKTRICKÉHO POĽA Prúdová hustota Zmena elektrického poľa • Vychádzame z týchto fenoménov: Vznik difúzneho napätia kde - objemový náboj Tento je definovaný Poissonovou rovnicou: Keďže: Po integrácii: Všeobecne: potom: a

6. V okolí defektného miesta sa upravia elektrické pomery následovne: Ak sú defektné miesta vyvolané hrotmi elektrických stromčekov, potom formovanie sa priestorových nábojov je aktuálne v okolí každého ionizovaného defektu

7. Zmena elektrickej vodivosti a elektrického poľa po nasadení výboja: Z hľadiska energetickej bilancie uvažujeme rovnováhu medzi elektrickým a tepelným poľom Kde C – tepelná kapacita l – tepelná vodivosť

8. Príspevok tepelnej energie: Translačná kde R - plynová konštanta T - teplota h - Plankova konštanta v - kmitočet k - Boltzmanova konštanta Rotačná Vibračná kde Celková energia

9. Elektromechanické namáhanie defektného miesta pri f=50 Hz Odvodili sme rovnicu mernej energie Pulzujúci tlak v súlade s f=50 Hz dosahuje vysokých hodnôt E3 (Mpa). Amplitúda pulzujúceho tlakového namáhania je závislá od výšky relatívnej permitivity materiálu (2,0 ÷ 6,0) za predpokladu nízkej hodnoty tan delta. Intenzita elektrického poľa je 1E9 V/m

10. V prípade, že sa zhoršia dielektrické vlastnosti materiálu, npr. tan delta , pulzujúce tlakové namáhanie polymérnej izolácie (PE; XLPE, epoxid, silikónová živica) nadobúda aj charakter ťahového namáhania počas doby jednej periódy. Tan delta=0,5.10-1 je pre nás neakceptovateľné

11. Väzbové energie a erózia polyméru Pôsobením silných „ionizujúcich“ elektrických polí, lokálne prevyšujúcich 107 V/m dochádza k porušovaniu väzieb v polymérnom reťazci a k postupnej degradácii polyméru v defektnom mieste. ERÓZIA PE Typické hodnoty väzobných energií v materiáloch: Polyetylén C – H ..... 3,72 eV C – C ..... 2,73 eV C = C ..... 4,40 eV Teflón F – F .....1,56 eV H –F ..... 5,82 eV Silikón Si – C ..... 2,61eV Si – O ..... 3,19 eV

12. Sledovanie výbojovej aktivity v umelo vytvorenej dutine o definovaných rozmeroch bolo realizované prostredníctvom iskrišťa plynovej blestkoistky. Pre tento typ elektród platí Paschenov zákon Iskrisko bolo umiestnené v napäťovom a v prúdovom modeli defektného miesta

13. V prípade aplikácie homogénneho poľa v elektródovom systéme platí Paschenov zákon Ak pri zapálení výboja bude: E = Uz/s kde: p – tlak, Ui – ionizačný potenciál uvažovaného plynu; S – vzdialenosť elektród; a =1/lp; a – ionizačný činiteľ Ak sledujeme výbojovú činnosť v plynom vyplnených umele vytvorených dutinách, avšak s elektródami zakončenými ihlanom (hrotom) potom Platí redukovaný PASCHENOV ZÁKON

14. EXPERIMENTY Model experimentálneho defektného miesta je uložený v transformátorovom oleji v izolovanej nádobe ultratermostatu UT. Elektrický obvod modelu je napájaný neionizujúcim zdrojom striedavého napätia o frekvencii 50 Hz. Signál získaný z výstupu napäťového, prípadne prúdového impulzu je digitalizovaný a spracovaný PC - technikou

15. Signál snímaný z odporového deliča R1 – R2 je úmerný napätiu na dutine počas výboja. Signál vo tvare impulzu z výstupu induktívnej sondy realizovaný toroidným snímačom je úmerný náboju, čiastkových výbojov daného integrálom i.dt Priebeh napäťového a prúdového impulzu

16. Výskum vplyvu teploty na aktivitu čiastkových výbojov poukázal na zmenu zápalného napätia, ktoré iniciuje vznik čiastkových výbojov v teplotnom rozsahu od 20° C do 80° C. Zápalné napätie dosahuje maximálnu hodnotu pri teplote 50° C (2 impulzy) a 60° C ( jeden impulz) Závislosť Ui = f(T) pre prúdový model

17. V umelo vytvorených defektných miestach bola sledovaná závislosť amplitúdy prúdového impulzu od teploty. Výrazne sa prejavila výbojová činnosť pri aplikovaní iskriska s homogénnym poľom. Výbojka s hrotovými elektródami v prostredí inertného plynu NEÓN vykazuje menej výrazné maximum. Závislosť relatívnej amplitúdy prúdových impulzov od teploty, resp. tlaku plynu v dutine

18. Súčasne bolo sledované fázové rozloženie čiastkových výbojov, vyhodnotené PC technikou. Výsledky boli spracované z nameraných hodnôt: n, q, qstr., a w v priebehu 80 periód. Početnosť n= f(j) Zdanlivý náboj q = f(j)

19. FOTOTECNICKÁ DOKUMENTÁCIA

20. ZÁVER • bol podaný komplexný štruktúrovaný rozbor vzniku, rozvoja a priebehu čiastkových výbojov • teoreticky a experimentálne, fototechnicky bol preukázaný deštrukčný (pulzujúci) účinok elektrického poľa na polymérnu izoláciu v mieste silnej nehomogenity • bolo poukázané na negatívny vplyv zhoršenia stratového uhla tan delta spôsobujúceho tlakové a ťahové namáhanie v defektnom mieste • experimenty potvrdili teplotnú závislosť aktivity čiastkových výbojov pri sledovaní všetkých výpovedeschopných veličín • fototechnicky bolo dokázané, že vplyvom teploty počas vzniku kanálu výboja dochádza ku degradácii PE v diskrétne ohraničenej zóne pri stene kanálu

21. Ďakujem za pozornosť