נושא : מהי התפרקות חלקית (PD) ומהם הסוגים השונים של התפרקות חלקית?

בס"ד , ‏יום שני 7 נובמבר 2022

מתי יתרחשו התפרקויות חלקיות ?

התפרקות חלקית היא הבזק דרך תווך כלשהו שאינו מחובר במגע מלא ,עקב שדה חשמלי מקומי הגדול מיכולת העמידות הדיאלקטרית . התפרקות חלקית מתרחשת כל הזמן במערכות חשמל וייתכן שאנו מתעלמים לדוגמה הזמזום הזה מתחת לקווי מתח גבוה או עליון ובאזור של תחנות משנה. ציוד החשמל היום אינו יכול לעמוד בפני בפריקה חלקית היות ופריקה חלקית שוחקת את חומר הבידוד עד להגעה לכשל ממשי בציוד.

היכן יתרחשו התפרקויות חלקיות ?

התפרקויות חלקיות יכולות להופיע בנקודות שונות במערכת המבדדים לדוגמה

1. בועיות אוויר בתוך כבלים
2. בועות גז בנוזל כדוגמת שמן
3. בועות גז בבידוד מוצק כדוגמת מבדדים .
4. בחיבור בין שכבות שונות כדוגמת מוליכים מבודדים.

ניתן לראות ולזהות התפרקויות חלקיות בשלבי חיים שונים של המתקן החשמלי. הבעיות מתחילות משלב ההובלה שכן הובלה ואי הקפדה על נהלי שמירת המוליכים יכולה לפגוע באיכות המוליך המבודד, וכמובן בשלבי ההתקנה כתוצאה מהתקנה לא נכונה (במיוחד בחיבורים בין כבלים וראשי כבלים המורכבים בשטח). לא חף מאשמה הוא המפעל המייצר שכן ביצוע לקוי בשלב הייצור של כבל חשמלי עלול להוביל לכשל מוקדם, כאשר אחוז גבוה באופן לא פרופורציונלי של כשלי בידוד נצפים במהלך השנים הראשונות של הכבל .

התפרקויות חלקיות תתחיל בתנאי עבודה רגילים במתקני מתח גבוה או עליון שבהם מצב הבידוד הידרדר עם הגיל, או התיישן בטרם עת על ידי מתח חשמלי גבוה ממה שתוכנן או עקב טמפרטורת סביבה שונה ממה שתוכנן או עקב התקנה לא נכונה.

• תמונה מספר 1 – כבל מתח גבוה אשר נפגע בתהליך ההובלה

כיצד יתפתחו התפרקויות חלקיות ?

פריקה חלקית יכולה להתפתח למסלולים חשמליים הגורמים לתעלות על פני שטח הבידוד, בסופו של דבר להוביל להרס של הבידוד החשמלי בין הפאזה לאדמה ובכך לגרום לקצר חד פאזי לאדמה. בהתאם לסוג והמיקום הפגיעה במערכת הבידוד, עד לגרימת התקלה תופעת ההתפרקויות החלקיות עשויה להימשך בין מספר שעות בודדות למספר שנים עד שהתופעה תתרחש.

בעוד שפריקות חלקיות מסוימות עלולות להיות מסוכנות ביותר למערכת הבידוד (למשל פריקות בתוך הכבלים ואביזרי כבלים), סוגים אחרים של פריקה יכולים להיות עדינים יחסית (למשל, קורונה לאוויר מנקודות חדות וחשופות ברשתות מתח גבוה עיליות) . המפתח לבדיקות וניטור פריקה חלקית הוא להיות מסוגל להבדיל בין סוגי הפרשות השונים שיכולים להתרחש ולספק מיקום אמין, המאפשר לבצע עבודות של תחזוקה מונעת במהלך הפסקות עבודה מתוכננות לפני שהתקלה בכלל תתרחש ,שכן תקלות לא רצויות גורמות להפסקות יקרות של המפעל ולזמן ההשבתה הנלווה לתופעה זו.

מהו התוצר של התפרקויות חלקיות?

כאשר עובר במוליך מתח גבוה מופעל שדה חשמלי מושרה גם על המעטפת. יתר על כן, כאשר השדה מגדיל כל פעם את מסלול הפריקה, הוא מפרק את הבידוד וכן גורם לצורות שונות של אנרגיה לבוא ליידי ביטוי . איתור ומדידה של פריקות מבוססים על חילופי אנרגיה המתרחשים במהלך הפריקה.

התפרקויות חלקיות באות לידי ביטוי כ:

1. אור
2. חום
3. ריח
4. קול
5. גלים אלקטרומגנטיים
6. תגובה כימית
7. זרם חשמלי

סוגי התפרקויות חלקיות

המונח התפרקויות חלקיות הינה קבוצה של תופעות שונות מוכרות ומוכרות פחות עם שמות נוצצים

1. פריקות פנימיות – מתרחשות בחללים או חללים בתווך דיאלקטרי מוצק או נוזלי.
2. פריקות על פני משטח – מופיעות בגבול של חומרי בידוד שונים והיא הצורה הנפוצה ביותר של התפרקויות חלקיות שכן הן מושפעות מאבק אוויר מלח ולחות.
3. פריקות קורונה – מתרחשות בחומרי בידוד גזיים (כדוגמת אוויר) בנוכחות שדות לא הומוגניים פריקה ישירות לאוויר לרוב תתרחש במתקנים חשופים כדוגמת רשת החשמל .
4. טרקינג – הינו היווצרות של שביל מוליך בשל השפעה מתמשכת של התפרקויות חלקיות בחומרי הבידוד .

• תמונה מספר 2 – מערכת לזיהוי התפרקויות חלקיות במנוע מתח גבוה https://www.pdix.com

שיטות לזיהוי התפרקויות חלקיות

כאשר נרצה לאתר בעיות של התפרקויות חלקיות אנו נרצה לבצע זאת כאשר אספקת המתקן פעילה ונוכל לבצע בדיקה מבלי להפריע לאספקה סדירה. הדרכים המעשיות ביותר סובבות סביב זיהוי אותות תדרים שונים. שימוש בשילוב של חיישנים מבטיח שניתן לזהות בקלות סוגים שונים של התפרקויות חלקיות .

1. זיהוי אולטרסוני -שיטה זו יעלה מאוד במציאת התפרקויות חלקיות משטחיות ומסוג קורונה. פליטות אקוסטיות מפעילות PD הן בדרך כלל בתדירות גבוהה מדי עבור האוזן האנושית, כלומר אולטרסאונד. ככל שהמצב של ההתפרקויות חלקיות מחמיר, התדירות לפעמים יורדת לטווח הנשמע. שימוש במיקרופון קולי מוטס הוא הדרך הרגישה ביותר לזיהוי התפרקויות חלקיות כאשר יש נתיב אוויר בין המקור למיקרופון.
2. זיהוי פולס אלקטרומגנטי בתדר מסוים – התפרקויות חלקיות מייצרות פולסים אלקטרומגנטיים בתדר גבוה. השיטות לזיהוי אותו פולס אלקטרומגנטי יעילות במיוחד במציאת התפרקויות חלקיות פנימיות. ניתן לזהות פעילות של התפרקויות חלקיות על ידי הצבת חיישן כדי למדוד את הפולסים הללו.

• תמונה מספר 3 – תמונה של צילום אקוסטי בצבע.

תקנים רלוונטיים

תקן IEC-60270 – הוא תקן הנוגע למדידות פריקה חלקית אשר מגדיר את הקווים הרחבים של מדידת התפרקויות חלקיות במכשירים חשמליים תקן זה מגדיר את המדידה באמצעות מתחי חילופין עד 400 הרץ ומתח ישר.