قطع غيار الجهد العالي لأجهزة اختبار التفريغ الجزئي، واختبارات الطاقة عالية الجهد

قطع غيار الجهد العالي لأجهزة اختبار التفريغ الجزئي، واختبارات الطاقة عالية الجهد

الملخص

يُعدّ التفريغ الجزئي أول مؤشر على فشل العزل في المحولات الكهربائية ومفاتيح التوزيع والكابلات، ويجب أن تكون أجهزة الاختبار التي تكشف عنه خالية من أي تفريغ كهربائي ذاتي. تشرح هذه المقالة دور كل مكون من مكونات الجهد العالي في جهاز اختبار التفريغ الجزئي، والمواصفات التي تُمكّنه من قياس التفريغ بالبيكو كولوم، وكيف تحافظ مكونات الجهد العالي على نظافة ودقة الاختبار.

1. سياق التطبيق: قيمة اختبار PD

تُعدّ ظاهرة التفريغ الجزئي من أهم مؤشرات الأعطال الوشيكة في أنظمة العزل الكهربائي ذات الجهد العالي. إذ يُمكن لهذه الانهيارات العازلة الموضعية، التي لا تُؤمّن العزل بين الموصلات بشكل كامل، أن تُؤدي إلى عملية تدهور تدريجية وغير مرئية في كثير من الأحيان. وإذا لم يتم اكتشافها، فإن هذا التدهور سيتفاقم حتمًا، مُؤديًا في النهاية إلى عطل كارثي في ​​أصول باهظة الثمن وحيوية، مثل محولات الطاقة، ومفاتيح التوزيع، والكابلات. ولذلك، فإن الكشف الدقيق والموثوق عن نشاط التفريغ الجزئي وقياسه ليس مجرد ممارسة مُوصى بها، بل هو حجر الزاوية في أي استراتيجية شاملة للصيانة القائمة على الحالة وإدارة الأصول لشبكات الطاقة الكهربائية.

تعتمد سلامة النظام بأكمله في كثير من الأحيان على القدرة على تحديد هذه العلامات التحذيرية المبكرة، وتعتمد فعالية أي جهاز اختبار للتفريغ الجزئي بشكل أساسي على أداء وجودة مكوناته الفردية عالية الجهد. ولا يستطيع جهاز الاختبار الذي يُولّد تفريغه الخاص التمييز بين الضوضاء الناتجة والعيب الذي يحاول اكتشافه.

2. المتطلبات الفنية

2.1 جهد اختبار نظيف. تقوم مجموعة الاختبار بتطبيق جهد عالي متردد أو مستمر على الجهاز قيد الاختبار؛ يجب على مكثف الترشيح تنعيم هذا الجهد دون أن ينتج بنفسه تفريغًا جزئيًا:

2.2 الاقتران بدون إضافة PD. يقوم مكثف الاقتران بنقل نبضة التفريغ من الجسم المراد اختباره إلى الكاشف؛ ويجب أن يكون خالياً من التفريغ الجزئي بشكل أساسي، وإلا فإنه يحجب الإشارة:

2.3 تقسيم الجهد بدقة. يقوم مقسم الجهد بتحويل جهد الاختبار إلى إشارة قابلة للقياس؛ يجب أن تكون نسبته مستقرة وسعته الطفيلية منخفضة حتى لا يُحمّل الدائرة:

2.4 التفريغ الذاتي ومستوى الضوضاء. يساهم كل مكون في المجموعة في مستوى الضوضاء الأساسي؛ تحافظ المواد العازلة الخزفية منخفضة الفقد والمقاومات ذات الأغشية السميكة ذات مقاومة العزل المستقرة على مستوى الضوضاء الخلفية منخفضًا بما يكفي لحل النبضات ذات مستوى البيكو كولوم.

الشكل 1 - مجموعة اختبار PD: مصدر الجهد العالي، الجهاز قيد الاختبار، مسار الاقتران والقياس.

3. نقاط ضعف المهندسين (ملاحظات ميدانية)

4. مقارنة المكونات: مكونات مجموعة الاختبار

5. الاختيار وحل HVC

6. دراسة حالة هندسية

وجد مختبر معايرة يقوم ببناء أجهزة اختبار التفريغ الجزئي داخليًا لتأهيل الكابلات والمحولات أن أجهزته لا تفي بمواصفات الحساسية البالغة 5 بيكو كولوم. كان مستوى الضوضاء في جهاز الاختبار نفسه أعلى من المواصفات، ولم يتمكن الفريق من تحديد ما إذا كان التفريغ ناتجًا عن الجهاز قيد الاختبار أو عن مرشحات ومكثفات اقتران جهاز الاختبار نفسه. ظهرت المشكلة في كل وحدة بناها المختبر، وكلف ذلك أسابيع من استكشاف الأخطاء وإصلاحها لكل جهاز.

استُبدل مكثف الترشيح ذو الأغراض العامة في التصميم الجديد بقرص سيراميكي HVC N4700 مُزوّد ​​بحماية ضد التفريغ الجزئي عند 150% من جهد التشغيل، واستُبدل مكثف الاقتران بجزء مقبض باب مُزوّد ​​بحماية ضد التفريغ الجزئي، وأُعيد بناء مُقسّم الجهد بشبكة HVR ذات معامل مقاومة حراري منخفض. ثم جرى التحقق من كل جهاز بقياس التفريغ الجزئي الأساسي عند جهد الاختبار الكامل.

كان هناك نتيجتان مهمتان تتجاوزان مجرد اجتياز المواصفات. أولاً، سمح مستوى الضوضاء المنخفض (2 بيكو كولوم) للمختبر برصد حالات التفريغ الكهربائي التي كانت الأجهزة القديمة تحجبها، مما غيّر العديد من نتائج الاختبارات التي كانت على حافة التطابق بالنسبة لعملائه. ثانياً، اختفى انحراف قراءة الجهد (كيلو فولت) بمجرد توقف مقسم الجهد عن التغير مع درجة الحرارة، وبالتالي لم تعد الأجهزة بحاجة إلى إعادة المعايرة المتكررة التي كان المختبر يُجريها بانتظام. يقوم المختبر الآن ببناء كل مجموعة اختبار للتفريغ الجزئي من نفس مجموعة مكونات الجهد العالي، ويتم استيفاء مواصفات الحساسية من المحاولة الأولى بدلاً من أسابيع من تصحيح الأخطاء.

7. اعتبارات التصميم

• فحص مرض باركنسون: يجب فحص كل مكثف في مسار القياس بحثًا عن التفريغ الجزئي فوق مستوى الاختبار؛ يصبح الجزء غير المحمي جزءًا من خطأ القياس.
• سعة الاقتران: قم بتحديد حجم مكثف الاقتران بحيث ينقل نبضة التفريغ دون تحميل الدائرة، وتحقق من سلوك التفريغ الجزئي عند جهد الاختبار الكامل.
• ثبات الفاصل: حدد مقاومات ذات معامل درجة حرارة منخفض للمقسم؛ نسبة الانحراف تفسد قراءة kV ومعايرة مقدار PD.
• مستوى الضوضاء: حافظ على مستوى منخفض من الضوضاء الخلفية باستخدام مواد عازلة منخفضة الفقد ومقاومة عزل عالية؛ يتم فقدان حساسية البيكو كولوم إذا قام الجهاز بتوليد تفريغه الخاص.
• التأريض والتخطيط: يمنع التأريض أحادي النقطة ومسارات الإشارة القصيرة تصميم مجموعة الاختبار نفسه من إضافة ضوضاء إلى القياس.
• إمكانية تتبع المعايرة: تحقق من نسبة المقسم ومعايرة PD باستخدام مرجع قابل للتتبع على فترات منتظمة، وحافظ على انحراف المكون ضمن ميزانية المعايرة.

8. المراجع

• IEC 60270:2015، تقنيات اختبار الجهد العالي - قياسات التفريغ الجزئي.
• IEC 60115-1:2020، المقاومات الثابتة للاستخدام في المعدات الإلكترونية - الجزء 1: المواصفات العامة.
• R. Bartnikas, Engineering Dielectrics Volume IIA: Electrical Properties of Solid Insulated Materials, ASTM, 1983.
• 陈景亮等, 高电压试验技术, 中国电力出版社, 2005.
• بيانات مكثف القرص الخزفي عالي الجهد HVC، HVC مكثف، 2024.
• ورقة بيانات مقاومة الجهد العالي HVC المسطحة، مكثف HVC، 2024.

صفحات منتجات HVC ذات الصلة: مرجعية المكثف.