高圧開閉装置における部分放電の原因

部分放電は、高電圧開閉装置における絶縁劣化の最も重要な早期警告兆候の 1 つです。部分放電は導体間の絶縁を完全に橋渡しするわけではありませんが、放電活動が繰り返されると絶縁システムが徐々に損傷し、絶縁不良、フラッシュオーバー、および予期しない機器の停止のリスクが増加する可能性があります。

部分放電の原因を理解することは、電気技術者が初期段階で欠陥を特定し、耐用年数全体にわたって開閉装置の信頼性を向上させるのに役立ちます。

部分放電とは何ですか?

部分放電は、絶縁システムの一部のみで発生する局所的な放電です。これは、ガスが満たされた空隙の内部、絶縁表面に沿って、鋭い導体のエッジの周囲、または固体または複合誘電体の欠陥の近くで発生することがあります。

この現象は通常、局所的な電気的ストレスの集中に関連しています。局所的な電界が弱い部分の耐力を超えると、ショート放電が発生します。放電は短時間で少量である可能性がありますが、活動が繰り返されると周囲の絶縁が徐々に弱まる可能性があります。

IEC 60270 は、AC または DC 電圧でテストされる電気機器、コンポーネント、およびシステムの部分放電を測定するための電荷ベースの方法を定義しています。この規格は、測定回路、校正、デジタル測定、および外部干渉からの部分放電信号の分離にも取り組んでいます。IEC 60270:2025

部分放電が絶縁に与える影響

1. 荷電粒子による化学的損傷

部分放電中、電子とイオンは絶縁体の弱い領域を通って移動します。これらの高エネルギー荷電粒子は絶縁分子と衝突し、化学結合を破壊する可能性があります。

砲撃を繰り返すと、次のような原因が生じる可能性があります。

1、高分子鎖の分解

2、表面侵食

3、導電性炭化パスの形成

4、エポキシ樹脂等の絶縁材料の化学劣化

5、絶縁耐力は徐々に低下します

固体断熱材では、このプロセスにより内部空洞が拡大したり、ツリー状の溝が形成されたりする可能性があります。欠陥が十分に大きくなると、絶縁体は通常の動作電圧や一時的な過電圧に耐えられなくなる可能性があります。

2. 熱および酸化による損傷

部分放電でも局所的な熱が発生します。個々の放電の平均エネルギーは低いかもしれませんが、同じ領域に集中して繰り返しパルスが発生すると、周囲の絶縁体の温度が上昇する可能性があります。

結果として生じる熱応力は、次のような事態を引き起こす可能性があります。

1、局部過熱

2、酸化分解

3、高分子材料の溶融または炭化

4、機械的強度の低下

5、内部亀裂や空隙の拡大

熱的損傷と化学的損傷は、しばしば相互に強化し合います。絶縁表面が粗くなるか導電性が高くなるにつれて、局所的な電場は不均一になり、さらなる放電活動が加速される可能性があります。

高圧開閉装置とその絶縁システム

高電圧開閉装置は、導体、スイッチング デバイス、バスバー、絶縁コンポーネント、接地筐体、および制御システムを組み合わせた複雑なアセンブリです。

設計に応じて、一般的な材料には次のものが含まれます。

1、エポキシ樹脂

2、シリコンまたはその他のエンジニアリングプラスチック

3、空気または絶縁ガス

4、適用ガス絶縁機器における六フッ化硫黄

5、セラミックまたは複合絶縁体

6、銅、アルミニウム、その他の導電性材料

異なる材料と形状を組み合わせると、部分放電が発生する可能性のある複数の場所が作成されます。製造品質、組み立て精度、動作電圧、温度、湿度、汚染、絶縁劣化はすべて PD の動作に影響を与える可能性があります。

開閉装置アプリケーションの場合、関連する要件は機器の設計と電圧クラスによって異なります。 IEC 62271 シリーズは、固体絶縁および絶縁ガスを使用する機器を含む、高電圧開閉装置および制御装置を対象としています。IEC 62271シリーズ

高圧開閉装置における部分放電の主な原因

1. 絶縁体の製造工程における欠陥

製造上の欠陥は、固体絶縁開閉装置における部分放電の最も一般的な原因の 1 つです。

内部空隙と気泡

エポキシのキャスティング、成形、またはカプセル化の際、絶縁体内に気泡が残る場合があります。これらの空隙は、周囲の固体絶縁体よりも絶縁耐力が低くなります。

電圧が印加されると、空隙内の電場は固体材料内の平均電場よりも高くなります。これは、空隙内のガスの誘電率と周囲の絶縁体の誘電率の違いに関係しています。

その結果、キャビティ内のガスが主絶縁体よりも先に分解する可能性があります。放電のたびに空隙が拡大し、その表面が損傷し、最終的に全体の絶縁強度が低下する可能性があります。

異物と物質の汚染

製造中に混入する金属粒子、ほこり、湿気、その他の不純物により、局所的な弱点が生じる可能性があります。導電性汚染により、電界が歪んだり、絶縁体の異なる領域間に放電経路が形成されたりする可能性があります。

一般的な原因には次のようなものがあります。

1、鋳造条件の管理が不十分

2、組立前の洗浄不十分

3、絶縁部品の不適切な保管

4、エポキシ樹脂の硬化不足

5、輸送または設置時の汚染

単一の内部欠陥がすぐに故障を引き起こすわけではありませんが、機器が老朽化したり、電気的ストレスが増加した状態で動作したりするにつれて、欠陥がより活発になる可能性があります。

2. 不均一な電界分布

信頼性の高い絶縁性能には均一な電場が不可欠です。鋭利な先端、凹凸のある表面、または浮遊する導電性物体があると、局所的な電界が増大し、部分放電が発生する可能性があります。

導体のバリや鋭いエッジ

バスバーのバリ、鋭い角、未完成の導体端、不適切な形状の電極は、強い電界集中を引き起こす可能性があります。

この影響は、以下の場合に特に顕著です。

1、バスバージョイント

2、ケーブル端子

3、接点の移動

4、ボルト接続

5、シールド部品

6、成形絶縁体内の導電性インサート

平均動作電圧が機器の定格内にある場合でも、鋭いエッジ付近の局所的な電界が放電開始レベルを超える場合があります。

遊離または浮遊する金属粒子

開閉装置の筐体内の金属粒子は帯電したり、電界の影響で移動したりする可能性があります。それらの位置と電位は動作中に変化する可能性があり、フィールドの状態が不安定になります。

このような粒子は次の原因となる可能性があります。

1、地域フィールドの充実

2、沿面放電

3、間欠放電パルス

4、近くの断熱材の追跡

5、不安定なPDパターン

これが、開閉装置の製造およびメンテナンスにおいて、清浄さと厳密な組み立て手順が重要である理由の 1 つです。

汚染されたまたは荒れた断熱材表面

ほこり、湿気、油、その他の汚染により、絶縁表面上の有効沿面距離が短くなる可能性があります。表面が粗かったり損傷したりすると、小さな電界集中が生じ、そこで表面放電が始まる可能性があります。

表面の汚染は、以下にさらされる機器では特に重要です。

1、高湿度

2、導電性粉塵

3、塩水噴霧

4、産業公害

5、結露

6、換気が悪い

断熱材の表面にすでにトラッキング、亀裂、または浸食が発生している場合、洗浄だけでは問題を永久に解決できない可能性があります。

接地された筐体の欠陥

通常、金属製の筐体はシールドと制御された基準電位を提供します。ただし、粗い溶接、細孔、スラグの混入、その他の製造上の欠陥により、接地された筐体の近くに不規則な電界状態が生じる可能性があります。

これらの欠陥は、近くの絶縁部品や導電部品と相互作用し、放電のリスクを高める可能性があります。したがって、製造時および検査時に溶接品質、エンクロージャの形状、接地の連続性、および内部クリアランスをチェックする必要があります。

3. 不均一な誘電体媒体

最新の開閉装置では、複数の材料が連携して機能する複合絶縁システムが使用されることがよくあります。たとえば、エポキシ樹脂をエンジニアリング プラスチック、絶縁ガス、導電性インサート、およびエアギャップと組み合わせることができます。

各材料は異なる電気的および熱的特性を持っています。界面の設計や製造が適切でないと、誘電場が均一に分布しない可能性があります。

潜在的な問題には次のようなものがあります。

1、異種絶縁材間の接着不良

2、不均一な誘電率

3、材料界面の隙間

4、内部剥離

5、層間に水分が閉じ込められる

6、埋め込み導体周囲のボイド

内部の気泡や不純物により、誘電体媒体の不均一性がさらに高まる可能性があります。動作電圧下では、これらの領域は周囲の絶縁体よりも大きな電気的ストレスを受け、部分放電の開始点となる可能性があります。

部分放電に影響を与えるその他の要因

部分放電は製造上の欠陥だけが原因ではありません。いくつかの動作条件および環境条件によっては、放電活動が増加する可能性があります。

動作電圧

印加電圧が増加すると、弱い領域の電界も増加します。通常の電圧では非アクティブなままである欠陥は、過電圧イベント、耐力テスト、またはシステム電圧の一時的な上昇中に測定可能な放電を引き起こす可能性があります。

温度

温度は、絶縁特性、ガス圧力、材料の膨張、界面の状態に影響を与えます。熱膨張により、既存の隙間が拡大したり、接着された絶縁コンポーネントに追加の応力がかかる可能性があります。

湿気と結露

湿気は表面絶縁抵抗を低下させ、表面放電を促進する可能性があります。結露は、暖かく湿った空気が温度の低い開閉装置コンパートメントに入ると特に危険です。

絶縁劣化

長期にわたる電気的、熱的、機械的ストレスは絶縁劣化を引き起こす可能性があります。経年劣化により、亀裂、変色、侵食、層間剥離、吸湿量の増加などが発生し、部分放電が発生しやすくなります。

機械的応力と振動

接続の緩み、振動、繰り返しの熱膨張により、絶縁コンポーネント間に小さな隙間が生じることがあります。これらのギャップは、特にバスバー、ケーブル終端、埋め込まれた導体の近くで放電場所になる可能性があります。

開閉装置の部分放電の検出

PD テストは、深刻な絶縁不良に発展する前に放電活動を特定するために使用されます。機器とテスト目的に応じて、エンジニアは見かけの充電、放電の大きさ、位相分解パターン、パルス繰り返し、および時間の経過に伴う変化を評価できます。

信頼できるテストには次のものが含まれている必要があります。

1、適切な測定器とセンサーの配置

2、測定システムの適切な校正

3、外部干渉の効果的な制御

4、正しい接地とシールド

5、安定した試験電圧と環境条件

6、技術限界と過去の試験記録との比較

Weshine Electric は、高電圧試験測定装置の研究、開発、生産に特化した専門メーカーです。標準化された生産ワークショップと独立した校正ラボを備えたこの工場は、IEC 規格と ISO 品質管理システムに厳密に従っており、すべての機器が世界の電力業界のアプリケーション向けに安定した再現性と耐干渉性のテスト性能を提供していることを保証します。

GDJF-2007 デジタル部分放電テスターは、Weshine Electric によって独自に開発され、工場で校正されています。高電圧機器のデジタル部分放電測定および解析に使用できます。  実際のアプリケーションでは、この機器は PD の大きさ、放電パターン、絶縁状態の評価をサポートできます。正確なテスト構成と合格基準は、開閉装置の設計、適用される規格、および製造元の技術文書に従って選択する必要があります。

よくある質問

開閉装置における部分放電の最も一般的な原因は何ですか?

一般的な原因には、内部空隙、気泡、不純物、鋭い導体のエッジ、表面の汚染、不十分な絶縁界面、不均一な電界分布などが含まれます。

部分放電は直接見ることができますか?

通常、部分放電は通常の動作中には見ら​​れません。これは通常、電気、超音波、またはその他の特殊な測定方法によって検出されます。

部分放電は常に機器の即時故障を意味しますか?

いいえ、部分放電は徐々に進行する可能性があります。ただし、PD 活動が持続または増加している場合は、絶縁劣化を示しているため、専門家の評価が必要です。

鋭利なバスバーのエッジが部分放電を引き起こすのはなぜですか?

鋭いエッジは電界を集中させます。局所的な磁場は平均的な磁場よりもはるかに強くなり、エッジ近くで放電が始まる可能性があります。

開閉装置内の部分放電はどのようにして軽減できるのでしょうか?

効果的な対策には、絶縁製造の改善、バリの除去、清浄度の管理、湿気の防止、電界グレーディングの最適化、エンクロージャの接地の改善、定期的な PD テストの実施などが含まれます。

結論

高電圧開閉装置における部分放電は、通常、絶縁欠陥、電界集中、不均一な誘電体材料、環境条件、および長期経年劣化の組み合わせの結果として発生します。

内部空隙、不純物、バスバーの鋭いエッジ、浮遊金属粒子、表面の汚染、絶縁界面の不良などはすべて、局所的な電気的ストレスを引き起こす可能性があります。放電が始まると、化学的侵食や熱損傷により絶縁が徐々に弱くなる可能性があります。

定期的な部分放電テストにより、絶縁状態に関する貴重な情報が得られ、メンテナンス チームが重大な故障が発生する前に発生している問題を特定するのに役立ちます。正確な診断を行うには、資格のある専門家が、適切に校正された機器と適用される規格に準拠した手順を使用してテストを実行する必要があります。

社内の研究開発、標準化された工場生産、厳格な品質校正に支えられ、Weshine Electric は変電所のメンテナンス、送電網検査、産業用電力システム診断のための信頼できる高電圧試験機器と専門的な技術ソリューションを世界中に提供し続けています。技術データシート、カスタマイズされたテストソリューション、工場卸売サポートについては、お気軽に当社チームにお問い合わせください。