ASTM D1868-20 Standardowa metoda testowa do wykrywania i pomiaru impulsów wyładowań niezupełnych (koronowych) w ocenie układów izolacyjnych

Norma „ASTM D1868-20 Standardowa metoda testowania w celu wykrywania i pomiaru impulsów wyładowań niezupełnych (koronowych) w ocenie układów izolacyjnych” opracowana przez Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów (ASTM) opisuje metodę testowania służącą do wykrywania i pomiaru impulsów wyładowań niezupełnych (koronowych) na zaciskach układu izolacyjnego pod wpływem przyłożonego napięcia testowego oraz do określania napięć początkowych i końcowych wyładowań niezupełnych (koronowych) w miarę zwiększania i zmniejszania napięcia testowego. Ta metoda testowa jest również użyteczna przy określaniu wielkości takich, jak obciążenie pozorne i częstotliwość powtarzania impulsów, a także wielkości zintegrowanych, takich jak średni prąd, stosunek kwadratowy i moc. Ta metoda badania jest użyteczna przy badaniu napięć o częstotliwościach od zera (napięcie stałe) do około 2000 Hz.

Tę metodę badawczą można bezpośrednio stosować w przypadku prostego układu izolacyjnego, który można przedstawić jako kondensator dwuzaciskowy. Tę metodę badawczą można również stosować do układów izolacyjnych (o rozłożonych parametrach), takich jak kable wysokiego napięcia. W tego typu układach należy zwrócić uwagę na zjawiska tłumienia i odbicia.

Dla celów niniejszej normy stosuje się następujące zakresy i definicje:

• Jonizacja to proces, w którym elektrony są oddawane lub przenoszone do neutralnych cząsteczek lub atomów, tworząc cząstki naładowane dodatnio lub ujemnie.
• Wyładowanie niezupełne (koronowe) to wyładowanie elektryczne, które tylko częściowo mostkuje izolację pomiędzy przewodnikami. Wyładowanie elektryczne, wywołane procesem przejściowej jonizacji gazu, może przybrać postać iskry charakteryzującej się wąskim kanałem wyładowania lub postać rozproszonego żarzenia z wydłużonym lub znacznie poszerzonym kanałem wyładowania. Wyładowania niezupełne występują w przestrzeniach wypełnionych gazem, zamkniętych wewnątrz układów izolacyjnych. Ich inicjacją jest zmiana napięcia w tych przestrzeniach o wartość równą ich napięciu przebicia.
• Korony to wyładowania niezupełne, które występują w gazach znajdujących się w pobliżu przewodnika. Termin ten stosowano również w odniesieniu do wyładowań niezupełnych w ogólności.
• Ciągłe wyładowania niezupełne (ciągła korona) to wyładowania, które powtarzają się w dość regularnych odstępach czasu. Na przykład, w przybliżeniu każdy cykl napięcia przemiennego lub co najmniej raz na minutę w przypadku przyłożonego napięcia stałego.
• Napięcie początkowe wyładowania niezupełnego (koronowego) to najniższe napięcie, przy którym występują długotrwałe wyładowania niezupełne o określonej wartości (która może określać dopuszczalną granicę szumu tła) w miarę stopniowego zwiększania przyłożonego napięcia. Na tę wartość może mieć wpływ wiele parametrów testów i próbek, a w niektórych przypadkach osiągnięcie powtarzalności może być trudne.
• Napięcie wygaszenia wyładowań niezupełnych (koronowych) to najwyższe napięcie, przy którym nie występują już wyładowania niezupełne o określonej wartości, gdy przyłożone napięcie jest stopniowo zmniejszane powyżej napięcia początkowego. Na tę wartość może mieć wpływ wiele parametrów testów i próbek, a w niektórych przypadkach osiągnięcie powtarzalności może być trudne.
• Impulsowe napięcie wyładowania niezupełnego to napięcie impulsowe na zaciskach, będące wynikiem wyładowania niezupełnego, występującego jako źródło napięcia nagle przyłożone szeregowo do pojemności badanego układu izolacyjnego i wykryte na zaciskach układu w warunkach obwodu otwartego. Kształt, czas narastania i wielkość napięcia impulsu wyładowania niezupełnego zależą od geometrii wnęki, jej rozmiaru, charakteru jej granic, rodzaju gazu i panującego w nim ciśnienia oraz parametrów ośrodka transmisyjnego między polem wyładowania i detektorem impulsu wyładowania niezupełnego. Impulsy wyładowań niezupełnych w wyładowaniu iskrowym mają znacznie krótszy czas narastania w porównaniu do impulsów wyładowania jarzeniowego.
• Wielkość wyładowania niezupełnego (ładunek koronowy na zaciskach) to wielkość pojedynczego wyładowania w układzie izolacyjnym, wyrażana za pomocą transferu ładunku mierzonego na zaciskach układu. Zmierzony ładunek na ogół nie jest równy ładunkowi przenoszonemu w miejscu rozładowania i jest powiązany z energią rozładowania. W przypadku małej próbki, którą można traktować jako prosty kondensator grupowy, jest ona równa iloczynowi pojemności układu izolacyjnego i napięcia impulsu wyładowań niezupełnych.
• Poziom wyładowania niezupełnego (koronowego) to wielkość największego wyładowania prądu, które występuje podczas obserwacji ciągłych wyładowań.
• Średni prąd rozładowania (koronowy) to wartość uzyskiwana przez podzielenie sumy bezwzględnych wartości poszczególnych wyładowań w danym przedziale czasu przez ten przedział czasu.
• Stosunek kwadratowy to suma kwadratów poszczególnych wielkości wyładowań w danym przedziale czasu, podzielona przez ten przedział czasu.
• Energia wyładowania niezupełnego (koronowa) to energia pobierana ze źródła napięcia probierczego w wyniku pojedynczego wyładowania.
• Stratę mocy na skutek wyładowań niezupełnych (koronowych) oblicza się, dzieląc sumę energii pobranej ze źródła napięcia testowego przez liczbę poszczególnych wyładowań występujących w danym okresie czasu.
• Strata mocy pozornej wyładowań niezupełnych to suma okresów amplitud wszystkich impulsów koronowych pomnożona przez napięcie testowe termistora.
• Częstotliwość impulsów wyładowań niezupełnych (koronowych) to średnia liczba impulsów wyładowań występujących na sekundę lub w innym określonym przedziale czasu. Liczbę impulsów można ograniczyć do impulsów powyżej ustalonej wielkości progowej lub do impulsów mieszczących się w określonych dolnych i górnych granicach wielkości.
• Impuls wyładowania niezupełnego to impuls napięcia lub prądu, który pojawia się w określonym miejscu obwodu w wyniku wyładowania niezupełnego.

Podczas badania układ izolacyjny próbki jest zasilany w obwodzie testowym ze źródła wysokiego napięcia. Częściowe wyładowanie (koronowe) w próbce powoduje nagły transfer ładunku i impuls napięcia na zaciskach próbki. Podłączone do zacisków urządzenie pomiarowe jest skalibrowane i reaguje na impuls napięcia, wyrażając ładunek przeniesiony na zaciski.

Obecność wyładowań niezupełnych (koron) przy napięciu roboczym w układzie izolacyjnym może spowodować znaczne skrócenie żywotności materiału izolacyjnego. Niektóre materiały są bardziej podatne na uszkodzenia spowodowane tego typu wyładowaniami niż inne.

Obecność wyładowań niezupełnych (koron) w izolacji, która wydaje się być stała, może być oznaką obecności wewnętrznych pustych przestrzeni. Badania wyładowań niezupełnych są przydatne przy projektowaniu i kontroli izolacji formowanych, laminowanych i kompozytowych, a także próbek w postaci kabli, kondensatorów, transformatorów, przepustów, prętów stojana i maszyn wirujących.

Nasza organizacja, która od lat stara się wspierać przedsiębiorstwa z każdej branży, realizując szeroką gamę badań testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silną kadrą, która uważnie śledzi rozwój nauki i techniki na świecie oraz nieustannie się doskonali. W tym kontekście usługi testowe są również świadczone przedsiębiorstwom zgodnie z normą „ASTM D1868-20 Standardowa metoda testowa do wykrywania i pomiaru wyładowań niezupełnych (koron) w ocenie systemów izolacyjnych”.