Qual è il principio di un rilevatore di scariche parziali?

La scarica parziale (PD) è una scarica elettrica localizzata che si verifica all'interno di un materiale isolante o all'interfaccia tra diversi materiali isolanti quando l'intensità del campo elettrico supera una determinata soglia. Si tratta di un fenomeno comune nelle apparecchiature elettriche ad alta tensione e può danneggiare gradualmente l'isolamento, causando guasti alle apparecchiature e persino rischi per la sicurezza. Un rilevatore di scariche parziali è un dispositivo fondamentale utilizzato per rilevare e analizzare i segnali di scariche parziali, aiutando a valutare le condizioni di isolamento delle apparecchiature elettriche. In qualità di fornitore di rilevatori a scarica parziale, approfondirò il principio di questi rilevatori in questo blog.

Concetto base di scarica parziale

Prima di comprendere il principio di un rilevatore di scariche parziali, è essenziale sapere cos'è una scarica parziale. In un sistema di isolamento ideale, la distribuzione del campo elettrico è uniforme e l'isolamento può sopportare la tensione applicata senza alcuna scarica. Tuttavia, negli scenari del mondo reale, a causa di fattori quali difetti di fabbricazione, invecchiamento e stress ambientale, potrebbero essere presenti vuoti, impurità o distribuzioni irregolari del campo elettrico nell'isolamento. Quando l'intensità del campo elettrico in queste aree raggiunge un valore critico, il gas o il liquido nei vuoti si ionizzeranno, provocando una scarica parziale.

Le scariche parziali sono impulsi elettrici di breve durata che generano vari effetti fisici, inclusi segnali elettrici, acustici, elettromagnetici e ottici. Questi segnali possono essere rilevati e analizzati per determinare la presenza, la posizione e la gravità delle scariche parziali.

Principi di rilevamento dei rilevatori di scariche parziali

Principio di rilevamento elettrico

Il metodo di rilevamento elettrico è una delle tecniche più comunemente utilizzate per il rilevamento delle scariche parziali. Si basa sul fatto che le scariche parziali generano impulsi elettrici che possono essere misurati come segnali di corrente o tensione.

• Metodo del condensatore di accoppiamento: In questo metodo un condensatore di accoppiamento è collegato in parallelo all'oggetto in prova. Quando si verifica una scarica parziale nell'oggetto in prova, il trasferimento di carica provoca una variazione della tensione ai capi del condensatore di accoppiamento. Questa variazione di tensione viene quindi rilevata da un'impedenza di misurazione collegata al condensatore di accoppiamento. L'impedenza di misura converte la variazione di tensione in un segnale di corrente, che viene ulteriormente amplificato ed elaborato dal rilevatore. Il segnale rilevato può essere utilizzato per determinare l'entità e la frequenza della scarica parziale. Ad esempio, il nostroHZJF - 9102 Attrezzatura per test di scarica parziale a doppio canaleutilizza una tecnologia avanzata di rilevamento elettrico con condensatori di accoppiamento ad alta precisione e impedenze di misurazione per rilevare con precisione i segnali di scarica parziale.

• Metodo di connessione diretta: In alcuni casi, la corrente di scarica parziale può essere misurata direttamente collegando l'oggetto in prova al rilevatore attraverso un percorso a bassa impedenza. Questo metodo è adatto per oggetti di prova con una capacità relativamente bassa. Il metodo di connessione diretta può fornire una misurazione più accurata della corrente di scarica parziale, ma richiede un'attenta considerazione dei problemi di messa a terra e di interferenza.

Principio di rilevamento acustico

Il rilevamento acustico è un altro metodo importante per il rilevamento delle scariche parziali. Quando si verifica una scarica parziale, si generano onde ultrasoniche dovute alla rapida espansione e contrazione del gas o del liquido nei vuoti. Queste onde ultrasoniche possono essere rilevate da sensori acustici posizionati sulla superficie dell'oggetto da testare.

• Sensore ad ultrasuoni: I sensori a ultrasuoni utilizzati nei rilevatori di scariche parziali sono solitamente sensori piezoelettrici. Quando un'onda ultrasonica colpisce l'elemento piezoelettrico, provoca una deformazione meccanica, che genera un segnale elettrico proporzionale all'ampiezza dell'onda ultrasonica. I segnali acustici rilevati vengono poi amplificati ed analizzati per determinare la presenza e la localizzazione delle scariche parziali. La rilevazione acustica ha il vantaggio di non essere invasiva e può essere utilizzata per localizzare scariche parziali in strutture complesse. NostroHZ - 9003C Tester portatile multifunzionale per scariche parzialiè dotato di sensori acustici ad alta sensibilità, che consentono il rilevamento in loco ed in tempo reale delle scariche parziali.

• Posizione delle emissioni acustiche: Utilizzando più sensori acustici è possibile determinare la posizione delle scariche parziali in base alla differenza temporale di arrivo (TDOA) dei segnali acustici sui diversi sensori. Il metodo TDOA calcola la distanza tra la sorgente di scarica parziale e ciascun sensore, quindi utilizza la triangolazione per stimare la posizione della sorgente.

Principio di rilevamento elettromagnetico

Le scariche parziali generano anche onde elettromagnetiche nella gamma delle radiofrequenze (RF). Queste onde elettromagnetiche possono essere rilevate da sensori elettromagnetici, come le antenne.

• Rilevamento dell'antenna: Le antenne vengono utilizzate per ricevere i segnali elettromagnetici generati dalle scariche parziali. I segnali ricevuti vengono poi amplificati ed analizzati per determinare le caratteristiche delle scariche parziali. Il rilevamento elettromagnetico ha il vantaggio di poter rilevare le scariche parziali a distanza senza contatto diretto con l'oggetto in prova. È particolarmente utile per rilevare le scariche parziali nei quadri di alta tensione e nei trasformatori di potenza. NostroHZJF - 9104 Tester di scarica parziale a quattro canalipuò essere dotato di sensori elettromagnetici per fornire funzionalità complete di rilevamento delle scariche parziali.

• Analisi dello spettro di frequenza: Lo spettro di frequenza dei segnali elettromagnetici può fornire preziose informazioni sulla natura delle scariche parziali. Diversi tipi di scariche parziali possono avere spettri di frequenza diversi, che possono essere utilizzati per distinguere tra diverse fonti di scariche parziali e valutarne la gravità.

Elaborazione e analisi del segnale

Una volta rilevati i segnali di scarica parziale, è necessario elaborarli e analizzarli per estrarre informazioni utili.

• Amplificazione e filtraggio: I segnali rilevati sono generalmente molto deboli e devono essere amplificati a un livello rilevabile. Allo stesso tempo, il filtraggio viene utilizzato per rimuovere rumore e interferenze dai segnali. I filtri passa basso, passa alto e passa banda vengono comunemente utilizzati per selezionare la gamma di frequenza di interesse.

• Conteggio degli impulsi e misurazione della grandezza: Il numero di impulsi di scariche parziali e la loro grandezza sono parametri importanti per valutare la gravità delle scariche parziali. Il conteggio degli impulsi può essere utilizzato per monitorare l'attività delle scariche parziali nel tempo, mentre la misurazione della magnitudo può fornire informazioni sull'energia di ciascun evento di scarica parziale.

• Fase - Analisi delle scariche parziali risolte (PRPD).: L'analisi PRPD è un potente strumento per l'analisi delle scariche parziali. Traccia l'entità degli impulsi di scarica parziale rispetto all'angolo di fase della tensione applicata. Diversi tipi di scariche parziali hanno modelli PRPD caratteristici, che possono essere utilizzati per identificare la fonte e il tipo di scariche parziali.

Applicazioni dei rilevatori di scariche parziali

I rilevatori di scariche parziali sono ampiamente utilizzati in varie apparecchiature elettriche ad alta tensione, inclusi trasformatori di potenza, quadri, cavi e generatori. Rilevando e monitorando le scariche parziali, questi rilevatori possono aiutare a prevenire guasti alle apparecchiature, ridurre i costi di manutenzione e migliorare l'affidabilità della rete elettrica.

• Trasformatori di potenza: Il rilevamento delle scariche parziali è fondamentale per i trasformatori di potenza, poiché le scariche parziali possono causare la rottura dell'isolamento e portare al guasto del trasformatore. Test regolari delle scariche parziali possono rilevare i primi segni di problemi di isolamento, consentendo una manutenzione e una sostituzione tempestive.

• Quadro elettrico: Nei quadri ad alta tensione, le scariche parziali possono indicare collegamenti allentati, degrado dell'isolamento o altri difetti. Il rilevamento delle scariche parziali nei quadri può contribuire a garantire il funzionamento sicuro e affidabile del sistema di alimentazione.

Contatto per acquisto e consulenza

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Riferimenti

• IEEE Std C57.127 - 2016, Guida IEEE per la misurazione delle scariche parziali nei trasformatori di potenza riempiti di liquido.
• IEC 60270:2000, Tecniche di prova ad alta tensione - Misurazioni delle scariche parziali.
• Tanaka, T. e Nakamura, Y. (2002). Misura delle scariche parziali e diagnosi dell'isolamento elettrico. Transazioni IEEE su dielettrici e isolamento elettrico, 9(6), 829 - 836.