สาเหตุของการเกิดการคายประจุบางส่วนในอุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงสูง

ในการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลัง เมื่อเกิดการคายประจุบางส่วนขึ้น อนุภาคที่มีประจุต่างๆ เช่น อิเล็กตรอน ไอออนบวกและลบ โดยทั่วไปจะมีพลังงานมากกว่าพลังงานพันธะของพอลิเมอร์ภายใต้การกระตุ้นของสนามไฟฟ้า อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้ชนกับผนังช่องว่างอากาศของไดอิเล็กตริก ทำลายพันธะเคมีที่เสถียรของฉนวน ในขณะเดียวกัน การร้อนขึ้นของตัวกลางที่จุดคายประจุบางส่วนจะก่อให้เกิดอุณหภูมิสูงมาก ซึ่งจะทำให้ฉนวนเกิดการแตกตัวเนื่องจากความร้อน หรือส่งเสริมการแตกตัวเนื่องจากออกซิเดชัน ซึ่งจะทำลายโครงสร้างโมเลกุลของฉนวน

ตู้สวิตช์เกียร์แรงสูง เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้ารวมที่ประกอบด้วยวัสดุหลายชนิด เช่น อีพอกซีเรซิน เฮกซะฟลูออไรด์ของกำมะถัน พลาสติกวิศวกรรม เป็นต้น มีหลายสาเหตุที่ทำให้เกิดการคายประจุบางส่วน และสาเหตุทั่วไปมีดังนี้:

(1) ข้อบกพร่องในกระบวนการผลิตวัสดุฉนวน

เนื่องจากอิทธิพลของปัจจัยต่างๆ เช่น โครงสร้างฉนวนและกระบวนการผลิต อาจมีฟองอากาศหรือสิ่งเจือปนหลงเหลืออยู่ในฉนวน และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของก๊าซมักจะน้อยกว่าค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุเหลวหรือของแข็ง ภายใต้สนามไฟฟ้ากระแสสลับ การกระจายของความเข้มสนามไฟฟ้าจะแปรผกผันกับค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ดังนั้น หากมีฟองอากาศอยู่ในตัวกลางเหลวหรือของแข็ง ความเข้มสนามไฟฟ้าภายในฟองอากาศจะสูงกว่าความเข้มสนามไฟฟ้าของตัวกลางโดยรอบ แต่ความเข้มสนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการเบรกดาวน์นั้นต่ำกว่าความเข้มสนามไฟฟ้าของตัวกลางเหลวหรือของแข็งมาก ด้วยเหตุนี้ ฟองอากาศจึงเกิดการเบรกดาวน์และคายประจุก่อน ในขณะที่ไดอิเล็กตริกอื่นๆ ยังคงทำหน้าที่เป็นฉนวนอยู่ สร้างการคายประจุบางส่วนแบบทั่วไปขึ้น

(2) การกระจายสนามไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอ

ขี้เถ้าหรือมุมแหลมบนพื้นผิวของตัวนำสามารถทำให้สนามไฟฟ้าเข้มข้นขึ้น ส่งผลให้เกิดการคายประจุบางส่วน อย่างไรก็ตาม อนุภาคโลหะอาจถูกพาเข้าไปในกระบวนการผลิตและการประกอบตู้สวิตช์เกียร์ อนุภาคเหล่านี้ภายในตู้มีความสามารถในการสะสมประจุได้สูง ส่งผลให้สนามไฟฟ้าในบริเวณนั้นบิดเบือนและเกิดการคายประจุ หากพื้นผิวของฉนวนตู้สวิตช์เกียร์มีฝุ่นสะสมมากเกินไปหรือไม่เรียบเพียงพอ จะทำให้ระยะครีปไม่เพียงพอ ส่งผลให้เกิดการคายประจุบางส่วน แม้แต่บนเปลือกที่ต่อลงดิน หากรอยเชื่อมหยาบ พื้นผิวมีรูพรุนหรือมีตะกรัน และการกระจายสนามไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอ ก็จะเกิดการคายประจุบางส่วนขึ้น

(3) ฉนวนไม่สม่ำเสมอ

ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีฉนวน อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันสูงแบบปิดโลหะที่ใช้ฉนวนบรรยากาศและฉนวนผสมเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับความนิยมใช้อย่างแพร่หลายมากที่สุด อย่างไรก็ตาม การใช้เทคโนโลยีฉนวนผสมนี้เองที่นำไปสู่ความแตกต่างของคุณสมบัติทางไดอิเล็กตริกในส่วนต่างๆ ของวัสดุฉนวน ฟองอากาศและสิ่งเจือปนที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตวัสดุฉนวนยังทำให้การกระจายตัวของตัวกลางไม่สม่ำเสมอยิ่งขึ้น ก่อให้เกิดการคายประจุในสภาพแวดล้อมแรงดันสูง

นอกจากนี้ ขอบคมของบัสบาร์ แรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิ ความชื้น สภาวะฉนวน และสภาพแวดล้อมภายนอก ล้วนส่งผลต่อการคายประจุบางส่วนได้

เครื่องตรวจวัดการคายประจุบางส่วนแบบพกพาหลายฟังก์ชัน GTPD 92 (partial discharge tester) ใช้วิธีการตรวจวัดแบบ TEV, อัลตราโซนิก, UHF และ HFCT เพื่อทดสอบการคายประจุบางส่วนของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง

บริษัท คิงรัน ทรานสฟอร์เมอร์ อินสตรูเมนท์ จำกัด

เครื่องทดสอบหม้อแปลงเพิ่มเติมจากคิงรัน