Định nghĩa về phóng điện cục bộ theo IEC 60034-18-41: Phóng điện chỉ bắc cầu một phần lớp cách điện giữa các dây dẫn điện. Những phóng điện cục bộ nhỏ này dễ xảy ra hơn khi lớp cách điện bên trong bị hư hỏng và có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy của thiết bị. Ví dụ, trong động cơ và máy phát điện hoạt động dưới điện áp cao, phóng điện cục bộ có thể xảy ra trong lớp cách điện. Theo thời gian, các hiện tượng phóng điện cục bộ lặp đi lặp lại có thể làm giảm lớp cách điện này, cuối cùng dẫn đến hỏng hóc thiết bị. Do đó, việc phát hiện phóng điện cục bộ trong quá trình sản xuất là rất quan trọng để đảm bảo chỉ cung cấp các sản phẩm chất lượng cao, cách điện tốt, và việc kiểm tra định kỳ các điểm yếu về cách điện cũng quan trọng không kém. Bài viết này sẽ đi sâu vào thế giới phóng điện, đặc biệt chú trọng đến việc hiểu và phát hiện phóng điện cục bộ.
Hình 1 cho thấy một điện áp được đặt vào hai đầu một điện cực cách điện bằng không khí. Tùy thuộc vào điện áp được đặt vào, điều này dẫn đến một loạt các hiện tượng điện như thể hiện trong hình 2. Ban đầu (từ 0 đến điểm A), khi điện áp tăng dần, dòng điện tăng dần đều. Tuy nhiên, trong pha tiếp theo (từ A đến B), dòng điện ổn định do số lượng hạt mang điện (electron và ion) không thay đổi. Nếu chúng ta đẩy điện áp lên cao hơn nữa, vượt quá điểm B, một quá trình gọi là "ion hóa va chạm" sẽ diễn ra. Đây là lúc các electron thu được đủ năng lượng để va chạm với các phân tử không khí, làm bật ra thêm nhiều electron. Vùng giữa B và C được đặc trưng bởi các hiện tượng phóng điện gián đoạn như phóng điện cục bộ và phóng điện corona, nhưng lớp cách điện vẫn chưa bị phá hủy hoàn toàn. Phóng điện corona là một hiện tượng cục bộ xảy ra gần các điện cực, nơi điện trường rất mạnh; nó thường tạo ra âm thanh và ánh sáng yếu. Khi điện áp được đặt vào vượt quá điểm C, chúng ta sẽ thấy tia lửa điện phóng điện, cho thấy lớp cách điện đã bị phá vỡ, cho phép dòng điện chạy qua liên tục.
Hình 1 Phóng điện giữa điện cực cách điện bằng không khí
Hình 2 Đặc tính điện áp-dòng điện của phóng điện cục bộ và các loại phóng điện khác
Phóng điện cục bộ: Phóng điện cục bộ xảy ra trong khoảng không giống như miệng hố (chứa đầy khí)
Phóng điện corona: Phóng điện một phần tập trung xung quanh các điện cực có điện trường cục bộ mạnh được gọi là phóng điện corona và kèm theo âm thanh và ánh sáng yếu.
Phóng tia lửa điện: Việc tăng điện áp hơn nữa có thể gây ra hiện tượng phóng điện ngắn hạn, lấp đầy khoảng trống giữa các điện cực. Nếu không đáp ứng được các điều kiện phóng điện corona, hiện tượng phóng tia lửa điện có thể xảy ra đột ngột.
Phóng điện phát sáng, Phóng điện hồ quang: Hiện tượng phóng điện trong đó điện áp quá cao phá vỡ lớp cách điện và tạo thành đường dẫn điện liên tục giữa các điện cực
Stato của động cơ điện bao gồm lõi và cuộn dây. Lõi được cách điện với cuộn dây bằng giấy cách điện. Lớp cách điện cần chịu được điện áp quy định mà không bị phóng điện cục bộ.
Trên điện áp này, stato có thể xuất hiện hiện tượng phóng điện một phần như minh họa trong hình 3.
Hình 3 Mẫu tốt - Điện áp xả 1,8 kVrms
Mặt khác, phóng điện cục bộ xảy ra dưới điện áp quy định nếu stato bị lỗi. Ví dụ, hình 4 cho thấy trường hợp giấy cách điện bị lệch, ở điện áp 1,3 kVrms, đã quan sát thấy phóng điện corona.
Hình 4. Tình trạng giấy cách điện không thẳng hàng – Điện áp phóng điện 1,3 kVrms
Chúng ta hãy xem xét các vấn đề do phóng điện cục bộ gây ra khi sử dụng dây tráng men (dây nam châm). dây tráng men được sử dụng rộng rãi trong động cơ, máy biến áp, cuộn cảm, loa, v.v. dây tráng men là dây đồng được phủ một lớp men làm chất cách điện như thể hiện trong hình 5. Bên trong lớp men, có thể hình thành các lỗ rỗng hoặc túi khí.
Hình 5 dây men có lỗ rỗng
Khi đặt điện áp cao vào dây đồng, điện trường sẽ tập trung vào các vùng rỗng này vì chúng có hằng số điện môi thấp hơn. Điều này gây ra hiện tượng phóng điện cục bộ bên trong các vùng rỗng, dẫn đến sự hòa tan lớp cách điện và các phản ứng hóa học, làm suy giảm lớp cách điện như thể hiện trong Hình 6. Nếu quá trình suy giảm này tiếp diễn, cuối cùng sẽ dẫn đến sự cố đánh thủng lớp cách điện như thể hiện trong Hình 7. Mục đích của thử nghiệm phóng điện cục bộ là phát hiện sớm tình trạng phóng điện cục bộ, trước khi lớp cách điện bị đánh thủng.
Hình 6 Phóng điện cục bộ bên trong khoảng trống
Hình 7 Sự cố cách điện
Mặc dù hệ thống động cơ biến tần mang lại hiệu suất cải thiện, điện áp chuyển mạch cao hơn của chúng có thể dẫn đến điện áp đột biến cao gấp đôi điện áp chuyển mạch của động cơ truyền động thông thường. Điện áp cao này làm tăng khả năng phóng điện cục bộ, và do đó, lớp cách điện nhanh chóng bị hư hỏng. Do đó, việc kiểm tra phóng điện cục bộ là cần thiết để đảm bảo độ tin cậy lâu dài của các động cơ này.
Đối với các thử nghiệm toàn diện về động cơ hiệu suất cao hiện đại, các kỹ sư thử nghiệm cần thực hiện hai loại thử nghiệm phóng điện cục bộ: 1) Thử nghiệm AC PD và 2) Thử nghiệm Surge PD.
Kiểm tra PD AC phát hiện PD pha-pha và PD pha-lõi. Trong kiểm tra PD AD, máy kiểm tra áp dụng điện áp 50 hoặc 60 Hz và đo dòng điện thu được. Hình 8 cho thấy phép đo PD AC điển hình.
Kiểm tra Surge PD phát hiện phóng điện cục bộ giữa các vòng bằng cách mô phỏng các xung điện áp của biến tần. Đánh giá này đánh giá khả năng chịu đựng xung điện áp giữa các vòng trong cùng một pha. Máy kiểm tra đặt một xung điện áp vào động cơ và phát hiện dòng điện xung như minh họa trong hình 9.
Khi sử dụng Máy dò phóng điện cục bộ ST4200 của HIOKI, các kỹ sư thử nghiệm có thể thực hiện cả thử nghiệm AC PD và thử nghiệm Surge PD bằng một thiết bị duy nhất.
Để biết thông tin chi tiết về thử nghiệm phóng điện một phần, vui lòng tham khảo các liên kết bên dưới.
