Cauzele comune ale descărcării parțiale în sistemele cu canal cald includ: prezența golurilor sau golurilor de aer în materialul izolator sau la interfețe; distribuție ne-uniformă a câmpului electric (cum ar fi „efectul de vârf”); pătrunderea umidității sau îmbătrânirea izolației; contact slab la interfețele dintre diferite medii dielectrice; și impurități reziduale rezultate din procesele de fabricație sau de asamblare. Printre acești factori, golurile de aer și concentrația câmpului electric sunt cei doi declanșatori primari.
1. Goluri de aer sau defecte goale (cea mai frecventă cauză)
Dacă există bule minuscule sau goluri în straturile izolatoare ale tijelor de încălzire, cablurilor sau conectorilor-având în vedere că constanta dielectrică a aerului este semnificativ mai mică decât cea a materialelor izolatoare solide-intensitatea câmpului electric din aceste goluri de aer va crește brusc sub influența unui câmp electric aplicat. Acest lucru face ca decalajul să atingă mai întâi rezistența la rupere dielectrică, declanșând astfel descărcarea parțială.
Scenarii tipice: ghiveci insuficient de silicon; captarea aerului în timpul turnării prin injecție a barelor de încălzire.
Manifestări: Descărcarea parțială este detectată imediat după instalarea unui nou sistem, sau nivelurile de descărcare sunt anormal de ridicate în fazele inițiale de funcționare.
Mecanism cheie: Odată ce gazul din spațiul de aer devine ionizat, formează arcuri electrice minuscule care erodează continuu materialul izolator din jur, extinzând treptat sfera defectului.
2. Câmpuri electrice ne-uniforme („Efectul de vârf”)
La marginile conductorilor, la bavurile de pe bornele cablurilor sau la colțurile ascuțite ale obiectelor străine metalice, câmpul electric devine foarte concentrat, ducând la descărcarea „corona”.
Locații tipice: Miezurile electrozilor tijei de încălzire lipsite de teșire; resturi metalice depuse în interiorul conectorilor; tăieturi neuniforme sau zimțate în straturile de ecranare a cablurilor.
Manifestări: evenimentele de descărcare au loc în mod obișnuit în apropierea vârfurilor de tensiune, iar modelul de fază-Descărcare parțială rezolvată (PRPD) prezintă o distribuție caracteristică „ureche-de iepure”.
Principiul fizic: Conform formulei pentru intensitatea câmpului electric, cu cât raza de curbură este mai mică, cu atât intensitatea câmpului este mai mare; acest lucru îl face foarte susceptibil la depășirea pragului local de defalcare dielectrică.
3. Izolație Umiditate Intrarea sau îmbătrânirea
Intrarea de umiditate sau îmbătrânirea termică pe termen lung a materialelor duce la o degradare a performanței izolației. Acest lucru are ca rezultat o reducere a rigidității dielectrice în zonele localizate, făcându-le predispuse la descărcare parțială chiar și la tensiuni normale de funcționare.
Mecanism de intrare a umidității: Sub influența unui câmp electric, moleculele de apă se descompun pentru a genera gaz, creând astfel noi canale pentru bulele de gaz.
Mecanism de îmbătrânire: Straturile de mica se delaminează și se sparge gelul de silicon, formând goluri mici unde poate apărea descărcarea parțială.
Manifestări tipice: o scădere simultană a valorilor rezistenței de izolație și prezența descărcării parțiale; acest lucru se observă frecvent în medii cu-umiditate ridicată sau în echipamente care și-au depășit durata de viață.
4. Contact interfacial slab
La interfața dintre materiale diferite (de exemplu, între un substrat ceramic și un electrod de cupru, sau între gel de silicon și o carcasă metalică), dacă legătura este slabă sau există goluri minuscule, se poate forma o zonă de „potențial plutitor”, declanșând descărcarea de suprafață.
Se găsesc frecvent la: Marginile substraturilor DCB (Cupru lipit direct) și suprafețele de îmbinare dintre tijele de încălzire și găurile de montare ale acestora în matrițe.
Factori de risc: Ciclurile de dilatare și contracție termică pot exacerba separarea interfacială, determinând agravarea progresivă a fenomenului de descărcare.
5. Contaminarea cu impurități sau obiecte străine
Așchiile metalice, fibrele sau praful introduse în timpul proceselor de fabricație, asamblare sau întreținere pot acționa ca „semințe” pentru descărcare atunci când sunt supuse unui câmp electric de-înaltă tensiune.
Practici cu-risc ridicat: necurățarea adecvată a mediului înconjurător la înlocuirea tijelor de încălzire pe-santier sau utilizarea compușilor de ghiveci substandard care conțin bule de aer prinse.
Manifestări: Descărcarea este de natură stocastică și poate fluctua în intensitate ca răspuns la vibrații sau variații de temperatură.
Studiu de caz în industrie: o instalație de turnare prin injecție a plasticului a suferit o descărcare parțială persistentă-care a dus la arderea a trei bare de încălzire într-o perioadă de trei-luni-din cauza așchiilor reziduali de cupru blocați în conectorii electrici.
