Badania wyładowań niezupełnych w układach izolacyjnych

Charakterystyka problemu:

Wyładowania niezupełne (WNZ) stanowią istotny problem podczas eksploatacji wysokonapięciowych układów izolacyjnych. Są to lokalne wyładowania występujące w inkluzjach gazowych w dielektrykach, na powierzchni dielektryka lub w obrębie defektów w izolacji, które nie doprowadzają do całkowitego przebicia układu izolacyjnego. Ich długotrwałe oddziaływanie prowadzi do degradacji układów izolacyjnych, a w konsekwencji do ich uszkodzenia. Badania WNZ pozwalają na wczesne wykrycie defektów w strukturze izolacji oraz oszacowanie intensywności zjawiska. Zastosowanie zaawansowanych metod pomiarowych oraz akwizycja obrazów fazowo-rozdzielczych umożliwia identyfikację przyczyny występowania wyładowań. Prowadzenie badań nad mechanizmami WNZ ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia niezawodności pracy urządzeń wysokiego napięcia oraz doskonalenia technik diagnostycznych wysokonapięciowych urządzeń elektroenergetycznych.

Literatura:

M. Florkowski, “Effects of partial discharge echo in motor-insulation systems of transportation power devices”, IEEE Transactions on Transportation Electrification ; ISSN 2577-4212. — 2025 — vol. 11 iss. 2, s. 5387–5395, doi: 10.1109/TTE.2024.3480810 szczegóły publikacji

P. Mikrut, P. Zydroń, “Numerical analysis of conditions for partial discharge inception in spherical gaseous voids in XLPE insulation of AC cables at rated voltage and during AC, VLF and DAC tests”, Energies ; ISSN 1996-1073. — 2025 — vol. 18 iss. 11 art. no. 2949, s. 1–18 , doi: 10.3390/en18112949 szczegóły publikacji

M. Florkowski, “Comparison of effects of partial discharge echo in various high-voltage insulation systems”, Energies ; ISSN 1996-1073. — 2024 — vol. 17 iss. 20 art. no. 5114, s. 1-17 , doi: 10.3390/en17205114 szczegóły publikacji

M. Florkowski, M. Kuniewski, P. Mikrut, “Effects of mechanical transversal bending of power cable on partial discharges and dielectric-loss evolution”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation ; ISSN 1070-9878. — 2024 — vol. 31 iss. 6, s. 3277–3284 , doi: 10.1109/TDEI.2024.3382642 szczegóły publikacji

Badania ładunku przestrzennego metodą PEA

Charakterystyka problemu:

Formowanie się ładunku przestrzennego w materiałach dielektrycznych dotyczy zagadnień układów izolacyjncyh urządzeń wysokonapięciowych. Ładunek przestrzenny modyfikuje rozkład pola elektrycznego wewnątrz materiału, takie pole może przekraczać lokalnie wartość roboczą oraz przyspieszać efekty starzeniowe doprowadzając w najgorszym wypadku do uszkodzenia układu izolacyjnego. Problematyka ta jest szeroko badana w układach izolacyjnych urządzeń projektowanych do pracy w sieciach HVDC. Badania polegają na ocenie dynamiki budowania się profilu ładunku wewnątrz dielektryka pod wpływem oddziaływania silnego pola elektrycznego DC na próbkę. Pomiary profili ładunku wykonuje się między innymi z wykorzystaniem metody impulsu elektroakustycznego (Pulse Electro Acoustic PEA method) propagujacego w dielektryku.

Przykładowe wyniki rozkładu ładunku wewnątrz próbki materiału dielektrycznego.

dielektryk bez ładunku w środku próbki

dielektryk warstwowy z ładunkiem w środku próbki

Literatura:

M. Florkowski, M. Kuniewski, “Measurement of sprinkled and encapsulated space charge in homo-multilayer dielectric samples using PEA method”, Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences ; ISSN 0239-7528. — 2022 — vol. 70 iss. 2 art. no. e140686, s. 1–7, doi:10.24425/bpasts.2022.140686. szczegóły publikacji

M. Florkowski, M. Kuniewski, “Correspondence between charge accumulated in voids by partial discharges and mapping of surface charge with PEA detection”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation ; ISSN 1070-9878. — 2022 — vol. 29 iss. 6, s. 2199–2208, doi: 10.1109/TDEI.2022.3203370 szczegóły publikacji

M. Florkowski, M. Kuniewski, “Concept of pulsed electroacoustic imaging for space charge detection in dielectric materials ”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation ; ISSN 1070-9878. — 2023 — vol. 30 iss. 6, s. 2679–2687, doi: 10.1109/TDEI.2023.3305970 szczegóły publikacji

M. Florkowski, M. Kuniewski, “Effects of nanosecond impulse and step excitation in pulsed electro acoustic measurements on signals for space charge determination in high-voltage electrical insulation”, Measurement ; ISSN 0263-2241. — 2023 — vol. 211 art. no. 112677, s. 1-12, doi: 10.1016/j.measurement.2023.112677 szczegóły publikacji

Badania ładunku powierzchniowego

Charakterystyka problemu:

W trakcie pracy układy izolacyjne narażone są na oddziaływanie pola elektrycznego oraz wystawione na działanie wyładowań niezupełnych. Silne pole elektryczne oraz wyładowania niezupełne powodują indukowanie się ładunku na powierzchni dielektryka. Ładunek taki powoduje przyciąganie cząstek stałych, degradacje powierzchni, wyładowania powierzchniowe oraz inne niekorzystne zjawiska. Monitoring map ładunku pozwala na ocenę ryzyka zagrożenia związanego z utrzymywaniem się ładunku na powierzchni dielektryka. Zakres badań obejmuje pomiary ładunku powierzchniowego wyindukowanego się na próbce materiału dielektrycznego, wyznaczenie map ładunku, wyznaczenie profili zaniku ładunku.

Przykładowe wyniki map ładunku powierzchniowego oraz jego zaniku na próbkach dielektrycznych

Literatura:

M. Florkowski and M. Kuniewski, “Partial discharge-originated deterioration of insulating material investigated by surface-resistance and potential mapping”, Energies , ISSN 1996-1073. — 2023 — vol. 16 iss. 16 art. no. 5973, s. 1–17, doi: 10.3390/en16165973 szczegóły publikacji

M. Florkowski and M. Kuniewski, “Correspondence between charge accumulated in voids by partial discharges and mapping of surface charge with PEA detection”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation ; ISSN 1070-9878. — 2022 — vol. 29 iss. 6, s. 2199–2208 doi:10.1109/TDEI.2022.3203370 szczegóły publikacji

Pomiar rezystancji powierzchniowej

Charakterystyka problemu:

W trakcie pracy układy izolacyjne narażane są wyładowaniami niezupełnymi oraz powierzchniowymi, ciągła ekspozycja na te narażenia powoduje degradacje powierzchni obniżając jej własności izolacyjne. Monitoring stanu powierzchni poprzez mapy rezystancji powierzchniowej pozwala na ocenę dynamiki degradacji dielektryka pod wpływem wybranego narażenia. Badania polegają na pomiarach rezystancji powierzchniowej materiałów dielektrycznych, wyznaczenie rezystancji metodą dwupunktową w wybranych punktach zainteresowania, wyznaczenie map rezystancji powierzchniowej, wyznaczenie charakterystyk prądów powierzchniowych w wybranych punktach.

Przykładowe wyniki map rezystancji powierzchniowej

Materiał PE

Literatura:

M. Florkowski, B. Florkowska, M. Kuniewskiand P. Zydroń, “Mapping of discharge channels in void creating effective partial discharge area”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 25, Art. no. 6, 2018, doi: 10.1109/TDEI.2018.007426. szczegóły publikacji

M. Florkowski and M. Kuniewski, “Partial discharge-originated deterioration of insulating material investigated by surface-resistance and potential mapping”, Energies, vol. 16, Art. no. 16, 2023, doi: 10.3390/en16165973. szczegóły publikacji