La scarica parziale rappresenta un guasto elettrico localizzato all'interno dell'isolamento che non collega completamente i conduttori.
Solar cables experiencing partial discharge face progressive insulation degradation eventually leading to complete failure. Understanding detection methods and prevention strategies ensures long-term cable reliability in photovoltaic systems.
Comprensione della scarica parziale
Meccanismo:
La scarica parziale si verifica quando l'intensità del campo elettrico supera la forza di rottura dell'isolamento in punti deboli localizzati - tipicamente vuoti, contaminanti o difetti di fabbricazione. Questi eventi di scarica generano piccoli impulsi di corrente, radiazioni elettromagnetiche e riscaldamento localizzato che erodono gradualmente l'isolamento circostante.
Nei sistemi solari DC, il comportamento a scarica parziale differisce dalle applicazioni AC. La tensione DC crea accumulo di carica alle interfacce dielettriche, causando potenzialmente modelli di scarica diversi rispetto all'esperienza dei sistemi AC.
Danno progressivo:
Ogni evento di scarica danneggia l'isolamento attraverso lo stress elettrico e termico. Nel tempo, l'attività di scarica allarga i siti di difetto, aumentando la grandezza e la frequenza di scarica. Questa degradazione progressiva alla fine crea un guasto completo dell'isolamento se non affrontata.
Cause nei cavi solari
Difetti di fabbricazione:
Vuoti o contaminanti all'interno dell'isolamento creano concentrazioni di campo elettrico dove inizia la scarica parziale. Processi di produzione di qualità che minimizzano i vuoti e la contaminazione prevengono questi punti deboli intrinseci.
L'isolamento reticolato con densità di reticolazione inadeguata può contenere regioni con ridotta resistenza dielettrica suscettibili all'inizio della scarica parziale.
Danno dell'installazione:
Lo sforzo meccanico durante l'installazione può creare le micro-crepe nell'isolamento. Questi difetti forniscono i siti in cui l'umidità penetra e lo scarico parziale inizia quando la tensione si applica.
Eccessive flessioni, tensioni di trazione o urti durante l'installazione creano danni all'isolamento interno che potrebbero non essere immediatamente visibili ma forniscono siti di inizio della scarica parziale.
Fattori ambientali:
L'ingresso di umidità attraverso guaine di cavi danneggiate o collegamenti ermeticamente sigillati introduce acqua nell'isolamento. I vuoti pieni d'acqua presentano una resistenza alla rottura inferiore rispetto all'isolamento a secco, consentendo una scarica parziale alle tensioni di funzionamento.
La degradazione UV delle guaine dei cavi consente la penetrazione dell'umidità raggiungendo gli strati isolanti, creando le condizioni per lo sviluppo di scariche parziali.
Metodi di rilevamento
Rilevamento elettrico:
Apparecchiature specializzate rilevano gli impulsi elettrici generati da eventi di scarica parziale. I trasformatori di corrente ad alta frequenza o i sensori capacitivi catturano i segnali di scarica, con sistemi di analisi che quantificano l'entità e la frequenza della scarica.
La prova applica tipicamente la tensione che supera i livelli operativi mentre controlla per attività di scarico. La tensione di inizio - la tensione a cui lo scarico comincia - indica i margini di qualità dell'isolamento.
Rilevamento acustico:
Lo scarico parziale genera emissioni acustiche ultrasoniche. I sensori acustici rilevano questi segnali, consentendo l'identificazione della posizione di scarico nei sistemi installati. Questo metodo non invasivo si adatta ai test sul campo delle installazioni operative.
Rilevazione chimica:
L'attività di scarico produce ozono e altri sottoprodotti chimici. Sebbene meno comuni per i test sui cavi, i metodi di rilevamento chimico possono identificare la presenza di scarico in sistemi chiusi.
Standard di prova
IEC 60270:
IEC 60270 stabilisce le procedure di misura di scarico parziale compreso i metodi di calibratura, i requisiti della sensibilità e l'interpretazione di risultato. Mentre pricipalmente affrontando i sistemi di CA, i principi si applicano alla prova del cavo di CC con le modifiche appropriate.
Prova di qualificazione:
Le prove di qualificazione dei cavi possono includere la verifica della scarica parziale, assicurando che la progettazione fornisca margini adeguati contro l'inizio della scarica alle tensioni di esercizio. Le prove avvengono a livelli di tensione elevati, verificando l'assenza di attività di scarica a multipli specificati della tensione nominale.
Strategie di prevenzione
Qualità di fabbricazione:
Processi di estrusione di alta qualità riducono al minimo la formazione di vuoti nell'isolamento. Un'attenta manipolazione del materiale previene la contaminazione. Una corretta reticolazione garantisce una densità di isolamento uniforme in tutta la costruzione del cavo.
I processi di produzione di KUKA CABLE enfatizzano la produzione di isolamento senza vuoti attraverso parametri di estrusione controllati e un monitoraggio completo della qualità.
Spessore dell'isolamento:
Un adeguato spessore dell'isolamento riduce l'intensità del campo elettrico, mantenendo livelli di stress ben al di sotto della resistenza alla rottura del materiale.
PV cables designed with appropriate safety margins avoid field intensities approaching partial discharge inception levels.
Selezione materiale:
Il polietilene reticolato di alta qualità presenta eccellenti proprietà dielettriche con elevata resistenza alla rottura e minima formazione di difetti. La purezza del materiale e la corretta formulazione prevengono i punti deboli suscettibili di scariche parziali.
Pratiche di installazione:
Seguire le linee guida di installazione del produttore previene danni meccanici creando siti di inizio di scarico. Il raggio di curvatura corretto, i limiti di tensione di trazione ed evitando lo stress da impatto preservano l'integrità dell'isolamento.
Monitoraggio sul campo
Test periodici:
Le installazioni consolidate possono beneficiare di test periodici di scarico parziale, in particolare per sistemi critici o installazioni che presentano problemi di prestazioni. I test identificano i problemi in via di sviluppo prima che si verifichino guasti completi.
Indicatori diagnostici:
La degradazione inaspettata della resistenza dell'isolamento può indicare un'attività di scarica parziale. La diminuzione della resistenza dell'isolamento giustifica un'indagine che include potenziali test di scarica parziale.
Ispezione visiva:
L'inseguimento o lo scolorimento della superficie alle terminazioni dei cavi o ai siti danneggiati possono indicare l'attività di scarico. L'ispezione visiva regolare identifica questi segnali di avvertimento permettendo l'azione correttiva.
Considerazioni sulla tensione di sistema
Rischio di tensione più elevato:
I sistemi CC 1500V sperimentano un'intensità di campo elettrico più elevata rispetto alle installazioni a bassa tensione. Questo aumento dello stress rende più critica la progettazione e la qualità della produzione di un adeguato isolamento per prevenire la scarica parziale.
Sovratensione transitoria:
I fulmini o gli eventi di commutazione creano transitori di tensione potenzialmente superiori ai livelli di progettazione in stato stazionario. Questi transitori possono avviare la scarica parziale nei cavi con qualità di isolamento marginale, sottolineando l'importanza di margini di progettazione adeguati.
Assicurazione di qualità
Test di produzione:
Mentre i test di scarico parziale di routine di ogni cavo durante la produzione sono rari a causa della complessità dei test, i produttori conducono test di qualificazione periodici per verificare che i lotti di produzione mantengano la resistenza allo scarico parziale.
Qualificazione materiale:
Le nuove formulazioni di isolamento sono sottoposte a test completi di scarico parziale durante lo sviluppo, assicurando che i materiali soddisfino i requisiti prima dell'implementazione della produzione.
Conclusione
Lo scarico parziale rappresenta una grave minaccia per la
solar cable long-term reliability. Prevention through quality manufacturing, proper material selection, adequate insulation thickness, and careful installation practices provides more effective protection than detection and remediation after discharge activity begins.
L'enfasi di KUKA CABLE sulla qualità di produzione e sull'eccellenza dei materiali garantisce che i cavi forniscano l'integrità dielettrica necessaria per prevenire scariche parziali durante oltre 25 anni di vita del sistema solare.
Contattare il team tecnico di KUKA CABLE per informazioni sui test di scarica parziale e sulla prevenzione nella produzione di cavi solari.
