Una scarica parziale (PD) è un fenomeno di cedimento elettrico localizzato in un mezzo isolante, fra due conduttori a potenziale diverso. Le scariche parziali si producono per la presenza di un campo elettrico elevato e non uniforme e comportano il degrado nel tempo del sistema di isolamento, cioè la riduzione della sua vita utile (perdita di rigidità dielettrica).
Le scariche parziali sono provocate dalla sollecitazione dielettrica dovuta alla presenza di una tensione elevata e non omogenea nei materiali isolanti. Le cause principali della comparsa delle PD sono le seguenti:
- Distribuzione non omogenea del campo elettrico.
- Presenza di bolle negli isolanti solidi e liquidi.
- Effetti di punta che concentrano la sollecitazione dielettrica sull’isolamento.
- Presenza di umidità, cricche o arborescenze d’acqua (water treeing).
- Presenza di contaminanti sulla superficie dell’isolamento.
- Tensione superiore alla rigidità dielettrica dei materiali isolanti.
Il grande vantaggio della prova di PD consiste nella possibilità di analizzare e diagnosticare l’apparecchiatura durante il funzionamento normale, poiché poco prima del guasto si osserva un calo dell’intensità delle PD. Una volta rilevato il problema, si programma un fuori servizio per eseguire l’azione correttiva.
Le scariche parziali si suddividono in 4 gruppi principali:
Scariche interne
Le scariche interne sono dovute di norma alla presenza di cavità all’interno dell’isolamento elettrico. Le cavità rappresentano punti deboli dell’isolante e derivano in genere da difetti di fabbricazione o dall’invecchiamento del materiale.
Il campo elettrico all’interno di una cavità è uguale o superiore al campo elettrico che circonda l’isolamento. Questo perché il gas ha una rigidità dielettrica inferiore a quella dell’isolamento che lo circonda e, di conseguenza, le cavità costituiscono punti deboli all’interno dell’isolamento, dove ha inizio l’attività di PD.
La figura seguente mostra come le PD emettano impulsi in relazione alla tensione applicata. Nella figura Vc è la tensione nella cavità, che è una frazione della tensione applicata Va. Quando la tensione nella cavità raggiunge U+, ossia la tensione di scarica del gas contenuto nella cavità, si produce la scarica e la tensione nella cavità scende a V+, valore al quale la scarica si arresta.
Occorre tenere presente che l’umidità e gli inquinanti ambientali possono formare strati sull’isolatore. Questo strato indesiderato costituisce un percorso per la corrente di dispersione sulla superficie dell’isolatore. Tale corrente produce calore in superficie e genera un’evaporazione che provoca l’interruzione fisica dello strato inquinante.
Sulle interruzioni dello strato contaminante si generano differenze di potenziale elevate e piccole scintille possono richiuderle. Il calore delle scintille carbonizza l’isolamento e porta alla formazione di tracce di carbonio permanenti sulla superficie.
In queste condizioni il processo evolve nel tempo e conduce infine a una scarica disruptiva e al cedimento completo dell’isolamento.
Scariche superficiali
Occorre tenere presente che l’umidità e gli inquinanti ambientali possono formare strati sull’isolatore. Questo strato indesiderato costituisce un percorso per la corrente di dispersione sulla superficie dell’isolatore. Tale corrente produce calore in superficie e genera un’evaporazione che provoca l’interruzione fisica dello strato inquinante.
Sulle interruzioni dello strato contaminante si generano differenze di potenziale elevate e piccole scintille possono richiuderle. Il calore delle scintille carbonizza l’isolamento e porta alla formazione di tracce di carbonio permanenti sulla superficie.
In queste condizioni il processo evolve nel tempo e conduce infine a una scarica disruptiva e al cedimento completo dell’isolamento.
Corona
La corona è un tipo di scarica che si produce attorno a punti acuti in tensione quando il gradiente di tensione supera un valore critico. L’effetto corona è dovuto alla ionizzazione del mezzo che circonda un conduttore; può manifestarsi anche in corrispondenza di una punta acuta al potenziale di terra e può essere visibile sotto forma di luce, tipicamente un bagliore violaceo, poiché la corona è costituita di norma da microarchi.
L’effetto corona è un processo a bassa energia ma, su periodi prolungati, può degradare in misura sostanziale l’isolamento e provocare guasti per cedimento dielettrico. In altre parole, la presenza di effetto corona può ridurre l’affidabilità di un sistema di isolamento. Va inoltre osservato che gli effetti corona sono cumulativi e permanenti e che il guasto può presentarsi senza preavviso.
L’effetto corona può generare:
- Luce
- Radiazione ultravioletta
- Rumore (sibili e crepitii provocati dall’espansione dei gas visibili)
- Ozono
- Acido nitrico e altri acidi
- Sali (talvolta visibili come depositi di polvere bianca)
- Erosione meccanica delle superfici per bombardamento ionico
- Riscaldamento (di norma lieve e in particolare nel materiale isolante)
- Depositi di carbonio, che creano un possibile percorso d’arco
Nel caso delle apparecchiature di manovra elettriche, se l’apparecchiatura in cassa non è ben ventilata la ionizzazione può ridurre la rigidità dielettrica dell’aria e la minore distanza di isolamento porta infine a un arco elettrico di elevata energia fra fase e fase o fra fase e terra. L’accumulo di acido nitrico in uno spazio chiuso, come un quadro di distribuzione isolato in aria, genera tracce di carbonio sui materiali isolanti. Il bombardamento ionico distrugge inoltre alcuni materiali isolanti solidi, riducendoli infine in polvere.
Treeing elettrico
Il treeing elettrico ha origine da un punto difettoso, per esempio un piccolo vuoto di gas, uno spigolo vivo di un elettrodo o una particella metallica, dove il campo elettrico è elevato. Questa scarica parziale può generare ozono e luce ultravioletta e, nel tempo, reagire con il materiale dielettrico circostante e provocarne la decomposizione, generando così un nuovo vuoto. Questo punto debole può accrescersi progressivamente nel tempo, formando un albero all’interno dell’isolamento. Tale albero può estendersi fino a provocare il cedimento completo.
Per maggiori informazioni sui rilevatori di scariche parziali, si riporta di seguito il collegamento a tutti i nostri prodotti e ai cataloghi aggiornati: