PD-testen zonder complexe installatie: stapsgewijze handleiding

Ik herinner me de standaardopstelling van een traditionele testopstelling voor partiële ontladingen: hoogspanningsbron, koppelcondensator, blokkeerimpedantie, meetimpedantie, PD-detector en kalibratiepulsgenerator; 6 kastjes die elk hun eigen bekabeling en controles vereisten vóór de eerste meting!

Het is een benadering van de PD-test die ongelooflijk complex kan zijn om op te zetten. Deze extra belasting heeft het meten van partiële ontladingen belemmerd in omgevingen waar dit juist zo belangrijk zou zijn. Deze handleiding beschrijft wat IEC 60270 voorschrijft, hoe het gebruiksgemak van een modern, gecombineerd PD-meet- en analysesysteem de belasting voor testpersoneel verlaagt, en hoe partiële ontladingstests moeten worden toegepast die geschikt zijn voor elk specifiek type elektrische apparatuur – of het nu gaat om de hoogspanningskabel, de transformator of het schakelbord.

Het beschrijft ook de verschillende technologieën die kunnen worden ingezet om de diverse problemen aan te pakken die samenhangen met het testen van elektrische installaties.

Wat is partiële ontlading en waarom vernietigt het ongemerkt isolatiemateriaal?

Partiële ontlading, vaak afgekort tot PD, verwijst naar de elektrische doorslag van een deel van een heterogene isolator op een willekeurige plek in de isolatie. In de ruimste zin moet de elektrische isolatieruimte tussen de geleider en een tegenoverliggende pool volledig gesloten zijn. Het is een partiële ontlading, maar niet voldoende om een ​​volledige ontlading in een gesloten circuit te veroorzaken en zo kortsluiting te creëren.

IEC 60270:2025: “ontladingen die slechts gedeeltelijk de isolatie tussen geleiders overbruggen.” De energie van een enkele PD-impuls is laag – picocoulombs – maar het accumulerende effect ervan in de loop der jaren tast organisch isolatiemateriaal (XLPE, epoxy, met minerale olie geïmpregneerd papier) geleidelijk en onherstelbaar aan.

Gedeeltelijke ontladingen tasten het isolatiesysteem aan door chemische aantasting (ozon en salpeterzuur van corona), hitte en mechanische spanning als gevolg van herhaalde plasmaschokgolven. In vaste isolatie snijden herhaalde ontladingen microscopische kanaaltjes die zich vertakken in een patroon dat elektrische boomvorming wordt genoemd. Zodra boomvorming in het isolatiesysteem begint, varieert de tijd tot volledige uitval van weken tot maanden, afhankelijk van het spanningsniveau en de ontladingsintensiteit.

Isolatieproblemen worden steevast genoemd als een van de belangrijkste oorzaken van storingen bij het onderhoud van transformatoren en kabels door energiebedrijven. In te veel installaties wordt de PD-test echter pas uitgevoerd nadat isolatieproblemen zich beginnen te manifesteren in diëlektrische verliesmetingen, en dan alleen als de storing zich daadwerkelijk voordoet, in plaats van als preventieve onderhoudstechniek tijdens de inbedrijfstelling en geplande revisies.

Wat zijn de verschillende soorten gedeeltelijke ontlading?

In middenspannings- en hoogspanningsapparatuur komen drie hoofdtypen partiële ontladingen (PD) voor. Het is belangrijk om de verschillende typen PD te kennen, omdat elk type een uniek PRPD-signaal produceert en anders reageert op detectiemethoden:

• Interne ontlading vindt plaats in holtes, gasbellen of delaminaties in vaste of vloeibare isolatie. Holtes vormen een condensator in serie met de hoofdisolatie; omdat de doorslagspanning van de holte lager is dan die van het omringende diëlektricum, ontlaadt deze zich herhaaldelijk bij normale bedrijfsspanningen. Interne ontlading is het meest destructieve type, omdat het het isolatiesysteem van binnenuit aantast.
• Oppervlakteontlading. Deze treedt op aan het oppervlak en ontstaat op de grens van twee materialen met verschillende diëlektrische constante waarden of op het oppervlak van verontreinigde isolatie. De snelheid waarmee partiële ontladingen zich ontwikkelen, neemt aanzienlijk toe boven buitenisolatoren en doorvoeringen onder omstandigheden van zout, vocht en industriële vervuiling.
• Corona-ontlading is een toestand van ionisatie en resulterende elektrische ontladingen in de lucht rond scherpe randen of slecht onderhouden verbindingen op apparatuur in een niet-uniform elektrisch veld. Corona komt het vaakst voor bij de apparatuur van bovengrondse leidingen en op het buitenoppervlak van de isolatorstrengen van buitenkabels. In de overgrote meerderheid van de gevallen is het een minder gevaarlijk ontladingsproces dan interne ontladingen, maar het is gemakkelijk te detecteren door ultrasone of ultra-hoogfrequente (UHF) sensoren op grote afstand.

Lees meer over wat partiële ontlading betekent voor hoogspanningsapparatuur in de technische handleiding van DEMIKS.

Waarom traditionele IEC 60270-testen vier tot zes afzonderlijke instrumenten vereisen

IEC 60270 beschrijft geen specifiek meetinstrument, maar een testcircuit. Deze internationale norm beschrijft de methode waarmee de lading die tijdens een ontlading wordt overgedragen, indirect wordt gemeten met behulp van een capacitief koppelingscircuit, maar laat de implementatie ervan over aan de tester. In de klassieke configuratie omvat dit traditioneel: het verwerven en instellen van ten minste 6 (zes) elementen;

1. HV-bron – gekenmerkt door een laag niveau van externe ruis, zodat de ontladingssignalen van het te testen object niet worden gemaskeerd, en door een frequentie die niet varieert tijdens een enkele meting;
2. Blokkeerimpedantie (Z) – waarvan het primaire doel is te voorkomen dat ontladingspulsen die in het object worden gegenereerd, de hoogspanningsbron bereiken en verloren gaan;
3. koppelcondensator (Ck) – dient als een pad met een zeer lage impedantie voor ontladingspulsfrequenties (100 kHz – 1 MHz), waardoor ladingspulsen naar het detectiecircuit kunnen worden gestuurd;
4. Impedantiemeting (Zm) – wordt gebruikt om een ​​ladingspulsstroom om te zetten in een elektrisch signaal dat geschikt is voor de detector; wordt doorgaans uitgevoerd als een RC- of RLC-quadrupool.
5. PD-detector – dit apparaat selecteert, versterkt, filtert en digitaliseert het signaal en kan het fase-opgeloste PD-patroon (PRPD) weergeven ten opzichte van de toegepaste spanningscyclus;
6. Pulskalibrator – wordt vóór elke test gebruikt om een ​​nauwkeurig gecontroleerde hoeveelheid lading (in pC) in het meetcircuit te injecteren en de metrologische traceerbaarheid naar referentiestandaarden te bevestigen (conform IEC 60270, vereist voor elke reeks metingen).

Zoals het NETA World Journal opmerkte (Stone, A.Cavallini, 2024): "De overgang van analoge naar digitale PD-instrumenten vanaf de jaren negentig heeft de herhaalbaarheid vergroot, maar het aantal gebruikte instrumenten is niet afgenomen. Hoewel software de mogelijkheid bood om fase-opgeloste patronen (PRPD) weer te geven, werd deze toegenomen capaciteit gecompenseerd door de noodzaak om tweedimensionale grafieken te interpreteren op basis van fase- en amplitudegegevens, wat uitgebreide ervaring vereist. Daarnaast wordt soms een klasse sensoren gebruikt die gebruikmaken van hoogfrequente stroomtransformatoren (HFCT) die op kabelaardingsaansluitingen kunnen worden geklemd zonder het testcircuit te openen, maar elke dergelijke sensor is nog steeds een extra instrument dat ter plaatse moet worden aangeschaft, geverifieerd en geconfigureerd."

Hoe alles-in-één geautomatiseerde PD-testsystemen de drempels wegnemen

Een geïntegreerd PD-testsysteem verandert niets aan de aard van de IEC 60270-conforme meting zelf. Wat wel verandert, is de manier waarop het proces wordt uitgevoerd – of liever gezegd, het aantal apparaten dat de gebruiker mee moet nemen naar het veld om de klus te klaren. Het koppelingsmechanisme, de signaalconditioneringscircuits en de in-situ kalibratorreferentie zijn geïntegreerd in één instrument. Het enige wat de gebruiker hoeft te doen, is de hoogspanningsuitgangskabel aansluiten op het te testen object, een instrumentkalibratie uitvoeren en vervolgens de spanningsopbouw starten. Dit verkort de insteltijd van uren naar minuten, zonder concessies te doen aan de kwaliteit, omdat er geen hulpimpedantienetwerken hoeven te worden aangesloten of gecontroleerd.

De automatische partiële-ontladingstestsystemen van DEMIKS integreren alle drie functies in één unit met ingebouwde koppeling en een geautomatiseerde kalibratieprocedure. Het assortiment partiële-ontladingsdetectoren omvat draagbare meetinstrumenten voor online testen en tafelmodellen voor offline acceptatietesten. Raadpleeg de volledige selectiegids voor partiële-ontladingstestapparatuur voor specificaties per toepassing.

Een partiële ontladingstest uitvoeren - Stap voor stap

Hoe voer je een partiële-ontladingstest uit?

Alle zeven bovenstaande stappen zijn van toepassing op offline testen met een geïntegreerde, IEC 60270-conforme PD-testset. Controleer vóór aanvang of het testobject volledig spanningsloos en veilig geïsoleerd is.

1. Sluit het testcircuit aan en controleer het. Sluit de hoogspanningsdraad, de massa-aansluiting en de koppeling aan op het te testen object. Controleer bij een geïntegreerd systeem of de koppeling correct wordt weergegeven door de capaciteitswaarde op het ingangscontrolescherm van het instrument.
2. Meet de PD-bronruis (PD-vloer). Schakel de hoogspanningsbron UIT en laat de detector 30 seconden draaien. Noteer de meetwaarde in pC. Als de meetwaarde meer dan 1-2 pC bedraagt, moet u de ruisbron opsporen en uitschakelen voordat u verdergaat.
3. Kalibratiepuls injecteren: Injecteer een bekende lading (100 pC of 500 pC) in het te testen object met behulp van de interne kalibratiepulsgenerator (of een externe kalibrator): Controleer of de output binnen 5% van de lading ligt. Dit is vereist volgens IEC 60270 en zorgt ervoor dat alle volgende metingen traceerbaar zijn.
4. Breng spanning aan op PDIV. Verhoog de testspanning geleidelijk van 0V tot de nominale bedrijfsspanning (U), en zelfs nog hoger, terwijl u de partiële ontlading observeert. Deze waarde is de partiële ontladingsaanvangsspanning (PDIV), de minimale spanning waarbij regelmatige pulsen worden waargenomen.
5. Dwell op testspanning. Zoals vermeld in IEEE Std. 400.3-2022, dient de testspanning gedurende minimaal 60 seconden te worden aangehouden. Meet en registreer gedurende deze wachttijd de hoogste PD-amplitude in pC, evenals de PRPD en het aantal pulsen per tijdseenheid.
6. Verlaag de spanning en bepaal de PDEV. Laat de spanning langzaam zakken. PDEV staat voor partiële ontladings-extinctiespanning (de spanning waarbij er geen herhaling van partiële ontladingen meer optreedt). Een significant verschil tussen PDIV en PDEV duidt op zelfonderhoudende ontladingen bij lagere veldsterktes.
7. Herhaal de kalibratiecontrole en noteer de meetwaarden. Injecteer na de test opnieuw de kalibratiepuls en controleer of het systeem niet buiten de tolerantie is afgeweken. Noteer de PRPD-patroonafbeelding en de numerieke resultaten in het testrapport.

Assetspecifieke PD-testen: kabels, transformatoren, schakelinstallaties en generatoren

De koppelingsmethode en de keuze van de spanningsbron variëren aanzienlijk, afhankelijk van het te testen object. Een onjuiste configuratie leidt tot tijdverlies en een ongeldig resultaat. Stem de aanpak in de onderstaande tabel af op uw specifieke object voordat u ter plaatse arriveert.

DEMIKS levert ultra-laagfrequente hoogspanningsgeneratoren voor PD-kabeltesten bij 0.1 Hz VLF en apparaten voor het testen van resonantiespanningen met variabele frequentie voor serieresonantiekabeltesten. Volledige, op specifieke toepassingen afgestemde configuraties zijn beschikbaar via de productselectiepagina's voor hoogspanningstestapparatuur .

Online, offline of continue PD-monitoring: de juiste keuze maken zonder onnodig veel te investeren.

Niet alle installaties vereisen dezelfde mate van PD-testen. Gegevens uit een brancheonderzoek suggereren dat slechts ongeveer 5% tot 10% van de operationele middenspanningsinstallaties een significant niveau van PD vertoont dat wijst op een risico op uitval op korte termijn. Een volledig onderstation vol panelen waarvan 90% of meer in goede staat verkeert, betekent dat er permanente PD-monitoringssensoren moeten worden geïnstalleerd, ten koste van een minimaal voordeel. U moet rekening houden met de kritische aard van de apparatuur en of deze spanningsloos kan worden gemaakt.

Het interpreteren van PD-resultaten: Wat betekenen de PDIV-, PDEV- en pC-waarden?

Volgens IEC 60270 wordt de meting van partiële ontladingen uitgedrukt in picocoulomb (pC) schijnbare lading: de lading die, indien geïnjecteerd aan de aansluitingen van het testobject, dezelfde waarde op het meetinstrument zou opleveren als de lading die door de partiële ontlading zelf wordt geproduceerd. Het volgen van de partiële ontladingsactiviteit over meerdere opeenvolgende metingen – in plaats van een enkele meting – biedt een veel grotere diagnostische waarde. Merk op dat dit niet de werkelijke lading is die op de locatie van de partiële ontlading wordt overgedragen; die hoeveelheid is extreem klein en niet ter plaatse meetbaar. Het begrijpen van dit onderscheid is belangrijk bij het vergelijken van resultaten tussen laboratoria of instrumenttypen.

Twee op spanning gebaseerde indicatoren geven de meest bruikbare diagnostische informatie:

• PDIV – Partiële Ontladingsaanvangsspanning: de spanning die op het te testen object wordt aangelegd waarbij voor het eerst herhaalde PD-pulsen worden verkregen wanneer de aangelegde spanning langzaam wordt verhoogd. Beneden deze spanning vindt geen herhaling van PD-activiteit plaats.
• PDEV – Partiële ontladingsuitdovingsspanning: de spanning waartoe de aangelegde spanning langzaam wordt verlaagd nadat de spanning boven de PDIV is verhoogd, waarbij de herhaling van PD-activiteit stopt. Een lagere PDEV dan de PDIV suggereert dat de ontlading bij lagere spanningen zal aanhouden, wat normaal gesproken wijst op een ernstiger defect.

Wat is de standaard voor het testen op gedeeltelijke ontlading?

IEC 60270:2025 (4e editie) biedt de meest algemeen toepasbare conventionele referentie voor elektrische PD-metingen en behandelt testcircuits, metingen in picocoulomb, kalibratievereisten en rapportageprocedures. Voor veldtesten van kabels behandelt IEEE Std. 400.3-2022 offline testen met een netfrequentie- of VLF-spanningsbron; IEEE Std. 400.4-2015 behandelt gedempte wisselstroomsystemen (DAC); voor contactloze sensorgebaseerde schakelapparatuur/GIS-metingen stelt IEC 62478 de procedures vast voor UHF- en TEV-metingen. Leer hoe u het juiste instrument selecteert in de DEMIKS-handleiding. het kiezen van apparatuur voor partiële ontladingstests.

Wat verandert er in de testprocedure voor gedeeltelijke ontlading (2025-2026)?

De markt voor PD-testapparatuur, die in 2025 wereldwijd een waarde van meer dan 1 miljard dollar vertegenwoordigt en nog steeds stijgt, zal naar verwachting blijven groeien als gevolg van programma's voor netmodernisering, vervanging van infrastructuur en investeringen in offshore windenergie. Hieronder volgt onze vooruitblik op de stand van zaken rond PD-testen in het veld tegen het einde van 2026.

• HVDC-testen ontwikkelen zich van een niche-onderzoeksgebied tot een gangbare praktijk. De transmissie van windenergie op zee is afhankelijk van lange, geïsoleerde HVDC-verbindingen die tijdens PD-testen geconditioneerd moeten worden. Een belangrijk verschil tussen HVDC en HVAC-PD is het niet-cyclische karakter ervan. Waar HVAC-PD wordt gekenmerkt door duidelijke activiteitspieken die gekoppeld zijn aan stroomcycli, kan HVDC-PD zeer spaarzaam zijn en is het niet eenvoudig om fase-resolutie te bepalen ten opzichte van een referentiefrequentie van het lichtnet. Technieken voor het detecteren en evalueren van DC-PD in kabelsystemen zullen in 2025 commercieel beschikbaar komen, en IEC TC64 – de commissie die de IEC 60270-norm ontwikkelt – werkt actief aan richtlijnen voor DC-PD-testen.
• Door AI ondersteunde PRPD-patroonherkenning wordt de interpretatiebarrière verkleind. De meest voorkomende klacht van gebruikers over gedeeltelijke ontladingstest En de monitoring — zoals gedocumenteerd in de literatuur van NETA en CIGRE — laat zien dat het lezen van fase-opgeloste PD-patronen ervaring vereist die jaren kost om ter plaatse en in het laboratorium op te bouwen. Nabewerkingstools die gebruikmaken van machine learning-classificatie zijn nu ingebouwd in commerciële instrumenten, waardoor waarschijnlijke defecttypen worden gemarkeerd en interferentie wordt gescheiden van echte ontladingsdetectiesignalen. Dit pakt direct de interpretatiecomplexiteit aan die de acceptatie van PD heeft beperkt.
• SiC- en GaN-omvormertechnologieën stellen nieuwe eisen aan de vermogensdichtheidstesten voor motoraandrijvingen. Variabele-snelheidsaandrijvingen die gebruikmaken van siliciumcarbide- of galliumnitride-schakeltransistoren genereren spanningsimpulsen met een stijgtijd van slechts 10 nanoseconden – bijna net zo kort als de stijgtijd van partiële-ontladingspulsen zelf. Het scheiden van echte detectiesignalen van partiële ontladingen van door de aandrijving veroorzaakte transiënten in tractiemotoren van elektrische voertuigen, actuatoren in vliegtuigen en hoogspanningskabels die zijn aangesloten op industriële servosystemen, is een actief onderzoeksgebied voor sensoren en filters tot 2025-2026.

Van het DEMIKS-engineeringteam: Ons team van hoogspanningsingenieurs heeft de trends in de markt waargenomen richting meer gebruiksgemak in het veld, naar minder complexe testopstellingen met meerdere componenten, naar instrumenten die een nieuwe technicus kan gebruiken en waarmee hij na slechts één dag training een standaard, herhaalbaar resultaat kan behalen. De tests die nodig zijn voor hoogspanningskabels kunnen verschillen van die voor transformatoren of aardlekschakelaars, maar de algemene trend is om de test zelf eenvoudiger, meer geautomatiseerd en minder afhankelijk van de vaardigheden van de individuele tester te maken. Deze drang naar eenvoudigere, standaardconforme veldtesten was leidend bij het ontwerpen van onze lijn geautomatiseerde PD-testapparatuur.

Veelgestelde vragen over testen op gedeeltelijke hartontlading