La décharge partielle représente une panne électrique localisée dans l'isolant qui ne relie pas complètement les conducteurs.
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.
Comprendre la décharge partielle
Mécanisme :
Une décharge partielle se produit lorsque l'intensité du champ électrique dépasse la résistance à la rupture de l'isolation aux points faibles localisés - généralement des vides, des contaminants ou des défauts de fabrication. Ces événements de décharge génèrent de petites impulsions de courant, un rayonnement électromagnétique et un chauffage localisé qui érodent progressivement l'isolation environnante.
Dans les systèmes solaires CC, le comportement de décharge partielle diffère des applications CA. La tension CC crée une accumulation de charge aux interfaces diélectriques, provoquant potentiellement des modèles de décharge différents de ceux des systèmes CA.
Dégâts progressifs :
Chaque événement de décharge endommage l'isolation par des contraintes électriques et thermiques. Au fil du temps, l'activité de décharge agrandit les sites de défauts, augmentant l'ampleur et la fréquence des décharges. Cette dégradation progressive finit par créer une défaillance complète de l'isolation si elle n'est pas traitée.
Causes dans les câbles solaires
Défauts de fabrication :
Les vides ou les contaminants dans l'isolation créent des concentrations de champ électrique là où la décharge partielle commence. Des processus de fabrication de qualité minimisant les vides et la contamination préviennent ces points faibles inhérents.
L'isolation réticulée avec une densité de réticulation inadéquate peut contenir des régions à résistance diélectrique réduite susceptibles d'amorcer une décharge partielle.
Dommages à l'installation :
Les contraintes mécaniques pendant l'installation peuvent créer des micro-fissures dans l'isolation. Ces défauts fournissent des sites où l'humidité pénètre et où une décharge partielle s'initie lorsque la tension s'applique.
Une flexion excessive, une tension de traction ou un impact pendant l'installation crée des dommages à l'isolation interne qui peuvent ne pas être immédiatement visibles, mais fournissent des sites d'initiation de décharge partielle.
Facteurs environnementaux :
La pénétration d'humidité par les gaines de câbles endommagées ou les connexions mal scellées introduit de l'eau dans l'isolant. Les vides remplis d'eau présentent une résistance à la rupture inférieure à celle de l'isolant sec, permettant une décharge partielle aux tensions de fonctionnement.
La dégradation UV des gaines de câbles permet la pénétration de l'humidité atteignant les couches isolantes, créant les conditions pour le développement d'une décharge partielle.
Méthodes de détection
Détection électrique :
Un équipement spécialisé détecte les impulsions électriques générées par des événements de décharge partielle. Des transformateurs de courant haute fréquence ou des capteurs capacitifs capturent les signaux de décharge, avec des systèmes d'analyse quantifiant l'ampleur et la fréquence de la décharge.
Les tests appliquent généralement une tension dépassant les niveaux de fonctionnement tout en surveillant l'activité de décharge. La tension de démarrage - la tension à laquelle la décharge commence - indique les marges de qualité de l'isolation.
Détection acoustique :
La décharge partielle génère des émissions acoustiques ultrasonores. Les capteurs acoustiques détectent ces signaux, permettant l'identification de l'emplacement de la décharge dans les systèmes installés. Cette méthode non invasive convient aux tests sur le terrain des installations en exploitation.
Détection chimique :
L'activité de décharge produit de l'ozone et d'autres sous-produits chimiques. Bien que moins courantes pour les tests de câbles, les méthodes de détection chimique peuvent identifier la présence de décharge dans les systèmes fermés.
Normes de test
CEI 60270 :
La CEI 60270 établit des procédures de mesure des décharges partielles, y compris des méthodes d'étalonnage, des exigences de sensibilité et l'interprétation des résultats. Tout en traitant principalement des systèmes CA, les principes s'appliquent aux tests de câbles CC avec les modifications appropriées.
Tests de qualification :
Les tests de qualification des câbles peuvent inclure une vérification de décharge partielle garantissant que la conception offre des marges adéquates contre le début de la décharge aux tensions de fonctionnement. Les tests ont lieu à des niveaux de tension élevés, vérifiant l'absence d'activité de décharge à des multiples spécifiés de tension nominale.
Stratégies de prévention
Qualité de fabrication :
Les procédés d'extrusion de haute qualité minimisent la formation de vides dans l'isolation. Une manipulation soigneuse des matériaux empêche la contamination. Une réticulation appropriée garantit une densité d'isolation uniforme tout au long de la construction du câble.
Les processus de fabrication de KUKA CABLE mettent l'accent sur la production d'isolant sans vide grâce à des paramètres d'extrusion contrôlés et une surveillance complète de la qualité.
Épaisseur de l'isolant :
Une épaisseur d'isolation adéquate réduit l'intensité du champ électrique, maintenant des niveaux de contrainte bien inférieurs à la résistance à la rupture du matériau.
PV cables designed with appropriate safety margins avoid field intensities approaching partial discharge inception levels.
Sélection des matériaux :
Le polyéthylène réticulé de haute qualité présente d'excellentes propriétés diélectriques avec une résistance à la rupture élevée et une formation de défauts minimale. La pureté du matériau et une formulation appropriée empêchent les points faibles sensibles à une décharge partielle.
Pratiques d'installation :
Le respect des directives d'installation du fabricant empêche les dommages mécaniques de créer des sites d'initiation de décharge. Un rayon de courbure approprié, des limites de tension de traction et la prévention des contraintes d'impact préservent l'intégrité de l'isolation.
Surveillance sur le terrain
Tests périodiques :
Les installations établies peuvent bénéficier de tests de décharge partielle périodiques, en particulier pour les systèmes critiques ou les installations rencontrant des problèmes de performances. Les tests identifient les problèmes en développement avant que des pannes complètes ne se produisent.
Indicateurs diagnostiques :
Une dégradation inattendue de la résistance de l'isolation peut indiquer une activité de décharge partielle. La diminution de la résistance de l'isolation justifie une enquête, y compris des tests de décharge partielle potentielle.
Inspection visuelle :
Le suivi de la surface ou la décoloration aux extrémités des câbles ou aux sites endommagés peuvent indiquer une activité de décharge. Une inspection visuelle régulière identifie ces signes avant-coureurs permettant des mesures correctives.
Considérations relatives à la tension du système
Risque de tension plus élevé :
Les systèmes 1500V DC subissent une intensité de champ électrique plus élevée que les installations à basse tension. Cette contrainte accrue rend la conception et la qualité de fabrication d'une isolation appropriées plus essentielles pour éviter les décharges partielles.
Surtension transitoire :
Les coups de foudre ou les événements de commutation créent des transitoires de tension dépassant potentiellement les niveaux de conception en régime permanent. Ces transitoires peuvent déclencher une décharge partielle dans les câbles avec une qualité d'isolation marginale, soulignant l'importance de marges de conception adéquates.
Assurance qualité
Essais de production :
Bien que les tests de décharge partielle de routine de chaque câble pendant la production soient rares en raison de la complexité des tests, les fabricants effectuent des tests de qualification périodiques pour vérifier que les lots de production maintiennent la résistance à la décharge partielle.
Qualification matérielle :
Les nouvelles formulations d'isolation subissent des tests complets de décharge partielle pendant le développement, garantissant que les matériaux répondent aux exigences avant la mise en œuvre de la production.
Conclusion
La décharge partielle représente une menace sérieuse pour
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'accent mis par KUKA CABLE sur la qualité de fabrication et l'excellence des matériaux garantit que les câbles fournissent l'intégrité diélectrique nécessaire pour éviter une décharge partielle pendant plus de 25 ans de vie du système solaire.
Contactez l'équipe technique de KUKA CABLE pour plus d'informations sur les tests de décharge partielle et la prévention dans la fabrication de câbles solaires.
