De meest voorkomende oorzaken van gedeeltelijke ontlading in hotrunnersystemen zijn onder meer: de aanwezigheid van luchtspleten of holtes in het isolatiemateriaal of op grensvlakken; niet-uniforme elektrische veldverdeling (zoals het "tipeffect"); binnendringend vocht of veroudering van de isolatie; slecht contact op grensvlakken tussen verschillende diëlektrische media; en resterende onzuiverheden die voortvloeien uit de productie- of assemblageprocessen. Van deze factoren zijn luchtspleten en elektrische veldconcentratie de twee belangrijkste triggers.
1. Luchtspleten of lege defecten (meest voorkomende oorzaak)
Als er kleine belletjes of holtes voorkomen in de isolatielagen van verwarmingsstaven, kabels of connectoren-aangezien de diëlektrische constante van lucht aanzienlijk lager is dan die van vaste isolatiematerialen-zal de elektrische veldsterkte in deze luchtspleten scherp stijgen onder invloed van een aangelegd elektrisch veld. Dit zorgt ervoor dat de opening eerst zijn diëlektrische doorslagsterkte bereikt, waardoor een gedeeltelijke ontlading wordt veroorzaakt.
Typische scenario's: Onvoldoende siliconenpotten; luchtinsluiting tijdens het spuitgieten van verwarmingsstaven.
Verschijnselen: Gedeeltelijke ontlading wordt onmiddellijk na installatie van een nieuw systeem gedetecteerd, of de ontladingsniveaus zijn abnormaal hoog tijdens de eerste bedrijfsfasen.
Sleutelmechanisme: Zodra het gas in de luchtspleet geïoniseerd raakt, vormt het kleine elektrische bogen die het omringende isolatiemateriaal voortdurend eroderen, waardoor de omvang van het defect geleidelijk wordt vergroot.
2. Niet-uniforme elektrische velden (het 'tipeffect')
Aan de randen van geleiders, bij bramen op bedradingsterminals of bij de scherpe hoeken van metalen vreemde voorwerpen wordt het elektrische veld sterk geconcentreerd, wat leidt tot een ‘corona’-ontlading.
Typische locaties: Elektrodekernen van verwarmingsstaven zonder afschuining; metaalresten die zich in de connectoren bevinden; ongelijkmatige of gekartelde sneden in kabelafschermingslagen.
Manifestaties: Ontladingsgebeurtenissen vinden doorgaans plaats in de buurt van de spanningspieken, en het Phase-Resolved Partial Discharge (PRPD)-patroon vertoont een karakteristieke 'konijnenoor'-verdeling.
Fysisch principe: Volgens de formule voor elektrische veldsterkte geldt: hoe kleiner de kromtestraal, hoe hoger de veldsterkte; dit maakt het zeer gevoelig voor het overschrijden van de lokale diëlektrische doorslagdrempel.
3. Isolatievochtindringing of veroudering
Het binnendringen van vocht of de langdurige thermische veroudering van materialen- leidt tot een verslechtering van de isolatieprestaties. Dit resulteert in een vermindering van de diëlektrische sterkte in plaatselijke gebieden, waardoor deze gevoelig zijn voor gedeeltelijke ontlading, zelfs onder normale bedrijfsspanningen.
Mechanisme voor het binnendringen van vocht: Onder invloed van een elektrisch veld vallen watermoleculen uiteen om gas te genereren, waardoor nieuwe kanalen voor gasbellen ontstaan.
Verouderingsmechanisme: Mica-lagen delamineren en siliconengel scheurt, waardoor kleine openingen ontstaan waar gedeeltelijke ontlading kan optreden.
Typische manifestaties: een gelijktijdige daling van de isolatieweerstandswaarden en de aanwezigheid van gedeeltelijke ontlading; dit wordt vaak waargenomen in omgevingen met een hoge-vochtigheid of in apparatuur waarvan de levensduur is overschreden.
4. Slecht grensvlakcontact
Op het grensvlak tussen ongelijksoortige materialen (bijvoorbeeld tussen een keramisch substraat en een koperen elektrode, of tussen siliconengel en een metalen behuizing) kan, als de binding zwak is of er kleine openingen bestaan, een zone met "zwevende potentiaal" ontstaan, die oppervlakteontlading veroorzaakt.
Vaak te vinden op: De randen van DCB-substraten (Direct Bonded Copper) en de pasvlakken tussen verwarmingsstaven en hun montagegaten in mallen.
Risicofactoren: Thermische uitzettings- en contractiecycli kunnen de grensvlakscheiding verergeren, waardoor het ontladingsfenomeen geleidelijk verergert.
5. Verontreiniging door onzuiverheden of vreemde voorwerpen
Metaalspaanders, vezels of stof die tijdens productie-, assemblage- of onderhoudsprocessen worden geïntroduceerd, kunnen fungeren als "zaadjes" voor ontlading wanneer ze worden blootgesteld aan een elektrisch veld met hoge- spanning.
Praktijken met een hoog-risico: het niet goed reinigen van de omgeving bij het vervangen van verwarmingsstaven- op de locatie, of het gebruik van ondermaatse potgrond die opgesloten luchtbellen bevat.
Manifestaties: De ontlading is stochastisch van aard en kan in intensiteit fluctueren als reactie op trillingen of temperatuurschommelingen.
Casestudy uit de sector: Een kunststofspuitgietfabriek ondervond aanhoudende gedeeltelijke ontlading-resulterend in het doorbranden van drie verwarmingsstaven binnen een periode van drie- maanden-als gevolg van achtergebleven koperspaanders die vastzaten in de elektrische connectoren.
