تشمل الأسباب الشائعة للتفريغ الجزئي في أنظمة التشغيل الساخن ما يلي: وجود فجوات أو فراغات هوائية داخل المادة العازلة أو عند الواجهات؛ توزيع غير منتظم للمجال الكهربائي (مثل "تأثير الطرف")؛ دخول الرطوبة أو شيخوخة العزل. ضعف الاتصال في الواجهات بين الوسائط العازلة المختلفة؛ والشوائب المتبقية الناتجة عن عمليات التصنيع أو التجميع. ومن بين هذه العوامل، تعتبر الفجوات الهوائية وتركيز المجال الكهربائي المحفزين الأساسيين.
1. الفجوات الهوائية أو عيوب الفراغ (السبب الأكثر شيوعًا)
في حالة وجود فقاعات أو فراغات صغيرة داخل الطبقات العازلة لقضبان التسخين أو الكابلات أو الموصلات-نظرًا لأن ثابت العزل الكهربائي للهواء أقل بكثير من ثابت العزل الكهربائي للمواد العازلة الصلبة-، فإن شدة المجال الكهربائي داخل فجوات الهواء هذه سترتفع بشكل حاد تحت تأثير المجال الكهربائي المطبق. يؤدي هذا إلى وصول الفجوة إلى قوة انهيار العزل الكهربائي أولاً، مما يؤدي إلى التفريغ الجزئي.
السيناريوهات النموذجية: عدم كفاية وعاء السيليكون؛ انحباس الهواء أثناء صب حقن قضبان التسخين.
المظاهر: يتم اكتشاف التفريغ الجزئي فور تركيب نظام جديد، أو تكون مستويات التفريغ مرتفعة بشكل غير طبيعي خلال المراحل الأولى من التشغيل.
الآلية الرئيسية: بمجرد أن يتأين الغاز الموجود داخل فجوة الهواء، فإنه يشكل أقواسًا كهربائية صغيرة تؤدي باستمرار إلى تآكل المواد العازلة المحيطة، مما يؤدي إلى توسيع نطاق الخلل تدريجيًا.
2. المجالات الكهربائية غير المنتظمة ("تأثير الطرف")
عند حواف الموصلات، أو عند نتوءات أطراف الأسلاك، أو عند الزوايا الحادة للأجسام المعدنية الغريبة، يصبح المجال الكهربائي شديد التركيز، مما يؤدي إلى تفريغ "الإكليل".
المواقع النموذجية: نوى قطب كهربائي لقضيب التسخين تفتقر إلى الشطب؛ الحطام المعدني الموجود داخل الموصلات؛ قطع غير متساوي أو خشن في طبقات حماية الكابلات.
المظاهر: تحدث أحداث التفريغ عادةً بالقرب من قمم الجهد، ويظهر نمط -التفريغ الجزئي المُحلل للمرحلة (PRPD) توزيعًا مميزًا على شكل "أذن أرنب-".
المبدأ الفيزيائي: وفقًا لصيغة شدة المجال الكهربائي، كلما كان نصف قطر الانحناء أصغر، زادت شدة المجال؛ وهذا يجعلها عرضة للغاية لتجاوز عتبة انهيار العزل الكهربائي المحلي.
3. دخول الرطوبة العزل أو الشيخوخة
يؤدي تسرب الرطوبة أو -التقادم الحراري الطويل الأمد للمواد إلى انخفاض أداء العزل. ويؤدي هذا إلى انخفاض قوة العزل الكهربائي في المناطق المحلية، مما يجعلها عرضة للتفريغ الجزئي حتى في ظل جهد التشغيل العادي.
آلية دخول الرطوبة: تحت تأثير المجال الكهربائي، تتحلل جزيئات الماء لتولد الغاز، وبالتالي تتشكل قنوات جديدة لفقاعات الغاز.
آلية الشيخوخة: تنفصل طبقات الميكا ويتشقق هلام السيليكون، مما يشكل فجوات دقيقة حيث يمكن أن يحدث التفريغ الجزئي.
المظاهر النموذجية: انخفاض متزامن في قيم مقاومة العزل ووجود تفريغ جزئي؛ ويتم ملاحظة ذلك بشكل متكرر في البيئات عالية الرطوبة- أو في المعدات التي تجاوزت مدة خدمتها.
4. ضعف الاتصال البيني
عند السطح البيني بين المواد المتباينة (على سبيل المثال، بين الركيزة الخزفية والقطب النحاسي، أو بين هلام السيليكون والغطاء المعدني)، إذا كان الترابط ضعيفًا أو توجد فجوات دقيقة، فقد تتشكل منطقة "طاقة عائمة"، مما يؤدي إلى تفريغ السطح.
توجد بشكل شائع في: حواف ركائز DCB (النحاس المرتبط المباشر)، وأسطح التزاوج بين قضبان التسخين وفتحات التثبيت الخاصة بها داخل القوالب.
عوامل الخطر: يمكن أن تؤدي دورات التمدد والانكماش الحراري إلى تفاقم الانفصال البيني، مما يؤدي إلى تفاقم ظاهرة التفريغ تدريجياً.
5. التلوث بالشوائب أو الأجسام الغريبة
يمكن أن تكون نشارة المعادن أو الألياف أو الغبار الناتج أثناء عمليات التصنيع أو التجميع أو الصيانة بمثابة "بذور" للتفريغ عند تعريضها لمجال كهربائي-عالي الجهد.
ممارسات -عالية المخاطر: الفشل في تنظيف البيئة المحيطة بشكل صحيح عند استبدال قضبان التسخين في-الموقع، أو استخدام مركبات تأصيص دون المستوى المطلوب تحتوي على فقاعات هواء محاصرة.
المظاهر: التفريغ ذو طبيعة عشوائية وقد تتقلب شدته استجابة للاهتزازات أو التغيرات في درجات الحرارة.
دراسة حالة صناعية: شهدت إحدى منشآت قولبة حقن البلاستيك تفريغًا جزئيًا مستمرًا-مما أدى إلى احتراق ثلاثة قضبان تسخين خلال فترة ثلاثة-أشهر-بسبب نشارة النحاس المتبقية المحاصرة داخل الموصلات الكهربائية.
