Anàlisi del principi de descàrrega parcial

Anàlisi del principi de descàrrega parcial (1)

Sota l'acció d'un camp elèctric, en un sistema d'aislament, la descàrrega només es produeix en algunes regions i no travessa els conductors amb el voltatge aplicat. Aquest fenomen s'anomena descàrrega parcial. Si la descàrrega parcial es produeix prop d'un conductor envoltat de gas, també es pot anomenar corona.

La descàrrega parcial no només es pot produir al voltant d'un conductor, sinó també a la superfície o a l'interior d'un aïllant. La descàrrega que es produeix a la superfície s'anomena descàrrega parcial superficial, i la que es produeix a l'interior s'anomena descàrrega parcial interna. Quan es produeix una descàrrega en l'espai d'aire a l'interior de l'aïllant, els canvis d'intercanvi i acumulació de càrregues a l'espai d'aire es reflectiran inevitablement en els canvis de càrregues dels electrodes (o conductors) als dos extrems de l'aïllant. La relació entre els dos es pot analitzar mitjançant un circuit equivalent.

Prengui's com a exemple un cable de polietil·len creuat per explicar el procés de desenvolupament de la descàrrega parcial. Quan hi ha un petit espai d'aire a l'interior del medi aïllant del cable, el seu circuit equivalent és el següent:

A la figura, Ca és la capacitància de l'espai d'aire, Cb és la capacitància del dielèctric sòlid en sèrie amb l'espai d'aire, i Cc és la capacitància de la resta intacta del dielèctric. Si l'espai d'aire és molt petit, llavors Cb és molt més petit que Cc i Cb és molt més petit que Ca. Quan es li aplica un voltatge AC amb un valor instantani de u entre els electrodes, el voltatge ua a través de Ca és .

Quan ua augmenta amb u fins a assolir el voltatge de descàrrega U2 de l'espai d'aire, l'espai d'aire comença a descarregar-se. Les càrregues espacials generades per la descàrrega establiran un camp elèctric, fent que el voltatge a través de Ca disminueixi bruscament fins al voltatge residual U1. En aquest moment, l'espatllada s'extingeix, i es completa un cicle de descàrrega parcial.

Durant aquest procés, apareix un pols de corrent de descàrrega parcial corresponent. El procés de descàrrega és extremadament curt i es pot considerar completat instantàniament. Cada vegada que l'espai d'aire descarrega, el seu voltatge disminueix instantàniament per Δua = U2 - U1. Com el voltatge aplicat continua augmentant, Ca torna a carregar-se fins que ua torna a assolir U2, i l'espai d'aire descarrega per segon cop.

En el moment en què es produeix la descàrrega parcial, l'espai d'aire genera polsos de voltatge i corrent, que a la seva vegada creen camps elèctrics i magnètics en moviment a la línia. Es pot realitzar la detecció de la descàrrega parcial basant-se en aquests camps.

En la detecció real, es constata que la magnitud de cada descàrrega (és a dir, l'alçada del pols) no és igual, i les descàrregues ocorren principalment en la fase de creixement de l'amplitud absoluta del voltatge aplicat. Només quan la descàrrega és extremadament intensa, es prollonga a la fase de decreixement de l'amplitud absoluta del voltatge. Això és degut al fet que, en situacions pràctiques, sovint hi ha múltiples bolques d'aire que descarreguen simultàniament; o només hi ha una gran bolla d'aire, però cada descàrrega no cobreix tota l'àrea de la bolla, sinó només una regió local.

Evidentment, la quantitat de càrrega de cada descàrrega no és necessàriament la mateixa, i fins i tot hi pot haver descàrregues inverses, que podrien no neutralitzar les càrregues acumulades originalment. En lloc d'això, tant les càrregues positives com negatives s'acumulen a prop de la paret de la bolla, causant una descàrrega superficial a la vora de la bolla. A més, l'espai proper a la paret de la bolla és limitat. Durant la descàrrega, es forma un canal conductiu estret a l'interior de la bolla, provocant la fugida de certes càrregues espacials generades per la descàrrega.