Analýza principu částečných výbojků

Analýza principu částečných výbojků (1)

V elektrickém poli dochází v izolačním systému k výbojkám pouze v některých oblastech, aniž by pronikly mezi vodiče s přiloženým napětím. Tento jev se nazývá částečná výbojka. Pokud se částečná výbojka vyskytuje blízko vodiče obklopeného plynem, může být také označena jako korona.

Částečné výbojky mohou nastat nejen na okraji vodiče, ale také na povrchu nebo uvnitř izolátoru. Výbojka na povrchu se nazývá povrchová částečná výbojka a ta uvnitř se nazývá vnitřní částečná výbojka. Když dojde k výbojce v vzduchové mezere uvnitř izolátoru, změny a akumulace nábojů v této mezere se nevyhnutelně odrazí v změnách nábojů elektrod (nebo vodičů) na obou koncích izolátoru. Vztah mezi těmito dvěma lze analyzovat pomocí ekvivalentního obvodu.

Níže je vysvětlen proces vývoje částečných výbojek na příkladu kabelu z křížově propojeného polyethylenu. Pokud je v izolačním prostředí kabelu malá vzduchová mezera, její ekvivalentní obvod je následující:

Na obrázku Ca představuje kapacitu vzduchové mezeře, Cb je kapacita pevného dielektrika sériově spojeného s vzduchovou mezerou a Cc je kapacita zbývající nedotčené části dielektrika. Pokud je vzduchová mezera velmi malá, pak Cb je mnohem menší než Cc a Cb je mnohem menší než Ca. Když je mezi elektrody přiloženo střídavé napětí s okamžitou hodnotou u, napětí ua na Ca je .

Když ua s u roste a dosáhne výbojkového napětí U2 vzduchové mezeře, vzduchová mezera začíná výbojovat. Prostorové náboje vygenerované výbojkou vytvoří elektrické pole, které způsobí, že napětí na Ca prudce klesne na reziduální napětí U1. V tomto bodě se jiskra zhasne a jeden cyklus částečné výbojky je dokončen.

Během tohoto procesu se objeví odpovídající pulz částečné výbojkového proudu. Výbojkový proces je extrémně krátký a lze ho považovat za okamžitě dokončený. Při každé výbojce vzduchové mezeře se její napětí okamžitě sníží o Δua = U2 - U1. S dalším rostoucím přiloženým napětím se Ca opět nabíjí, dokud ua znovu nedosáhne U2 a vzduchová mezera výbojková druhým.

V okamžiku, kdy dojde k částečné výbojce, vzduchová mezera generuje pulzy napětí a proudu, což vytváří pohyblivá elektrická a magnetická pole v lince. Detekce částečných výbojek může být prováděna na základě těchto polí.

Při skutečné detekci se zjistilo, že velikost každé výbojky (tj. výška pulzu) není stejná a výbojky se nejčastěji vyskytují v fázi rostoucího stupně absolutní hodnoty amplitudy přiloženého napětí. Pouze při extrémně intenzivní výbojce se prodlouží do fáze klesajícího stupně absolutní hodnoty napětí. To je proto, že ve skutečnosti se často vyskytují současně vícero bublin výbojek; nebo existuje pouze jedna velká bublina, ale každá výbojka nezahrnuje celou plochu bublinky, pouze lokální oblast.

Zjevně nemusí být množství nábojů každé výbojky stejné a mohou se dokonce vyskytnout reverzní výbojky, které možná neneutralizují původně akumulované náboje. Místo toho se kladné i záporné náboje akumulují poblíž stěny bublinky, což vede k povrchové výbojce podél stěny bublinky. Kromě toho je prostor poblíž stěny bublinky omezen. Během výbojky se v bublině vytvoří úzký vodivý kanál, což vedeme ke ztrátě některých prostorových nábojů vygenerovaných výbojkou.