Analyse af princippet for partielle udladninger

Analyse af princippet for partielle udladninger (1)

Under indflydelse af et elektrisk felt forekommer udladning kun i nogle områder i et isoleringssystem og gennemtrænger ikke mellem ledere med anvendt spænding. Dette fænomen kaldes partielle udladninger. Hvis partielle udladninger forekommer nær en leder omgivet af gas, kan det også kaldes korona.

Partielle udladninger kan forekomme ikke kun ved kanten af en leder, men også på overfladen eller inde i en isolator. Udladningen, der forekommer på overfladen, kaldes overfladepartielle udladninger, og den, der forekommer inde, kaldes interne partielle udladninger. Når udladning forekommer i luftspaltet inden i isolatoren, vil udvekslingen og akkumuleringen af ladninger i luftspaltet uundgåeligt afspejles i ladeændringerne i elektroderne (eller ledere) ved begge ender af isolatoren. Forholdet mellem de to kan analyseres ved hjælp af en ækvivalent kredsløb.

Herunder forklarer vi udviklingsprocessen for partielle udladninger ved at tage et eksempel på en krydsforbundet polyethylenledning. Når der er et lille luftspalt inden i kablets isoleringsmedium, er dets ækvivalente kredsløb som følger:

I figuren er Ca luftspaltskapacitancen, Cb den faste dielektriske kapacitance i serie med luftspaltet, og Cc kapacitancen af den resterende intakte del af dielektoren. Hvis luftspaltet er meget lille, så er Cb meget mindre end Cc og Cb er meget mindre end Ca. Når en AC-spænding med et øjeblikkeligt værdi u anvendes mellem elektroderne, er spændingen ua over Ca .

Når ua stiger sammen med u til at nå luftspalts udladningsvoltage U2, starter luftspaltet at udladde. Rumladningerne, der dannes af udladningen, vil oprette et elektrisk felt, hvilket vil få spændingen over Ca til at falde skarpt til residualvoltage U1. I dette punkt slukkes gnisten, og en cyklus af partielle udladninger er fuldført.

Under denne proces opstår der en tilsvarende pulshøj impulsstrøm for partielle udladninger. Udladningsprocessen er yderst kort og kan betragtes som fuldført øjeblikkeligt. Hver gang luftspaltet udladde, falder dens spænding øjeblikkeligt med Δua = U2 - U1. Da den anvendte spænding fortsætter med at stige, oplader Ca igen, indtil ua når U2 igen, og luftspaltet udladde for anden gang.

På det øjeblik, hvor partielle udladninger forekommer, genererer luftspaltet spændings- og strømpulser, hvilket i sin tur skaber bevægende elektriske og magnetiske felter i linjen. Detektion af partielle udladninger kan udføres baseret på disse felter.

I praksis viser det sig, at størrelsen på hver udladning (dvs. pulshøjden) ikke er lig, og udladninger forekommer mest i fasen, hvor absolutværdien af den anvendte spændingsamplitude stiger. Kun når udladningen er yderst intens, vil den strække sig til fasen, hvor absolutværdien af spændingen falder. Dette skyldes, at der ofte findes flere luftbobler, der udladde samtidigt; eller der er kun en stor luftboble, men hver udladning dækker ikke hele boblens areal, kun et lokalt område.

Det er klart, at ladningsmængden for hver udladning er ikke nødvendigvis den samme, og der kan endda være reverse udladninger, der måske ikke neutraliserer de oprindelige akkumulerede ladninger. I stedet akkumulerer både positive og negative ladninger tæt på boblens væg, hvilket fører til overfladeudladninger langs boblens væg. Desuden er der begrænset plads tæt på boblens væg. Under udladning dannes en smal ledende kanal inden i boblen, hvilket fører til, at nogle rumladninger, der dannes under udladningen, lækker ud.