Analyse des Prinzips der Teilentladung

Analyse des Prinzips der Teilentladung (1)

Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes tritt in einem Isolationssystem eine Entladung nur in bestimmten Bereichen auf und durchdringt nicht die Leiter mit angewandter Spannung. Dieses Phänomen wird als Teilentladung bezeichnet. Wenn eine Teilentladung in der Nähe eines von Gas umgebenen Leiters auftritt, kann sie auch als Korona bezeichnet werden.

Teilentladungen können nicht nur an den Kanten eines Leiters, sondern auch an der Oberfläche oder im Inneren eines Isolators auftreten. Die Entladung, die an der Oberfläche auftritt, wird als Oberflächenteilentladung bezeichnet, während die im Inneren auftretende Entladung als interne Teilentladung bezeichnet wird. Wenn in der Luftlücke innerhalb des Isolators eine Entladung auftritt, spiegeln sich die Ladungswechsel und -akkumulationen in der Luftlücke unvermeidlich in den Ladungsänderungen der Elektroden (oder Leiter) an beiden Enden des Isolators wider. Das Verhältnis zwischen beidem kann mittels eines äquivalenten Schaltkreises analysiert werden.

Im Folgenden wird am Beispiel eines vernetzten Polyethylenkabels der Entwicklungsprozess der Teilentladung erläutert. Wenn es in der Kabelisoliermedien eine kleine Luftlücke gibt, lautet das äquivalente Schaltbild wie folgt:

In der Abbildung ist Ca die Kapazität der Luftlücke, Cb die Kapazität des festen Dielektrikums, das in Serie mit der Luftlücke steht, und Cc die Kapazität des restlichen intakten Teils des Dielektrikums. Wenn die Luftlücke sehr klein ist, dann ist Cb viel kleiner als Cc und Cb viel kleiner als Ca. Wenn zwischen den Elektroden eine Wechselspannung mit einem Momentanwert u angelegt wird, beträgt die Spannung ua über Ca .

Wenn ua mit u zunimmt und die Entladungsspannung U2 der Luftlücke erreicht, beginnt die Luftlücke zu entladen. Die durch die Entladung erzeugten Raumladungen bilden ein elektrisches Feld, was zur plötzlichen Abnahme der Spannung über Ca bis zum Restspannungswert U1 führt. An diesem Punkt erlischt der Funke und ein Zyklus der Teilentladung ist abgeschlossen.

Während dieses Prozesses tritt ein entsprechender Teilentladungsstromimpuls auf. Der Entladungsprozess ist extrem kurz und kann als instantan angesehen werden. Jedes Mal, wenn die Luftlücke entlädt, fällt ihre Spannung sofort um Δua = U2 - U1. Mit weiter steigender angelegter Spannung lädt sich Ca wieder auf, bis ua erneut U2 erreicht, und die Luftlücke entlädt ein zweites Mal.

Im Moment, in dem eine Teilentladung auftritt, erzeugt die Luftlücke Spannungs- und Strompulse, die ihrerseits bewegliche elektrische und magnetische Felder in der Leitung erzeugen. Basierend auf diesen Feldern kann eine Teilentladungserkennung durchgeführt werden.

Bei tatsächlicher Erkennung stellt man fest, dass die Größe jeder Entladung (d.h. die Impulshöhe) nicht gleich ist und Entladungen hauptsächlich in der Phase des Steigens des Betrags der angelegten Spannung auftreten. Nur bei extrem intensiven Entladungen erstrecken sie sich in die Phase des Sinkens des Spannungsbetrags. Dies liegt daran, dass in der Praxis oft mehrere Luftblasen gleichzeitig entladen; oder es gibt nur eine große Luftblase, aber jede Entladung bedeckt nicht die gesamte Fläche der Blase, sondern nur einen lokalen Bereich.

Offensichtlich ist die Ladungsmenge jeder Entladung nicht unbedingt gleich, und es können sogar Gegenentladungen auftreten, die die ursprünglich akkumulierten Ladungen nicht neutralisieren. Stattdessen sammeln sich positive und negative Ladungen in der Nähe der Blasenwand, was zu einer Oberflächenentladung entlang der Blasenwand führt. Darüber hinaus ist der Raum in der Nähe der Blasenwand begrenzt. Während der Entladung bildet sich innerhalb der Blase ein enger leitfähiger Kanal, was zu einem Auslaufen einiger durch die Entladung erzeugter Raumladungen führt.