Análisis del principio de descarga parcial

Análisis del Principio de Descarga Parcial (1)

Bajo la acción de un campo eléctrico, en un sistema de aislamiento, la descarga ocurre solo en algunas regiones y no atraviesa entre los conductores con el voltaje aplicado. Este fenómeno se llama descarga parcial. Si la descarga parcial ocurre cerca de un conductor rodeado de gas, también se puede llamar corona.

La descarga parcial puede ocurrir no solo en el borde de un conductor, sino también en la superficie o en el interior de un aislante. La descarga que ocurre en la superficie se llama descarga parcial superficial, y la que ocurre en el interior se llama descarga parcial interna. Cuando la descarga ocurre en el espacio de aire dentro del aislante, los cambios de intercambio y acumulación de cargas en el espacio de aire se reflejarán inevitablemente en los cambios de carga de los electrodos (o conductores) en ambos extremos del aislante. La relación entre los dos se puede analizar mediante un circuito equivalente.

Tomando como ejemplo un cable de polietileno reticulado para explicar el proceso de desarrollo de la descarga parcial. Cuando hay un pequeño espacio de aire en el medio de aislamiento del cable, su circuito equivalente es el siguiente:

En la figura, Ca es la capacitancia del espacio de aire, Cb es la capacitancia del dieléctrico sólido en serie con el espacio de aire, y Cc es la capacitancia de la parte restante intacta del dieléctrico. Si el espacio de aire es muy pequeño, entonces Cb es mucho menor que Cc y Cb es mucho menor que Ca. Cuando se aplica un voltaje AC con un valor instantáneo de u entre los electrodos, el voltaje ua a través de Ca es .

Cuando ua aumenta con u hasta alcanzar el voltaje de descarga U2 del espacio de aire, el espacio de aire comienza a descargarse. Las cargas espaciales generadas por la descarga establecerán un campo eléctrico, causando que el voltaje a través de Ca disminuya bruscamente al voltaje residual U1. En este punto, la chispa se extingue y se completa un ciclo de descarga parcial.

Durante este proceso, aparece un pulso de corriente de descarga parcial correspondiente. El proceso de descarga es extremadamente corto y se puede considerar completado instantáneamente. Cada vez que el espacio de aire se descarga, su voltaje disminuye instantáneamente por Δua = U2 - U1. A medida que el voltaje aplicado continúa aumentando, Ca se recarga hasta que ua alcanza U2 nuevamente, y el espacio de aire se descarga por segunda vez.

El momento en que ocurre la descarga parcial, el espacio de aire genera pulsos de voltaje y corriente, lo que a su vez crea campos eléctricos y magnéticos móviles en la línea. La detección de la descarga parcial se puede llevar a cabo basándose en estos campos.

En la detección real, se encuentra que la magnitud de cada descarga (es decir, la altura del pulso) no es igual, y las descargas ocurren principalmente en la fase de aumento del valor absoluto de la amplitud del voltaje aplicado. Solo cuando la descarga es extremadamente intensa se extenderá a la fase de disminución del valor absoluto del voltaje. Esto se debe a que, en situaciones prácticas, a menudo hay múltiples burbujas de aire descargándose simultáneamente; o hay solo una gran burbuja, pero cada descarga no cubre toda el área de la burbuja, solo una región local.

Obviamente, la cantidad de carga de cada descarga no es necesariamente la misma, e incluso pueden ocurrir descargas inversas, que pueden no neutralizar las cargas acumuladas originalmente. En cambio, tanto las cargas positivas como las negativas se acumulan cerca de la pared de la burbuja, causando descargas superficiales a lo largo de la pared de la burbuja. Además, el espacio cerca de la pared de la burbuja es limitado. Durante la descarga, se forma un canal conductor estrecho dentro de la burbuja, lo que lleva a la fuga de algunas cargas espaciales generadas por la descarga.