تحلیل اصل رها شدن جزئی

پریکشی از اصل تخلیه جزئی (۱)

در زیر میدان الکتریکی، در یک سیستم عایق، تخلیه تنها در برخی نواحی رخ می‌دهد و بین هادی‌ها با ولتاژ اعمال شده نفوذ نمی‌کند. این پدیده تخلیه جزئی نامیده می‌شود. اگر تخلیه جزئی نزدیک یک هادی محاط شده با گاز رخ دهد، می‌توان آن را کرونا نیز خواند.

تخلیه جزئی نه تنها در لبه یک هادی بلکه روی سطح یا درون یک عایق نیز می‌تواند رخ دهد. تخلیه‌ای که روی سطح رخ می‌دهد، تخلیه جزئی سطحی نامیده می‌شود و آنچه درون رخ می‌دهد، تخلیه جزئی داخلی نامیده می‌شود. وقتی تخلیه در فاصله هوا درون عایق رخ می‌دهد، تغییرات تبادل و انباشت شارژ‌ها در فاصله هوا به طور حتم در تغییرات شارژ هادی‌ها (یا هادی‌ها) در دو سر عایق منعکس می‌شود. رابطه بین این دو می‌تواند با استفاده از یک مدار معادل تحلیل شود.

به عنوان مثال، در یک کابل پلی‌اتیلن متقاطع برای توضیح فرآیند توسعه تخلیه جزئی. وقتی یک فاصله هوا کوچک درون مedium عایق کابل وجود دارد، مدار معادل آن به صورت زیر نمایش داده می‌شود:

در شکل، Ca ظرفیت فاصله هوا، Cb ظرفیت دی الکتریک جامد در سری با فاصله هوا و Cc ظرفیت بخش سالم باقی‌مانده دی الکتریک است. اگر فاصله هوا بسیار کوچک باشد، Cb بسیار کوچک‌تر از Cc و Cb بسیار کوچک‌تر از Ca است. وقتی یک ولتاژ متناوب با مقدار لحظه‌ای u بین الکترودها اعمال می‌شود، ولتاژ ua روی Ca است.

وقتی ua با u افزایش می‌یابد و به ولتاژ تخلیه U2 فاصله هوا می‌رسد، فاصله هوا شروع به تخلیه می‌کند. شارژ‌های فضایی تولید شده توسط تخلیه یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کنند که باعث کاهش تند ولتاژ روی Ca به ولتاژ باقی‌مانده U1 می‌شود. در این نقطه، جرقه خاموش می‌شود و یک چرخه تخلیه جزئی کامل می‌شود.

در طول این فرآیند، یک پالس جریان تخلیه جزئی متناظر ظاهر می‌شود. فرآیند تخلیه بسیار کوتاه است و می‌توان آن را به طور لحظه‌ای تکمیل شده در نظر گرفت. هر بار که فاصله هوا تخلیه می‌کند، ولتاژ آن به طور لحظه‌ای با Δua = U2 - U1 کاهش می‌یابد. با ادامه افزایش ولتاژ اعمال شده، Ca دوباره شارژ می‌شود تا زمانی که ua دوباره به U2 می‌رسد و فاصله هوا برای دومین بار تخلیه می‌کند.

در لحظه رخ دادن تخلیه جزئی، فاصله هوا ولتاژ و پالس جریان ایجاد می‌کند که به نوبه خود میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی متحرک در خط ایجاد می‌کند. تشخیص تخلیه جزئی می‌تواند بر اساس این میدان‌ها انجام شود.

در تشخیص عملی، مشخص شده است که مقدار هر تخلیه (یعنی ارتفاع پالس) یکسان نیست و تخلیه‌ها بیشتر در فاز افزایش مقدار قدرمطلق ولتاژ اعمال شده رخ می‌دهند. فقط زمانی که تخلیه بسیار شدید است، به فاز کاهش مقدار قدرمطلق ولتاژ گسترش می‌یابد. این به این دلیل است که در شرایط واقعی، معمولاً چند حباب هوا به طور همزمان تخلیه می‌کنند؛ یا فقط یک حباب بزرگ وجود دارد اما هر تخلیه کل مساحت حباب را پوشش نمی‌دهد، فقط یک ناحیه محلی.

بدیهی است که مقدار شارژ هر تخلیه لزوماً یکسان نیست و حتی ممکن است تخلیه‌های معکوس نیز وجود داشته باشد که ممکن است شارژ‌های تجمعی اولیه را خنثی نکنند. به جای آن، شارژ‌های مثبت و منفی نزدیک دیواره حباب تجمع می‌یابند و باعث تخلیه سطحی در امتداد دیواره حباب می‌شوند. علاوه بر این، فضا نزدیک دیواره حباب محدود است. در طول تخلیه، یک کانال هادی باریک درون حباب تشکیل می‌شود که باعث روانگی شارژ‌های فضایی تولید شده توسط تخلیه می‌شود.