تحلیل اصل رها شدن بخشی

تحلیل اصل تخلیه جزئی (۱)

در زیر میدان الکتریکی، در یک سیستم عایق‌بندی، تخلیه فقط در برخی مناطق رخ می‌دهد و بین هادی‌ها با ولتاژ اعمال شده نفوذ نمی‌کند. این پدیده را تخلیه جزئی می‌نامند. اگر تخلیه جزئی نزدیک یک هادی محصور شده در گاز رخ دهد، می‌توان آن را کرونا نیز نامید.

تخلیه جزئی نه تنها در لبه یک هادی بلکه روی سطح یا داخل یک عایق نیز می‌تواند رخ دهد. تخلیه‌ای که روی سطح رخ می‌دهد، تخلیه جزئی سطحی نامیده می‌شود و آنچه در داخل رخ می‌دهد، تخلیه جزئی داخلی نامیده می‌شود. وقتی تخلیه در فضای خالی داخل عایق رخ می‌دهد، تغییرات تعویض و انباشت شارژ‌ها در فضای خالی حتماً در تغییرات شارژ هادی‌ها (یا هادی‌ها) در دو طرف عایق منعکس می‌شود. رابطه بین این دو می‌تواند با استفاده از یک مدار معادل تحلیل شود.

به عنوان مثال، در یک کابل پلی‌اتیلن صلب متقاطع، فرآیند توسعه تخلیه جزئی را توضیح می‌دهیم. وقتی یک فضای خالی کوچک در میان رسانه عایق‌بندی کابل وجود دارد، مدار معادل آن به صورت زیر نمایش داده می‌شود:

در شکل، Ca ظرفیت فضای خالی، Cb ظرفیت دی‌الکتریک جامد در سری با فضای خالی و Cc ظرفیت بخش سالم باقی‌مانده دی‌الکتریک است. اگر فضای خالی بسیار کوچک باشد، آنگاه 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 بر روی Ca است.

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

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

در لحظه‌ای که تخلیه جزئی رخ می‌دهد، فضای خالی ولتاژ و پالس جریان تولید 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 صعودی قدر مطلق دامنه ولتاژ اعمال شده رخ می‌دهند. فقط وقتی تخلیه بسیار شدید است، به فاز نزولی قدر مطلق ولتاژ گسترش می‌یابد. این به این دلیل است که در شرایط واقعی، معمولاً چند حباب همزمان تخلیه می‌کنند یا فقط یک حباب بزرگ وجود دارد، اما هر تخلیه تمام مساحت حباب را پوشش نمی‌دهد، فقط یک منطقه محلی را.

بدیهی است که مقدار شارژ هر تخلیه لزوماً یکسان نیست و حتی ممکن است تخلیه‌های معکوس نیز رخ دهد که ممکن است شارژ‌های تجمع یافته قبلی را خنثی نکنند. بلکه شارژ‌های مثبت و منفی نزدیک دیوار حباب تجمع می‌یابند و باعث تخلیه سطحی در امتداد دیوار حباب می‌شوند. علاوه بر این، فضا نزدیک دیوار حباب محدود است. در طی تخلیه، یک کانال هدایت‌کننده باریک در داخل حباب تشکیل می‌شود که باعث تسرب بعضی از شارژ‌های فضایی تولید شده توسط تخلیه می‌شود.