ניתוח עקרון ההפרדה החלקית

ניתוח עקרון ההפרדה החלקית (1)

תחת השפעת שדה חשמלי, במערכת מבודדת, ההפרדה מתרחשת רק באזורים מסוימים ולא נוערת בין המוליכים עם המתח המופעל. תופעה זו נקראת הפרדה חלקית. אם ההפרדה החלקית מתרחשת ליד מוליך שמסביבו גז, היא יכולה גם להיקרא קורונה.

ההפרדה החלקית יכולה להתרחש לא רק על שוליים של מוליך אלא גם על פני או בתוך מבודד. ההפרדה המתרחשת על פני המשטח נקראת הפרדה חלקית פנים-משטחית, והזו המתרחשת בתוך המבודד נקראת הפרדה חלקית פנימית. כאשר ההפרדה מתרחשת בפער אוויר בתוך המבודד, השינויים בהחלפת ומצב הטעינה בפער האוויר ייפגנו בהכרח בשינויי הטעינה של האלקטרודות (או המוליכים) בשני קצות המבודד. הקשר בין השני ניתן לנתח באמצעות מעגל שקול.

כדוגמה, נסביר את תהליך התפתחות ההפרדה החלקית בכבל פוליאתילן צומח-צמתים. כאשר קיים פער אוויר קטן בתוך מדיית הבידוד של הכבל, המעגל השקול שלו נראה כך:

באיור, Ca היא קיבולת הפער האוויר, Cb היא קיבולת הדיאלקטריắn הסולידי המופעלת במקביל לפער האוויר, ו-Cc היא קיבולת החלק הנשאר של הדיאלקטרייאן בשלמותו. אם הפער האוויר קטן מאוד, אז Cb הרבה יותר קטנה מ-Cc ו-Cb הרבה יותר קטנה מ-Ca. כאשר מופעל מתח חילופין עם ערך מיידי של u בין האלקטרודות, המתח ua על Ca הוא .

כאשר ua עולה עם u עד שמגיע למתח ההפרדה U2 של , מתחיל הפער האוויר להפריד. המטענים המרחביים שנוצרים מההפרדה יצרו שדה חשמלי, הגורם למתח על Ca לרדת במהירות למתח השאר U1. בנקודה זו, התשורה כבויה, ומושלם מחזור הפרדה חלקית אחד.

במהלך תהליך זה, מופיע דופק זרם הפרדה חלקית מתאים. תהליך ההפרדה קצר מאוד וניתן להתייחס אליו כמושלם באופן מיידי. כל פעם שהפער האוויר מפריד, מתחו יורד באופן מיידי ב-Δua = U2 - U1. ככל שמתח המופעל להמשיך לעלות, Ca נטען מחדש עד שמגיע ua שוב ל-U2, והפער האוויר מפריד בשנית.

ברגע שבו מתרחשת הפרדה חלקית, הפער האוויר יוצר דופקים של מתח וזרם, המגדירים בתורה שדות חשמליים ומגנטיים נעים בקו. ניתן לבצע גילוי הפרדה חלקית בהתבסס על השדות הללו.

בהמצאה אמיתית נמצא כי גדלים של כל הפרדה (כלומר, גובה הדופק) אינם שווים, וההפרדות מתרחשות ברובן בשלבים של עלייה בערך המוחלט של משרעת המתח המופעל. רק כשההפרדה חזקה מאוד היא מתרחבת לשלב של ירידה בערך המוחלט של המתח. זאת מכיוון שבסיטואציות מעשיות, ישנם לעיתים קרובות מספר בועות אוויר המפרדות בו זמנית; או שיש רק בועת אוויר גדולה אחת, אבל כל הפרדה לא מכסה את כל שטח הבועה, אלא רק אזור מקומי.

ברור כי כמות המטענים של כל הפרדה אינה בהכרח זהה, ואכן ייתכן שהפרדות הפוכות, שאינן מיטיבות את המטענים המקובצים מקודם. במקום זאת, מתקבצים מטענים חיוביים ושליליים בסמוך לקיר הבועה, וגורמים להפרדה משטחית לאורך קיר הבועה. בנוסף, המרחב סמוך לקיר הבועה מוגבל. במהלך ההפרדה, נוצר ערוץ מוליך צר בתוך הבועה, המוביל לדליפות של חלק מהמטענים המרחביים שנוצרים מההפרדה.