Analiza principa djelomičnog iscrpljenja (1)
Pod dejstvom električnog polja, u sustavu izolacije, iscrpljenje se događa samo u nekim regijama i ne prodira između vodilaca s primjenjenim naponom. Ovaj pojav se naziva djelomično iscrpljenje. Ako se djelomično iscrpljenje dogodi blizu vodilca okruženog plinom, može se također nazivati korona.
Djelomično iscrpljenje može se dogoditi ne samo na rubu vodilca, već i na površini ili unutar izolatora. Iscrpljenje koje se događa na površini naziva se površinsko djelomično iscrpljenje, a ono koje se događa unutar izolatora naziva se unutarnje djelomično iscrpljenje. Kada se iscrpljenje dogodi u zračnom razmaku unutar izolatora, razmjena i akumulacija promjena nabojnosti u zračnom razmaku nužno će se odraziti u promjenama nabojnosti elektroda (ili vodilaca) na oba kraja izolatora. Međusobni odnos ove dvije varijable može se analizirati pomoću ekvivalentnog kruga.
Kao primjer, ispod objašnjavamo razvojni proces djelomičnog iscrpljenja uzimajući križano povezan polietilenski kabel. Kada postoji mali zračni razmak unutar izolacijskog medija kabela, njegov ekvivalentni krug prikazan je ovako:
Na slici, Ca predstavlja kapacitet zračnog razmaka, Cb kapacitet čvrstog dielektričnog materijala u seriji s zračnim razmakom, a Cc kapacitet preostalog nepokvarenog dijela dielektričnog materijala. Ako je zračni razmak vrlo mali, tada je Cb mnogo manji od Cc i Cb mnogo manji od Ca. Kada se između elektroda primijeni AC napon s trenutnom vrijednošću u, napon ua preko Ca iznosi .
Kada ua raste s u do dosega naponske vrijednosti U2 zračnog razmaka, zračni razmak počinje s iscrpljenjem. Prostorni naboje generirani iscrpljenjem stvorit će električno polje, što će dovesti do brzog pada napona preko Ca na ostatak napona U1. U tom trenutku, iskre gaše, i jedan ciklus djelomičnog iscrpljenja je završen.
Tijekom ovog procesa, javlja se odgovarajući impulz djelomičnog iscrpljenja struje. Proces iscrpljenja je izuzetno kratkotrajan i može se smatrati završenim trenutno. Svaki put kada zračni razmak iscrpljuje, njegov napon padne trenutno za Δua = U2 - U1. Dok primijenjeni napon nastavlja rasti, Ca ponovno nabija sve dok ua ne doseže U2, a zračni razmak iscrpljuje drugi put.
U trenutku kada se dogodi djelomično iscrpljenje, zračni razmak generira impulze napona i struje, koji zatim stvaraju pokretne električne i magnetske polja u liniji. Detekciju djelomičnog iscrpljenja može se provesti temeljem ovih polja.
U stvarnoj detekciji utvrđeno je da veličina svakog iscrpljenja (tj. visina impulza) nije jednaka, a iscrpljenja uglavnom se događaju u fazi porasta apsolutne vrijednosti amplituda primijenjenog napona. Samo kada je iscrpljenje izuzetno intenzivno, prošireće se na fazu pada apsolutne vrijednosti napona. To je zato jer u praktičnim situacijama često postoje više plinskih mehura koji istodobno iscrpljuju; ili postoji samo jedan veliki plinski mehur, ali svako iscrpljenje ne pokriva cijelu površinu mehura, već samo lokalnu regiju.
Očito, količina naboja svakog iscrpljenja ne mora biti nužno jednaka, i mogu se čak dogoditi obrnuta iscrpljenja, koja možda ne neutraliziraju originalno akumulirane naboje. Umjesto toga, pozitivni i negativni naboje se akumuliraju blizu zidova mehura, što dovodi do površinskog iscrpljenja duž zida mehura. Također, prostor blizu zida mehura je ograničen. Tijekom iscrpljenja, unutar mehura formira se uski vodljivi kanal, što dovodi do curenja nekih prostornih naboja generiranih iscrpljenjem.
