Analisi del principio della scarica parziale

Analisi del Principio della Scarica Parziale (1)

Sotto l'azione di un campo elettrico, in un sistema di isolamento, la scarica si verifica solo in alcune regioni e non attraversa i conduttori con la tensione applicata. Questo fenomeno è chiamato scarica parziale. Se la scarica parziale si verifica vicino a un conduttore circondato da gas, può anche essere chiamata corona.

La scarica parziale può verificarsi non solo all'estremità di un conduttore ma anche sulla superficie o all'interno di un isolante. La scarica che si verifica sulla superficie è chiamata scarica parziale superficiale, e quella che si verifica all'interno è chiamata scarica parziale interna. Quando la scarica si verifica nella fessura d'aria all'interno dell'isolante, lo scambio e l'accumulo di cariche nella fessura d'aria saranno inevitabilmente riflessi nei cambiamenti di carica degli elettrodi (o conduttori) alle due estremità dell'isolante. La relazione tra i due può essere analizzata mediante un circuito equivalente.

Prendendo come esempio un cavo in polietilene reticolato per spiegare il processo di sviluppo della scarica parziale. Quando c'è una piccola fessura d'aria all'interno del mezzo di isolamento del cavo, il suo circuito equivalente è mostrato come segue:

Nella figura, Ca è la capacità della fessura d'aria, Cb è la capacità del dielettrico solido in serie con la fessura d'aria, e Cc è la capacità della parte rimanente intatta del dielettrico. Se la fessura d'aria è molto piccola, allora Cb è molto più piccola di Cc e Cb è molto più piccola di Ca. Quando viene applicata una tensione alternata con un valore istantaneo u tra gli elettrodi, la tensione ua su Ca è .

Quando ua aumenta con u fino a raggiungere la tensione di scarica U2 della fessura d'aria, la fessura d'aria inizia a scaricare. Le cariche spaziali generate dalla scarica stabiliranno un campo elettrico, causando una diminuzione repentina della tensione su Ca alla tensione residua U1. A questo punto, la scintilla si spegne e un ciclo di scarica parziale è completato.

Durante questo processo, appare un impulso di corrente di scarica parziale corrispondente. Il processo di scarica è estremamente breve e può essere considerato completato istantaneamente. Ogni volta che la fessura d'aria scarica, la sua tensione diminuisce istantaneamente di Δua = U2 - U1. Mentre la tensione applicata continua ad aumentare, Ca si ricarica fino a quando ua raggiunge nuovamente U2, e la fessura d'aria scarica per la seconda volta.

Al momento in cui si verifica la scarica parziale, la fessura d'aria genera impulsi di tensione e corrente, che a loro volta creano campi elettrici e magnetici mobili nella linea. La rilevazione della scarica parziale può essere effettuata basandosi su questi campi.

Nella rilevazione effettiva, si scopre che l'entità di ogni scarica (cioè l'altezza dell'impulso) non è uguale, e le scariche si verificano principalmente nella fase di ascesa del valore assoluto dell'ampiezza della tensione applicata. Solo quando la scarica è estremamente intensa si estenderà alla fase di discesa del valore assoluto della tensione. Questo perché in situazioni pratiche, ci sono spesso molte bolle d'aria che scaricano simultaneamente; oppure c'è solo una grande bolla d'aria, ma ogni scarica non copre l'intera area della bolla, solo una regione locale.

Ovviamente, la quantità di carica di ogni scarica non è necessariamente la stessa, e possono verificarsi anche scariche inverse, che potrebbero non neutralizzare le cariche accumulate originariamente. Al contrario, entrambe le cariche positive e negative si accumulano vicino alla parete della bolla, causando una scarica superficiale lungo la parete della bolla. Inoltre, lo spazio vicino alla parete della bolla è limitato. Durante la scarica, si forma un canale conduttivo stretto all'interno della bolla, causando la perdita di alcune cariche spaziali generate dalla scarica.