부분 방전 원리 분석

부분방전 원리 분석 (1)

전기장의 작용 하에서 절연 시스템 내에서 방전이 일부 영역에서만 발생하고, 가해진 전압 사이의 도체를 관통하지 않는 현상을 부분방전이라고 합니다. 부분방전이 기체로 둘러싸인 도체 근처에서 발생하면 이를 코로나라고도 부릅니다.

부분방전은 도체의 가장자리뿐만 아니라 절연체의 표면이나 내부에서도 발생할 수 있습니다. 표면에서 발생하는 방전을 표면 부분방전이라고 하고, 내부에서 발생하는 방전을 내부 부분방전이라고 합니다. 절연체 내 공기 간극에서 방전이 발생할 때, 공기 간극 내의 전하 교환과 축적이 불가피하게 절연체 양단의 전극(또는 도체)의 전하 변화에 반영됩니다. 이 두 가지 사이의 관계는 등가 회로를 통해 분석할 수 있습니다.

아래에서는 교차결합 폴리에틸렌 케이블을 예로 들어 부분방전의 발전 과정을 설명하겠습니다. 케이블 절연 매질 내에 작은 공기 간극이 있을 때, 그 등가 회로는 다음과 같습니다:

그림에서 Ca는 공기 간극 용량, Cb는 공기 간극과 직렬로 연결된 고체 절연체 용량, Cc는 절연체의 나머지 무결한 부분의 용량입니다. 만약 공기 간극이 매우 작다면, Cb는 Cc보다 훨씬 작고, Cb는 Ca보다 훨씬 작습니다. 전극 사이에 순간 값이 u인 교류 전압이 가해질 때, Ca에 걸리는 전압 ua는 .

ua가 u와 함께 증가하여 공기 간극의 방전 전압 U2에 도달하면, 공기 간극에서 방전이 시작됩니다. 방전으로 생성된 공간 전하가 전기를 형성하여 Ca에 걸린 전압이 잔여 전압 U1까지 급격히 떨어집니다. 이 시점에서 스파크가 소멸되고, 하나의 부분방전 주기가 완료됩니다.

이 과정 동안 해당하는 부분방전 전류 맥동이 나타납니다. 방전 과정은 극히 짧으며 즉시 완료된 것으로 간주할 수 있습니다. 공기 간극이 방전할 때마다, 그 전압은 Δua = U2 - U1만큼 순간적으로 떨어집니다. 가해진 전압이 계속 상승하면서 Ca가 재충전되며, ua가 다시 U2에 도달하면 공기 간극이 두 번째로 방전합니다.

부분방전이 발생하는 순간, 공기 간극은 전압 및 전류 맥동을 생성하며, 이는 차례로 선로에서 이동하는 전기 및 자기장을 생성합니다. 이러한 필드를 기반으로 부분방전 검출을 수행할 수 있습니다.

실제 검출에서는 각 방전(즉, 맥동 높이)의 크기가 같지 않다는 것을 발견했습니다. 방전은 대부분 가해진 전압 진폭의 절대값 상승 단계에서 발생하며, 방전이 매우 강할 때만 전압의 절대값 하락 단계로 확장됩니다. 이는 실제 상황에서 종종 여러 기포가 동시에 방전하거나, 하나의 큰 기포가 있지만 각 방전이 기포 전체 면적을 덮지 않고 국소적인 영역에서만 발생하기 때문입니다.

명백히, 각 방전의 전하량은 반드시 같지 않을 수 있으며, 심지어 역방전이 발생할 수도 있습니다. 이는 원래 축적된 전하를 중화시키지 못하고, 대신 양성 및 음성 전하가 기포 벽 근처에 축적되어 기포 벽을 따라 표면 방전을 유발할 수 있습니다. 또한, 기포 벽 근처의 공간은 제한적입니다. 방전 중에 기포 내부에 좁은 도전 채널이 형성되어 방전으로 생성된 일부 공간 전하가 누출될 수 있습니다.