Analyse van het principe van partiële ontlading

Analyse van het principe van partiële ontlaading (1)

Onder invloed van een elektrisch veld vindt in een isolatiesysteem ontlading alleen plaats in bepaalde gebieden en dringt niet door tussen de geleiders waarop spanning is aangebracht. Dit fenomeen wordt partiële ontlading genoemd. Als partiële ontlading plaatsvindt in de buurt van een geleider die omringd is door gas, kan dit ook corona worden genoemd.

Partiële ontlading kan niet alleen aan de rand van een geleider optreden, maar ook op of in een isolator. De ontlading die op het oppervlak plaatsvindt, wordt oppervlaktepartiële ontlading genoemd, en die binnenin optreedt, wordt interne partiële ontlading genoemd. Wanneer ontlading plaatsvindt in de luchtgaten binnen de isolator, zullen de wisselingen en accumulatie van ladingen in de luchtgaten noodzakelijkerwijs weerspiegeld worden in de ladingveranderingen van de elektroden (of geleiders) aan beide uiteinden van de isolator. Het verband tussen de twee kan worden geanalyseerd middels een equivalent circuit.

Hieronder wordt als voorbeeld een gekruiste polyethyleen kabel gebruikt om het ontwikkelingsproces van partiële ontlading te verduidelijken. Wanneer er een kleine luchtgat aanwezig is in de isolatiemedium van de kabel, is het equivalente circuit als volgt:

In de figuur is Ca de luchtgatcapaciteit, Cb de capaciteit van het vaste dielectrische materiaal in serie met de luchtgat, en Cc de capaciteit van het overige intacte deel van het dielectrische materiaal. Als de luchtgat zeer klein is, dan is Cb veel kleiner dan Cc en Cb veel kleiner dan Ca. Wanneer een wisselspanning met een momentane waarde van u tussen de elektroden wordt aangebracht, is de spanning ua over Ca .

Wanneer ua met u toeneemt tot de ontladingspanning U2 van de luchtgat, begint de luchtgat met ontladen. De ruimteladen die door de ontlading worden gegenereerd, zullen een elektrisch veld creëren, waardoor de spanning over Ca scherp daalt naar de restspanning U1. Op dat moment dooft de vonk uit, en is één cyclus van partiële ontlading voltooid.

Tijdens dit proces verschijnt een corresponderende stroomimpuls van partiële ontlading. Het ontladingsproces is extreem kort en kan worden beschouwd als instantane voltooiing. Elke keer dat de luchtgat ontladt, daalt de spanning daarvan instantane met Δua = U2 - U1. Terwijl de aangebrachte spanning blijft toenemen, laadt Ca zich opnieuw op totdat ua opnieuw U2 bereikt, en de luchtgat ontladt voor de tweede keer.

Op het moment dat partiële ontlading plaatsvindt, produceert de luchtgat spanning- en stroomimpulsen, die op hun beurt bewegende elektrische en magnetische velden in de lijn creëren. Op basis van deze velden kan partiële ontladingsdetectie worden uitgevoerd.

Bij daadwerkelijke detectie wordt vastgesteld dat de grootte van elke ontlading (dat wil zeggen, de pulshoogte) niet gelijk is, en ontladingen vinden meestal plaats in de fase van de stijgende periode van de absolute waarde van de amplitude van de aangebrachte spanning. Alleen bij zeer hevige ontladingen zal deze zich uitstrekken naar de fase van de dalende periode van de absolute waarde van de spanning. Dit komt omdat in praktische situaties vaak meerdere luchtbellen tegelijkertijd ontladen; of er is slechts één grote luchbel, maar elke ontlading bedekt niet het hele gebied van de bel, slechts een lokale regio.

Duidelijk is, dat de ladinghoeveelheid van elke ontlading niet per se hetzelfde hoeft te zijn, en er kunnen zelfs reverse ontladingen zijn, die de oorspronkelijk opgebouwde ladingen niet neutraliseren. In plaats daarvan accumuleren zowel positieve als negatieve ladingen in de buurt van de wand van de bel, wat leidt tot oppervlakteontlading langs de wand van de bel. Bovendien is de ruimte in de buurt van de wand van de bel beperkt. Tijdens de ontlading vormt zich een smalle geleidende kanaal binnen de bel, wat leidt tot het lekken van sommige ruimteladen die door de ontlading worden geproduceerd.