Анализ принципа частичных разрядов

Анализ принципа частичных разрядов (1)

Под действием электрического поля в изоляционной системе разряд происходит только в некоторых областях и не проникает между проводниками с приложенным напряжением. Это явление называется частичным разрядом. Если частичный разряд происходит рядом с проводником, окруженным газом, его также можно назвать короной.

Частичный разряд может происходить не только на краю проводника, но и на поверхности или внутри изолятора. Разряд, происходящий на поверхности, называется поверхностным частичным разрядом, а тот, что происходит внутри, — внутренним частичным разрядом. Когда разряд происходит в воздушном зазоре внутри изолятора, обмен и накопление зарядов в воздушном зазоре обязательно отразятся в изменениях зарядов на электродах (или проводниках) на обоих концах изолятора. Отношение между этими двумя можно проанализировать с помощью эквивалентной схемы.

В качестве примера ниже объясняется процесс развития частичного разряда на примере кабеля с перекрестносшитым полиэтиленом. Когда в изоляционной среде кабеля есть небольшой воздушный зазор, его эквивалентная схема выглядит следующим образом:

На рисунке Ca — это емкость воздушного зазора, Cb — емкость твердого диэлектрика, последовательно соединенного с воздушным зазором, а Cc — емкость оставшейся целой части диэлектрика. Если воздушный зазор очень мал, то Cb намного меньше, чем Cc, и Cb намного меньше, чем Ca. Когда между электродами прикладывается переменное напряжение с мгновенным значением u, напряжение ua на Ca равно .

Когда ua увеличивается с u до достижения напряжения разряда U2 воздушного зазора, начинается разряд в воздушном зазоре. Пространственные заряды, образованные разрядом, создадут электрическое поле, вызывая резкое падение напряжения на Ca до остаточного напряжения U1. В этот момент искра гаснет, и один цикл частичного разряда завершен.

Во время этого процесса появляется соответствующий импульс частичного разрядного тока. Процесс разряда крайне короткий и может считаться мгновенно завершенным. Каждый раз, когда происходит разряд в воздушном зазоре, его напряжение мгновенно падает на Δua = U2 - U1. По мере того как приложенное напряжение продолжает возрастать, Ca снова заряжается, пока ua не достигнет U2, и воздушный зазор разряжается во второй раз.

В момент возникновения частичного разряда в воздушном зазоре генерируются импульсы напряжения и тока, которые, в свою очередь, создают движущиеся электрические и магнитные поля в линии. Обнаружение частичного разряда можно проводить на основе этих полей.

При фактическом обнаружении выясняется, что величина каждого разряда (то есть высота импульса) не равна, и разряды чаще всего происходят на этапе возрастания абсолютного значения амплитуды приложенного напряжения. Только при очень интенсивном разряде он распространяется на этап падения абсолютного значения напряжения. Это связано с тем, что в реальных условиях часто одновременно разряжаются несколько пузырьков воздуха; или есть только один большой пузырь, но каждый разряд не покрывает всю площадь пузыря, а только локальную область.

Очевидно, что количество заряда при каждом разряде не обязательно одинаково, и могут даже происходить обратные разряды, которые не нейтрализуют накопленные заряды. Вместо этого положительные и отрицательные заряды накапливаются около стенки пузырька, вызывая поверхностный разряд вдоль стенки пузырька. Кроме того, пространство около стенки пузырька ограничено. Во время разряда внутри пузырька формируется узкий проводящий канал, что приводит к утечке части пространственных зарядов, образованных разрядом.