Analiza principa parcijalnog iskoračenja

Analiza principa parcijalnog iscrpljenja (1)

Pod dejstvom električnog polja, u sistemu izolacije, iscrpljenje se dešava samo u nekim regionima i ne prodira između vodilaca na koje je primenjeno napona. Ovaj fenomen se naziva parcijalno iscrpljenje. Ako se parcijalno iscrpljenje dešava blizu vodiča koji je okružen gasom, može se takođe nazivati korona.

Parcijalno iscrpljenje može nastati ne samo na ivici vodiča, već i na površini ili unutar izolatora. Iscrpljenje koje se dešava na površini se naziva površinsko parcijalno iscrpljenje, a ono koje se dešava unutar se naziva unutrašnje parcijalno iscrpljenje. Kada se iscrpljenje dešava u vazdušnom razmaku unutar izolatora, promene i akumulacija nabojâ u vazdušnom razmaku neizbežno će biti odražene u promenama naboja elektroda (ili vodiča) na oba kraja izolatora. Odnos između ova dva može se analizirati pomoću ekvivalentnog kruga.

Uzimajući kao primer križano povezan kabel od polietilena, ispod objašnjavamo proces razvoja parcijalnog iscrpljenja. Kada postoji mali vazdušni razmak unutar sredstva izolacije kabela, njegov ekvivalentni krug izgleda ovako:

Na slici, Ca predstavlja kapacitet vazdušnog razmaka, Cb kapacitet čvrstog dielektričnog materijala u seriji sa vazdušnim razmakom, a Cc kapacitet preostalog celokupnog dijela dielektričnog materijala. Ako je vazdušni razmak vrlo mali, tada je Cb mnogo manji od Cc i Cb je mnogo manji od Ca. Kada se AC napon sa trenutnom vrednošću u primeni između elektroda, napona ua preko Ca je .

Kada ua raste sa u do dostiženja napona iscrpljenja U2 vazdušnog razmaka, vazdušni razmak počinje da iscrpljuje. Prostorni naboji generisani iscrpljenjem će uspostaviti električno polje, što dovodi do brzog pada napona preko Ca do ostatak napona U1. Tada se iskre gasne, i jedan ciklus parcijalnog iscrpljenja je završen.

Tokom ovog procesa, javlja se odgovarajući impulsi struje parcijalnog iscrpljenja. Proces iscrpljenja je izuzetno kratki i može se smatrati završenim trenutno. Svaki put kada se vazdušni razmak iscrpljuje, njegov napon padne trenutno za Δua = U2 - U1. Dok se primenjeni napon nastavlja da raste, Ca ponovo se nabija dok ua ne dostigne U2, i vazdušni razmak iscrpljuje drugi put.

Trenutak kada se dešava parcijalno iscrpljenje, vazdušni razmak generiše impulse napona i struje, što stvara pokretna električna i magnetska polja u liniji. Detekcija parcijalnog iscrpljenja može se izvesti na osnovu ovih polja.

U praksi se otkriva da su veličine svakog iscrpljenja (tj. visina impulsa) nisu jednake, i iscrpljenja uglavnom se dešavaju u fazi rastuće apsolutne vrednosti amplituda primenjenog napona. Samo kada je iscrpljenje izuzetno intenzivno, proširuje se na fazu opadajuće apsolutne vrednosti napona. To je zato što u praksi često postoje više vazdušnih bubanja koja istovremeno iscrpljuju; ili postoji samo jedno veliko vazdušno bubanje, ali svako iscrpljenje ne pokriva ceo prostor bubanja, već samo lokalnu oblast.

Očigledno, količina naboja svakog iscrpljenja nije nužno ista, i mogu se čak dogoditi obrnuta iscrpljenja, koja možda ne neutrališu originalno akumulirane naboje. Umesto toga, pozitivni i negativni naboje se akumulišu blizu stene bubanja, što dovodi do površinskog iscrpljenja duž stene bubanja. Takođe, prostor blizu stene bubanja je ograničen. Tokom iscrpljenja, formira se uski vodljivi kanal unutar bubanja, što dovodi do propadanja nekih prostornih naboja generisanih iscrpljenjem.