Аналіз принципу часткового зразку

Аналіз принципу часткового випробування (1)

Під дією електричного поля у системі ізоляції відбувається розряд лише в деяких областях, не проникаючи між провідниками з прикладеним напругою. Це явище називається частковим розрядом. Якщо частковий розряд відбувається поблизу провідника, оточеного газом, його також можна назвати корона.

Частковий розряд може відбуватися не тільки на краю провідника, але й на поверхні або всередині ізолятора. Розряд, що відбувається на поверхні, називається поверхневим частковим розрядом, а той, що відбувається всередині, — внутрішнім частковим розрядом. Коли розряд відбувається у повітряному проміжку всередині ізолятора, обмін та накопичення зарядів у цьому проміжку необхідно відобразиться у зміні зарядів електродів (або провідників) на обох кінцях ізолятора. Зв'язок між двома можна проаналізувати за допомогою еквівалентної схеми.

Нижче, як приклад, пояснюється процес розвитку часткового розряду на прикладі кабелю з перехреснопов'язаним поліетиленом. Якщо всередині ізоляційної середовини кабелю є невеликий повітряний проміжок, його еквівалентна схема має наступний вигляд:

На малюнку Ca — це ємність повітряного проміжку, Cb — ємність твердого диелектрика, що знаходиться в ряду з повітряним проміжком, а Cc — ємність залишкової цілісної частини диелектрика. Якщо повітряний проміжок дуже малий, то Cb значно менший за Cc і Cb значно менший за Ca. Коли до електродів прикладається чергова напруга з моментальною величиною u, напруга ua на Ca становить .

Коли ua зростає разом з u і досягає напруги розряду U2 повітряного проміжку, повітряний проміжок починає розряджатися. Просторові заряди, створені розрядом, встановлюють електричне поле, що призводить до гострого падіння напруги на Ca до залишкової напруги U1. В цей момент спалах гасне, і завершується один цикл часткового розряду.

У цей час відбувається відповідний імпульс часткового розрядного струму. Процес розряду надзвичайно короткий і може бути вважений завершеним моментально. Кожного разу, коли повітряний проміжок розряджається, його напруга миттєво падає на Δua = U2 - U1. Під час продовженого зростання прикладеної напруги Ca знову заряджується, поки ua знову не досягне U2, і повітряний проміжок розряджується другий раз.

В момент виникнення часткового розряду повітряний проміжок створює імпульси напруги та струму, що, в свою чергу, створюють рухомі електричні та магнітні поля в лінії. Виявлення часткових розрядів можна проводити на основі цих полів.

При фактичному виявленні виявляється, що величина кожного розряду (тобто висота імпульсу) не однакова, і розряди переважно відбуваються на фазі зростання абсолютного значення амплітуди прикладеної напруги. Лише при надзвичайно інтенсивних розрядах вони розтягуються до фази спадання абсолютного значення напруги. Це тому, що в практичних ситуаціях часто одночасно відбуваються розряди кількох повітряних бульбашок; або ж є лише одна велика бульбашка, але кожен розряд не охоплює всієї площі бульбашки, а лише локальну область.

Очевидно, що кількість заряду кожного розряду не обов'язково однакова, і можуть відбуватися зворотні розряди, які можуть не нейтралізувати початково накопичені заряди. Натомість, додатні та від'ємні заряди накопичуються поблизу стіни бульбашки, що призводить до поверхневого розряду вздовж стіни бульбашки. Додатково, простір поблизу стіни бульбашки обмежений. Під час розряду усередині бульбашки формується вузький провідний канал, що призводить до витоку деяких просторових зарядів, створених розрядом.