1. Причина частичного разряда
Так называемый «частичный разряд» относится к разряду, при котором под действием электрического поля происходит разряд только в части области изоляционной системы, не образуя сквозного разрядного канала. Основной причиной частичного разряда является неоднородность диэлектрика, вследствие чего напряжённость электрического поля в различных областях изолятора распределяется неравномерно. В некоторых областях напряжённость электрического поля достигает значения пробивной напряжённости, и возникает разряд, тогда как остальные области сохраняют свои изоляционные свойства. Конструкция изоляции крупногабаритного электрооборудования сравнительно сложна, используемые материалы разнообразны, а распределение электрического поля по всей изоляционной системе крайне неравномерно. Из-за несовершенства проектного решения или технологического процесса изготовления в изоляционной системе могут присутствовать воздушные зазоры, либо в ходе длительной эксплуатации изоляция может увлажняться, а вода — под действием электрического поля разлагаться с выделением газа и образованием пузырьков. Поскольку диэлектрическая проницаемость воздуха меньше, чем у изоляционного материала, даже при воздействии на изоляционный материал сравнительно невысокого электрического поля напряжённость поля в воздушном зазоре или пузырьке будет весьма высока, и при достижении определённого значения напряжённости возникнет частичный разряд. Кроме того, наличие дефектов в изоляции или различных примесей, попавших в неё, а также плохой контакт отдельных электрических соединений внутри изоляционной конструкции приводят к локальной концентрации электрического поля; в местах такой концентрации могут возникать поверхностный разряд по твёрдой изоляции и разряд с плавающего потенциала.
2. Типы частичных разрядов
С точки зрения расположения, процесса разряда и явления частичного разряда частичные разряды можно разделить на три типа: внутренний разряд, поверхностный разряд и коронный разряд:
① Внутренний разряд
Распространённой причиной внутреннего частичного разряда является наличие воздушных зазоров в твёрдых изоляторах или воздушных пузырьков в жидкой изоляции. Механизм разряда во внутреннем воздушном зазоре изоляции изменяется в зависимости от изменения давления газа и электродной системы. С точки зрения процесса разряда его можно разделить на два типа: разряд, обусловленный ионизацией под действием электронного удара, и стримерный разряд; по форме проявления разряд делится на импульсный (искровой) и неимпульсный (свечение) — это две основные формы. Как правило, частичные разряды являются импульсными, и отдельный изолированный импульс разряда может наблюдаться при определённой фазе внешнего напряжения промышленной частоты. В теории картина разряда при внутреннем разряде симметрична в положительной и отрицательной полуволнах промышленной частоты, однако при идеальных условиях сопротивление изоляции материала вокруг воздушного зазора или пузырька не является бесконечным, и разряд может происходить вдоль воздушного зазора или вследствие поверхностного разряда на стенке пузырька; поэтому фактические картины разряда в положительной и отрицательной полуволнах промышленной частоты не полностью симметричны и в значительной степени зависят от конструкции электродной системы: чем более симметрична структура электродной системы, тем более симметричны картины разряда в положительной и отрицательной полуволнах промышленной частоты.
② Поверхностный разряд
На высоковольтном конце электрического оборудования из-за концентрации электрического поля и относительно низкой напряжённости поля поверхностного пробоя часто возникают поверхностные частичные разряды; процесс и механизм поверхностного разряда изоляторов схожи с процессом и механизмом внутреннего разряда в воздушном зазоре или пузырьке изоляционного материала, однако они различаются. Один конец разрядного пространства представляет собой изоляционную среду, а другой — электрод. Если электродная система является несимметричной, то картины разрядов, возникающие в положительной и отрицательной полуволнах промышленной частоты, также будут несимметричными. Когда один конец разряда соединён с высоковольтным электродом, а не участвующий в разряде электрод заземлён, разряд в положительной полуволне имеет большую величину, но происходит реже, тогда как в отрицательной полуволне количество разрядов велико, но их объём невелик. Если электродную систему поменять местами, то и картина разрядов также изменится на противоположную.
③ Коронный разряд
Коронный разряд обычно возникает, когда высоковольтный проводник полностью окружен газом. Поскольку молекулы газа свободно перемещаются, заряженные частицы, образующиеся при разряде, не фиксируются в определённой точке пространства. В системе электродов «игла–пластина» напряжённость поля вблизи острия иглы является максимальной, и именно там происходит разряд. Поскольку при отрицательной полярности электроны испускаются легче, а положительные ионы, сталкиваясь с катодом, вызывают вторичную электронную эмиссию, разряд в первую очередь возникает при отрицательной полярности. При низком приложенном напряжении импульсы коронного разряда появляются вблизи фазы 90° отрицательной полуволны приложенного напряжения и практически сим