PARCIJALNA PRANJENJAU VRSTOJ IZOLACIJI

Opa razmatranja

U principu je veoma teko proizvesti vrstu izolaciju u kojoj nee biti prisutne upljine ispunjene plinom. Tokom lijevanja ili izvlaenja (ekstrudiranja) lahko se formiraju male upljine, esto sferoidalnog oblika, ispunjene plinom. U sluaju slojevite izolacije na mjestima spoja dvaju slojeva mogu se formirati ranaste kovitacije. Ista se stvar moe dogoditi zbog loeg kontakta izmeu elektroda i izolacije.U sferoidalnoj upljini (sl.la) koja predstavlja samo mali dio debljine izolacije ima se elektrino naprezanje

E - naprezanje u vrstoj izolaciji u odsustvu upljine sr - relativna dielektrika propustljivost vrste izolacije.U ravnoj upljini normalnoj na smjer elektrinog polja (si. l.b ) ima se elektrino polje

U oba ova sluaja naprezanje u upljini vee je od onog u vrstoj izolaciji. Ovo naprezanje moe dovesti do proboja u upljini ukoliko njegov iznos (ovisan o radnom naprezanju izolacije i njenoj dielektrinoj propustljivosti) premai minimum Pashenove krive (3kV/mm za zrak kod normalne temperature i atmosferskog pritiska).S obzirom da je radno naprezanje u visokonaponskoj opremi obino toliko da njegovproizvod sa odnosno sa

premauje minimum Pashenove krive, to se, ovisno o dimenzijama upljine i pritisku gasa koji vlada u upljini (prizvod p-d), u upljini moe pojaviti proboj gasa. Kod izmjeninog napona takva e se parcijalna praznjenja javiti najmanje jeadnput u toku trajanja poluperiode i prouzroiti postepeno razaranje izolacije. Ovo razaranje se dogada u tri prave a:

1) Bombardiranje izolacije to okruuje upljinu od strane iona i elektrona;2) Hemijske reakcije u okolnoj izolaciji (posebice kod organskih izolacionih materijala);3) Radijacija iz praznjenja - ultraviolenta radijacija ima energiju dovoljnu da prekida veze u organskoj materiji.

Nastalo panjenje formira se u uskom kanalu u pravcu djelovanja sila elektrinog polja. Kad dostigne povrinu dielektrika ono biva praeno praznjenj ima du te povrine. Na taj nain, znaajan dio povrine upljine postaje utjecan ovom pojavom. Formira se sloj povrinsicog naboja koji, odmah nakon to praznjenje prestane, dovodi do toga da naprezanje u upljini7 postane jednako nuli ili se svodi na samo mali dio vrijednosti to se imala prije praznjenja. Praznjenje se razvija veoma brzo (u pitanju su nanosekunde), struja opada na nulu poto se plazmeni kanal dejonizira i ponovo postaje izolacioni kanal.

Parcijalna praznjenja se mogu takoer javiti u uljem ispunjenim upljinama. U praktinim konstrukcijama takve upljine se cesto sreu - izmeu slojeva papira u uljem impregniranoj izolaciji transformatora i kabela. Ako doe do proboja ulja formirae se gasom ispunjeni mjehur i u tom mjehuru e se javiti gasna praznjenja. S obzirom da je ulje u stanju apsorbirati gasove uspostavie se balans izmeu apsorbiranog gasa i onog to ga izazove praznjenje. Rezultat mogu biti gaenje, narastanje ili stabilno gorenje praznjenja. Uljem impregnirana izolacija mora biti dizajnirana tako da se u slojevima ispunjenim uljem kod normalnog naprezanja ne javljaju praznjenja poto njihovo prolongirano djelovanje moe proizvesti oteenje vrste izolacije.

Jaka parcijalna panjenja mogu proizvesti efekte koji djeluju na naa cula, dok to nije sluaj kad se radi o pranjenjima slabijeg intenziteta. S obzirom da postoji potreba da saznamo postoje li u izolaciji parcijalna panjenja i koliki je njihov intenzitet mi emo istraiti mogunost za njihovu elektrinu detekciju i mjerenje. U tu svrhu polazimo od pojednostavljenog elektrinog kruga na si.2.

Pretpostavimo da se u objektu to je predmetom naeg istraivanja dogaa praznjenje u jendoj upljini, sa c oznaimo kapacitet upljine, a sa b kapacitet u seriji sa c koji se sastoji iz dva kapaciteta bi i b2 izmeu zidova upljine i elektroda (sl.2.b); sa a je oznaen kapacitet preostalog dijela objekta.

Izvor napona predstavljen je njegovim Theveninovim ekvivalentom; ems u(t) i impedansa Zj. Obino je b c i b a.Kad se u upljini javi praznjenje napon koji otpada na upljinu e skoro trenutano s vrijednosti napona paljenja Uto pasti na vrijednost gaenja Uro- Ovom opadanju napona

odgovara injektiranje naboja q; na kapacitetu C (strujni impuls i = qi 5(t); 8(t) -Dirac-ova funkcija).

Ako pretpostavaimo da Zj ne sadri paralelne kapacitete onda se tokom kratkog vremenskog intervala (10~8s) tokom kojega traje praznjenje moe smatrati da u vanjskom krugu ne tee struja. Tokom tog intervala ima se ekvivalentni krug prikazan na si.3

Naboj injektiran na kapaciteti! C iznosi

Ovaj se naboj ne moe mjeriti u vanjskom krugu, medutim, na kapaciteti! a moe se ustvrditi mala promjena napona:

Odmah nakon to prestane praznjenje u vanjskom e krugu tranzientna struja uspostaviti napon naispitnom objektu. Ova struja predstavlja naboj

Ovaj naboj naziva se p r i v i d n i naboj i koristi se kao mjera inteziteta praznjenja. On se definira kao: naboj koji mora biti prenesen objektu ispitivanja od strane vanjskog izvora kako bi se nakon prestanka parcijalnog praznjenja na objektu ispitivanja ponovno uspostavio napon. Pogledajmo poblie to se dogaa u naem ekvivalentnom krugu. Ukoliko nema praznjenja na upljini e vladati napon:

Ovaj je napon predstavljen iscrtkanom krivom na SI 4.Ovaj je napon predstavljen iscrtkanom krivom na SI 4.Ovaj je napon predstavljen iscrtkanom krivom na SI 4.Ovaj je napon predstavljen iscrtkanom krivom na SI 4.

Ovaj je napon predstavljen iscrtkanom krivom na Sl 4

Kad U] dostigne vrijednost napona paljenja, odigrac se praznjenje, tako da e se napon na upljini sniziti za AU i biti:

poto se praznjenje odmah gasi, a napon na upljini mijenja na isti nain kao da se ono nije ni pojavilo.

Kad u trenutku t = t2 napon na upljini ponovno dostigne vrijednost napona parjenja -Uto, ponovno e se dogoditi praznjenje. Vrijeme 12 moemo odrediti iz jednadbe:

Nakon toga e napon na upljini biti jednak:

Nakon promjene polariteta napon na upljini ponovno e dostii vrijednost Uto. Kao to se vidi sa sa si.4 imae se etiri praznjenja po poluperiodi. U opem sluaju taj broj se moe utvrditi na osnovi razmatranja to slijedi:Uzmimo da je napon podeen tako da se praznjenje ima svaki put kad je napon u svom maksimumu. Napon na upljini imae oblik prikazan na si.5.

Sa slike se ima daje:

Kao to smo ve kazali gornja jednadba vrijedi pod uvjetom da praznjenje imamo na vrhovima napona. Ako napon neznatno snizimo broj praznjenja e se sniziti za jedan. Ako primjenjeni napon poviujemo od nule, praznjenje e zapoeti kad efektivna vrijednost napona premai napon zaetka praznjenja Ub. Relacija s naponom paljenja U,o glasi

SI.6 prikazuje napon na upljini u tom sluaju.

Kad praznjenje jedanput zapone napon se moe i sniziti bez da doe do prestanka praznjenja. Ako se, meutim, primjenjeni napon snizi na efektivnu vrijednost napona gaenja Us praznjenje e prestati. Odmah iznad tog napona imae se jedno praznjenje svaki put kad napon dostigne svoj vrh -si. 7

Relacija izmeu Us i Uromoe se nai ako se u izrazu (10) stavi n =1.

Razmotrimo sada energij u sto se oslobodi kod jednog praznjenja. Ako pretpostavimo da u prvom momentu iz vanjskog izvora nije prenesena nikakva energija, onda e energija sto se oslobodila u upljini biti jednaka razlici energija u krugu upravo prije i upravo nakon praznjenja.

i uvrtavajui (Uto+Uro) izjednabe (13) imamo

Kao to vidimo energiju praznjenja moemo izraziti preko prenesenog naboja qs i napona gaenja Us, pri emu se obje o ve veliine mogu mjeriti u vanjskom krugu.

U realnim situacijama slika nije posve jednostavna kao to smo je ovdje opisali.Kao prvo u pitanju je veliki broj upljina ije dimenzije imaju statistiku raspodjelu, to sve skupa ovisi o materijalu i procesu njegove proizvodnje. Detaljnija analiza pokazae da je u pitanju neto drugaija slika.

1.2 Mjerenje parcijalnih praznjenja1.2.1 Veliine koje karakteriziraju intenzitet praznjenjaPostoji nekoliko naina na koje je mogue opisati intenzitet parcijalnih praznjenja:

a) Naboj prenesen kroz upljinub) Kao prvo, ovaj naboj bi mogao biti mjera intenziteta praznjenja. Ve smo imali

priliku vidjeti da je,u sluaju kad je objekat veliki u usporedbi sa dimenzijama upljine (vidi jednadbu (4)), ovaj naboj priblino jednak iznosu:

jasno je naravno da ne postoji praktina mogunostza mjerenje ovog naboja.

b) Prividni nabojZa razliku od stvarnog prenesenog naboja prividni naboj qs, odreden izrazom (6)

moe se detektirati u vanjskom krugu, s obzirom daje on ustvari mjera promjene napona (Au) to je prouzroi praznjenje na ispitnom objektu. Detektor koji je u stanju odazvati se na ovu promjenu napona u stanju je dakle da izmjeri prividnu koliinu elektriciteta.

S druge strane, kao to smo vidjeli iz izaza (15), prividni naboj qs predstavlja mjeru energije parcijalnog praznjenja, pa prema tome moemo ga smatrati veliinom koja karakterizira intenzitet parcijalnog panjenja.

c) Energija praznjenjaS obzirom na ranije predoen mehanizam praznjenja, jasno je da energija praznjenja predstavlja veliinu to karakterizira njegov intenzitet.Ukupna energija to se oslobodi tokom jedne periode izmjenine struje predstavlja sumu energija pojedinanih praznjenja to su se za to vrijeme dogodila u objektu

Ova se energija moe kvantificirati koristenjem Scheringovog mosta ili s pomou specijalnih detektora. Ona se moe iskoristiti kao mjera kvaliteta izolacije uzorka u kojemu se istodobno dogada veliki broj praznjenja. U opem sluaju, meutim, ovaj metod se ne preferira poto ne pravi nikakvu razliku izmeu situacije u kojoj se ima samo nekoliko praznjenja to mogu biti veoma opasna po objekat i one u kojoj se ima vie malih praznjenja koja mogu biti posve nekodljiva po njegov dalj nji rad.

Na osnovi izloenog moe se zakljuiti da prividna koliina elektriciteta -prividni naboj-naboj prenesen kroz objekat ispitivanja koji je posljedica praznjenja to se

u njemu dogodilo, predstavlja veliinu koju je najpogodnije koristiti kao mjeru intenziteta praznjenja. Ovaj izbor potvruje slijedee injenice:

1) Mogue je identificirati najintenzivnije praznjenje;2) Prividni naboj je u jednostavnoj relaciji s enrgijom praznjenja;3) Jednostavno gaje izmjeriti;4) On je dobra mjera za komparaciju osjetljivosti razliitih detektora praznjenja.

1.3 Osnovi detekcije i mjerenje parcijalnih praznjenja1.3.1 Elektrina detekcija

Kao to smo imali priiiku vidjeti, pojam praznjenja u upljini sto je sadri ispitivaniobjekat dovodi do iznenadne promjenje napona na samom objektu i to tako daje ta promjena u direktnoj relaciji s pri vidnim nabojem qs.

To je, u principu, ekvivalentno krugu u kojemu generator praznjenja injektira jecranstrujni impuls naboja qs na prikljunice objekta ispitivanja -si.8.

Zj - impedansa izvoraCk - spreni kondenzatorOI - objekat ispitivanjaZm - mjerna impedanseqs - prividni nabojO - osciloskop ili instrument za mjerenje vrne vrijednosti

Ovaj naboj izaziva pad napona na mjernoj impedansi Zm (jednak je nuli kad napon na kondenzatoru za spregu - slui da bi omoguio prolaz viskofrekventnim impulsima - bude jednak naponu na ispitnom objektu). Oigledno je da e vrna vrijednost mjernog signala biti proporcionalna prividnom naboju qs. Oblik tog signala naravno je funkcija mjerne impedanse, kapaciteta kondenzatora za spregu Ck i kapaciteta ispitnog objekta.

Na si.9 prikazan je oblik signala na mjernoj impedansi u sluajevima kad se ona sastoji iz jednog paralelnog R-C kruga (sl.9a) odnosno paralelnog R-L-C kruga (sl.9b).

Za sluaj R-C mjerne impedanse odziv je jednak

Kao to vidimo iz gornjih jednadbi:

1) visina impulsa proporcionalna je prividnom naboju qs;2) visina impulsa ne ovisi o otporu R, meutim kod malog R ima se otar impuls (mala vremenska konstanta) kojeg je teko pojaati;3) kod velikih kapaciteta ispitnog objekta (aC i Ck)4) Iz (16) i (18) se vidi neophodnost upotrebe kondenzatora za spregu Ck -u protivnom se ima veliki odnos C/Ck to znai da bi vrh impulsa bio neodstatan za detekciju

Oba prikazana kruga su veoma osjetljiva na impulsne umove to mogu biti generirani u ispitnom krugu (npr.: korona praznjenja u vodiima izoliranim zrakom) ili onim to se prenose u ispitni krug iz drugih izvora. Ove smetnje limitiraju donju granicu osjetljivosti ureaja to se koristi za mjerenje parcijalnih praznjenja. Nju je mogue sniziti primjenom tzv. metoda balansirane detekcije.

Svi krugovi za mjerenje parcijalnih praznjenja se kalibiraju ponovljenim injektiranjem impulsa poznate amplitude na prikljunice ispitnog objekta.

PARCIJALNA PRANJENJA

Openito i problem generiranja signala

Ovdje emo iznijeti fundamentalna gledanja na problem PP kako bi italac stekao prvu predodbu. Nakon toga iznijet emo aspekt detekcije i mjerenja PP za pojedine vrste opreme.

Zato su PP vrua tema? PP mogu se javiti u vrstim, tenim i gasovitim dielektricima i to na nain koji nee utjecati na visinu probojnog napona kojeg ustanovljavamo prilikom v. n. ispitivanja. Druga bitna znaajka PP sastoji se u injenici da PP uzrokuju konaan kvar u veini sistema nakon to prode dugo vremena (ponekad vie godina) od momenta stavljanja sistema u pogon. PP mogu biti generirana na razliite naine. S praktike take gledanja PP se pojavljaju u sluajevima kad neka forma elektrine aktivnosti unutar sistema dovede do brzih promjena u konfiguraciji elektrinog polja, a to onda uzrokuje proticanje struje u vodiu koji je spojen s okolnim svijetom. Da bi se prepoznala kao posljedica PP, struja koja se inducira u vanjskom krugu mora biti dovoljno velika da se izvri njezina detekcija i mora se pojaviti dovoljan broj puta da bi se razlikovala od utjecaja sluajnih umova.

Testovi PP se primjenjuju za iroki rang v.n aparata, uz koristenje mnogobrojnih tehnika detekcije. Ponekad se za odreene aparate i odreene prilike koristi akustika detekcija, a u drugim prilikama je najosjetljivija optika detekcija, meutim u veini aplikacija koristi se elektrika detekcija.

Prvo emo se pozabaviti odgovorni na pitanje kako PP koja se javljaju unutar ispitnog uzorka generiraju signal koji se moe mjeriti izvan aparata koji se ispituje. Kao to emo vidjeti prijenosna funkcija izmeu fenomena koji se odigravaj u unutar aparata koji se ispituje i signala koji semoe mjeriti u "vanjskom svijetu" moe biti promjenljiva u irokim granicama. Zbog toga izmjerana vrijednost veliine PP rijetko kada ima apsoltni znaaj i cesto se deklarira kao "efektivna vrijednost PP" kako bi se naglasila ova injenica.

Najei izvori PP su plivajue komponente, korona i upljine. Razmotriemo svaki od ovih fenomena kako bi objasnili kako oni generiraju struju u vanjskom krugu.

Plivajue komponente

Prvo emo razmotriti o vaj sluaj, ne zbog toga to je on najvaniji nego iz razloga to se na njemu najjednostavnije mogu ilustrovati neke od najvanijih znaajki PP-a. Razmotrimo primjer odstojnika (spejsera) u koaksijalnoj konfiguraciji kak ve sreemo u gasom izoliranim prostorijama, iji je zadatak da nosi i izolira fazni vodi.

U ovom primjeru sistem je dizajniran tako da vodi moe kliziti kroz odstojnik omoguavajui razliito, termiko irenje oklopa i vodia. Odstojnik je izljeven na aluminijski umetak koji podrava "O" ringove na kojima klizi vodi Sl.l. Ukoliko ne postoji nikakava veza izmeu aluminijskog umetka i vodia, aluminijski umetak e biti "plivajui" tj nalazie se na ne dobro definisanom elektrinom potecijalu. Ako je aluminijski umetak plivajui a potencijalna razlika (napon) izmeu njega i vodia dovoljno velika da probije gasom ispunjeni razmak izmeu njih, pojavie se praznjenje koje e izjednaiti naponsku razliku to je ranije postojala (aproksimativno).Postavlja se odamah logino pitanje: "U kojim e se okolnostirna izmeu umetka i vodia razviti znaajan napon". Na prvi pogled moglo bi se pomisliti da napon umetka ostaje fiksan dok se napon vodia mijenja tako da je neizbjeno postojanje velike razlike potencijala izmeu njih. Ovo meutim, nije tako. Pretpostavimo da sistem startuje s naponom nula, da nema naboja niti

na jednoj komponeneti sistema i da vrimo postepeno podizanje izmjeninog napona do radnog napona sistema.

Za momenat zamislimo da odstojnik ima e+1 (isto kao gas) i da umetak ima veomamalu radijalnu debljinu. U tom sluaju e potencijal umetka biti odreden kapacitivnim djeliteljem izmeu vodia i umetka i umetka i oklopa. Poto je debljina umetka mala bie slaba i distorzija elektrinog polja izazvana njegovim prisustvom. Dakle, prisustvo tankog plivajueg metalnog umetka, samo po sebi ne izaziva distorziju polja niti pojam PP-a. Poveanjem debljine umetka remeti se kapacitivna raspodjela i elektriko polje u gasom ispunjenom razmaku izmeu umetka i vodia postaje vee nego je elektriko polje drugdje u gasu.

Sl 1. Tipina geometrija odstojnika tipa disk koji nosi vodi u SF6 postrojenju. Ukoliko veza izmeu umetka i vodia nije efikasna postoji vjerovatnost za pojavu PP. PP su dobro ekranizirana tako da ne utjeu na probojni napon sistema tj. da se ovaj defekt moe ostati nezapae nprilikom VN testiranja. PP uzrokuje dekompoziciju gas a SF6 i formiranje korozivnih i o tr ovnih produkata koji mogu nakon perioda od nekoliko mjeseci uzrokovati kvar u sistemu.

Sl.2 Trodimenzionalni prikaz maksimalnog napona izmeu vodia i metalnog umetka (bez PP) u funkciji radijalne debljine umetka i dielektrine propustljivosti odstojnika. Kao sto se vidi radijalna debljina ima malog utjecaja, a dielektrina propustljivost ima znaajan utjecaj. Trei set linija (pored mree X i Y) su linije konstantne razlike potencijala s razmakom od 4kV s prvom linijom na 6kV. Parametri na ko jima je baziran proraun dati su u primjeru koji slijedi.

Meutim ako poveamo dielekrinu propustljivost odstojnika od 1 na 4, to je primjereno odstupnicima koje sreemo u praksi, doi e do poveanja kapaciteta izmeu metalnog umetka i oklopa za filter 4, pa prma tome i do poveanja razlike potencijala (napona) izmeu metalnog umetka i vodia (Sl.2). ak i kad debljina umetka tei nuli, odstojnik sa =4 je dovoljan da izazove PP u uvjetima koji su dati u primjeru koji slijedi. Moemo zakljuiti da uzrok pojave PP od strane plivajue komponente nije jednostavna injenica postajanja rastojanja nego kombinacija rastojanja i dielektrine propustljivosti odstojnika.

Kad napon izmeu metalnog umetka i vodia postane dovoljno visok da izazove proboj, bie prenesena dovoljna koliina elektrinog naboja da metalni umetak dovede na potencijal to je priblino jednak potencijalu vodia.

Ako pretpostavimo daje probojni napon razmaka vodia - metalni umetak 8kV za sistem koji se razmatra, na si.3 prikazana je razlika potencijala izmeu vodia i umetka (data je takoer razlika potencijala koja se ima u sluaju da ne dolazi do pojave PP).

Kao to vidimo, za vrijeme kratkog poluperioda sinusoidalnog vala imaju se tri ili etiri potencijalna praznjenja. Ova slika predstavlja karakteristiki! plivajuih komponenata.

Kao to je to pokazano u donjem numerikom primjeru relacija izmeu izmjerene "efektivne" veliine PP i onoga to se zaista dogaa u sistemu ovisi o geometrijskim faktorima. Ukoliko je poznata lokacija PP u sistemu takvi faktori se mogu uzeti u obzir. Meutim, ukoliko ovi geometrijski faktori nisu poznati, stoje obino sluaj, tad se mora postupiti "na oravo" - na mjerenje intenziteta efektivnih PP u vanjskom krugu.

U mnogim sistemima je izmjerena "efektivna" vrijednost PP u inverznom odnosu s veliinom sistema. Tako je u mnogim sistemima efektivna vrijednost PP grubo inverzno proporcionalna naponskom nivou. Ako, npr, specifikacija kae da je prihvatljivi nivo PP 5pC, onda e potpuno isti fenomen u unutarnjosti koji dovodi do efektivne vrijednosti PP od lOpC kod 138kV sistema dovesti do samo 4 pC na naponu 550 k V.

Numeriki primjer prorauna PP

Da bi pokazali konkretan primjer relacije izmeu normalne nemjerljive veliine prenesenog naboja unutar ispitivanog objekta i mjerljivog prenesenog naboja ("prividna" vrijednost PP) izmeu v.n. izvora i "ispitivanog objekta" razmotriemo slijedei numeriki primjer. Za sistem prikazan na si. 1 poznato je

razmak izmeu metalnog umetka i vodia 1 mmpritisak gasa SF6400 kPa( 4bara)radni napon sistema 550 kVdijametar vodia 180 mmduina umetka 560 mmprobojni napon izmeu vodia i umetka 8kV

Izraunati maksimum potencijalne razlike izmeu umetka i vodia za prikljueni napon od 425 kVpeak prikazan je na slici si.2.

Kao to vidimo ak i 20 mm debeo umetak nee kod napona od oko 5kV izmeu umetka i vodia uzrokovati proboj i PP ukoliko je dielektrina propustljivost odstojnikajcdnaka jedinici.

Naboj koji se prenese izmeu umetka i vodia kod svakog PP jednak je proizvodu parcijalne razlike izmeu njih u momentu nastanka PP i kapaciteta izmeu njih; u naem sluaju ovaj kapacitet iznosi oko 500 pF. Naboj koji se prenese kod probojnog napona od 8kV iznosi oko 4 000 000 pC ili 4 u. Meutim, ovaj prenosni naboj je "ukopan" unutar sistema. Sve to se moe detektirati izvan sistema je struja koja tee kroz v.n. vodie koji napajaju ispitivani objekat odnosno struja koja tee izmeu ispitivanog objekta i zemlje. injenica je da svaki elektron koji napusti vodi ne mora prei kroz svaku taku u elektrinom krugu (zaista: elektron koji prede razmak AR preko povrine vodia ne uzrokuje nikakvu struja u vodiu). Struja u vodiu rezultat je kretanja elektrona od vodia ka zemlji, a ne elektrona koji napuste vodi.

Naboj koji se prenese izmedu vodia i umetka (to se u opem sluaju dogodi tokom 1 do 2 ns) dovodi do opadanja napona na vodiu. Na taj naain dolazi do razlike potencijala izmedu vodia i izvora. Da bi se eliminisala ova razlika potei e struja. Ova struja je kapacitivno povezana preko ispitivanog objekta sa zemljom. Samo se ova struja , koja tee iz vanjskog kruga - "efektivna vrijednost PP" moe izmjeriti u vanjskom svijetu. Kao prva aproksimacija sistema prikazan je ekvivalentni krug na si. 1. kod svakog praznjenja dolazi do trenutanog kratkog spoja kondenzatora G i G ima vrijednost od oko 21,8pF. Tako je kod prikljuenja napona 425 kVpeak' na vodi, napon na metalnom umetku 18 kV ukoliko ne postoji nikakvo praznjenje. Kod proboja na G pri 8kV, G se nalazi na oko 185 kV. Nakon proboja na G, G ne prima nikakav napon, tako da se svih 193 k V javlja na kondenzatoru G- Nakon proboja mi uzimamo daje napon na Ci jednak nuli tj kao daje G jo uvijek kratko spojen, premda to nije tano.

Kapacitet sistema prema zemlji prije kratkog spajanja kondenzatora G iznosi Cb = [C,"1 + C;2]~l = 20.905pF.Naboj na tom kapacitetu kod 193 kV iznosi 4,025396 u. Nakon kratkog spajanja kondenzatora G, G prima svih 193kV tako da je naboj sistema 4,199846 u-C. Prema tome zakljuujemo da e naboj koji tee kroz vanjski krug kad parcijalno praznjenje izjednaava napon na G biti jenak razlici ovih naboja, tj. jednak 174.488 pC. Premda unutar sistema protie 4 000 000 pC to uzrokuje "efektivnih" (tj. u vanjskom krugu mjerljivih) samo 174.488 pC, dakle svega 4%. Koristenjem drugih geometrijskih faktora (npr razmaka od 0,1 mm i probojnog napona od lkV) moe se ustanoviti da e se moi detektovati svega 0,1% naboja prenesenog unutar sistema.

Ova jednostavna raunica jasno pokazuje jako promjenljivu ovisnost izmeu naboja koji se prenese unutar ispitivanog objekta i u vanjskom krugu mjerljivog signala, koji predstavlja "prividnu mjeru PP", a na kojoj je bazirana svaka metoda ispitivanja PP. Situacija je posve slicna kod PP uzrokovanih drugim izvorima, kao sto je sluaj kod mnogo vanijeg problema upljine (gasom ispunjenje kovitacije) unutar ispitivanog objekta, gdje je proraun prenesenog naboja mnogo sloeniji i o emu e biti vie rijei kasnije.

Namjera ovog izlaganja i numerikog primjera bila je da ilustrira neke osnovne "istine" vezane za mjerenje PP na sistemu koji je dovoljno jednostavan da se analiza provede bez ulaenja u detalje.

Korona

Korona predstavlja "parcijalno praznjenje" u smislu da dolazi do proboja gasa na mjestu velikih elektrinih naprezanja unutar sistema, ali proboj "izumire" zbog injenice da elektrino polje rapidno opada s poveanjem rastojanja od mjesta s velikim elektrinim naprezanjem. Proboj izumire iz dva razloga:

1) region visokog naprezanja je suvie mali da bi formirao potpun proboj ni kanal;2) jakost polja pada na tako nisku vrijednost da je i u sluaju formiranja potpunog probojnog kanala onemogueno njegovo odravanje.

Parcijalno praznjenje uzrokovano koronom moe biti fenomen koji je od interesa ili moe biti utjecajni signal koji bi mogao uzrokovati fenomene od interesa. U tom kontekstu e o koroni biti vie rijei u narednim izlaganjima, a ovdje emo samo objasniti kako korona generira mjerljiv signal.

Korona je (djelimino) joniziran region u bliini vodia, koji dovodi do promjene u raspodjeli elektrinog polja izmeu vodia i zemlje. U posve gruboj aproksimaciji korofr' moemo posmatrati kao "proirenje vodia". Kao takva korona izaziva poveanje kapaciteta izmeu vodia i zemlje. To dovodi do pada napona na vodiu, potencijalne razlike izmeu vodia i izvora, te prema tome, do proticanja struje od izvora ka vodiu. Ova struja se moe iz vana detektovati. Meutim ovakav pojednostavljen model korone kao "proirenja" vodia dovodi do pogrenih prorauna poto e se nestajanjem korone kapacitet vratiti na prethodnu vrijdnost i nikakav naboj nee protjecati kroz krug. Korona je djelimino joniziran region ispunjen gasom koji je nastao zbog toga to je u njemu elektrino polje dovolj no jako da e kod pojave slobodnog elekrona doi do generiranja novih elektrona i pozitivnih j ona. Region je ispunjen pozitivnim i negativnim jonima ili elektronima. Na taj nain iako struja prestaje teci u tom regionu (korona prestaje rasti) elektrino polje se ne moe odmah vratiti na svoju prethodnu visoku vrijednost. Prije nego se to desi pozitivni i negativni j oni moraju "potei" prema negativnoj i pozitivnoj elektrodi, respektivno. Ovaj tok jona pretstavlja "realnu" ("fiziku") struju i predstavlja dodatnu komponentu signala PP. Ako su negativni naboji u formi elektrona oni se kreu dovoljno brzo tako da doprinose mjerenju signala PP, dok teki pozitivni joni (za elektromagnetivne gasove negativni joni) teku tako sporo i generiraju vrlo slabu struju te ih veina sistema za mjerenje PP ne moe detektirati.

Prema tome, korona generira signal PP u vanjski svijet preko tri mehanizma

1) jonizacija kanala koji imitira "produenje" vodia i dovodi do poveanja kapaciteta izmeu vodia i zemlje;

2) brzo kretanje elektrona prema pozitivnoj elektrodi u sistemima gdje je negativni naboj u formi elektrona;

3) tok jona koji je spor da bi se detektovao uz pomo veine mjernih sistema.

Vremenski period u kojem se odigravaj u prva dva fenomena kree se od ranga nanaosekundi do mikrosekundi, a za trei fenomenu pitanju je rang milisekundi i visi.

Korona ima tendenciju ponavljanja poto se nakon ienja regiona od naboja on vraa u uvjete koji su generirali prethodni impuls korone. Korona je u zraku osjetljiva na brzinu vjetra

U mnogim, gasovima ukljuujui i zrak, korona se generira pozitivnim i negativnim naponima znaajno razlikuju. Razlog lei u osnovnoj asimetriji koja postoji u prirodi: negativni nosioci naboja (elektroni) mogu biti vrlo lahki i mobilni i mogu prema tome vrlo brzo dobiti elektrinu energiju iz elektrikog polja, dok su pozitivni nosioci (pozitivni joni) uvijek teki i maje mobilni. Nadalje, poto je vanjska povrina molekule ispunjena elektronima fenomeni violencije dovode do odnoenja naboja s molekule stvarajui slobodne elektrone i istovremeno teke pozitivne j one. Ako se radi o koroni koja se zainje na negativnom polu elektroni se kreu od vodia u smjeru narastanja korone i u stanju su da stvore nove elektrone zahvaljujui novim sudarima. U sluaju korone koja se zainje na pozitvnom polu elektroni idu prema vodiu, dakle nasuprot smjeru njenog narastanja. U ovom sluaju su elektroni odvojeni od vrha korone fotonima koji se generiraju u tom regionu. Radi se dakle o posve drugaijem mehanizmu od onog kod negativne korone, tako da je jasno da polaritet ima znaajan utjecaj na signal PP iji je korona uzrok.

Uzmimo primjer vodia u zraku. Ako izmjenini napon raste, negativna korona se pojavljuje u formi velikog broja malih impulsa. Prostorni naboj generiran negativnom kornom predstavlja vrlo koristan ekran za vodi jer poviuje napon zaetka pozitivne korone koja se javlja u formi velikih impulsa niske uestanosti.

Pranjenje u upljiniS tehnolokog aspekta, najvaniji izvor PP je prisustvo upljine u guim

dielektrinom sistemu. Korona se cesto moe detektirati optiki ili akustiki sto je pogodnost kako s stajnovita detekcije tako i lociranja, meutim, upljina se, u opem sluaju, ne moe vicSeti. Efetekeija ovakvih objekata predstavlja najee sretano koristenje analize PP.

Objanjenje zato praznjenje unutar upljine uzrokuje signal u vanjskom krugu nije posve trivijalno, jer kad bi htjeli biti rigorzni u pomo bi morali pozvati Maxwellove jednadbe. Ovdje emo ipak biti manje precizni ali i lake razumljivi.

Razmotrimo jednu upljinu u vrstom dielektriku koji se nalazi izmedu dvije elektrode.

Ako se na elektrodu prikljui izmjenini napon unutar upljine e se pojaviti el.polje. Ako napon naraste toliko da generira dovoljno jako polje onda e jedan slobodni elektron unutar upljine dovesti do proboja gasa unutar upljine. Takav proboj ima za posljedicu jonizaciju unutar upljine, sto e kao i kod svakog vodia dovesti do takve raspodjele naboja koja e ponititi polje unutar upljine. Pretpostavimo (gruba pretpostavka) daje polje unutar upljine palo na nulu. To je isto kao da umjesto upljine imamo vodi. Postavljanje metalnog komada izmeu elektoda u tvrdi dielektrik dovodi do poveanja kapaciteta izmedu elektroda. Napon na elektrodama e opasti i iz izvora napona mora potei naboj ka elektrodama da bi odrao razliku potencijala na njima.

Sada kad se praznjenje unutar upljine ugasi, kao to to mora biti (poto kad polje opadne na nisku vrijednost, mehanizam putem kojeg je energija dolazila iz elektrinog polja prestaje funkcionirati), u upljini ostaje veliki broj pozitivnih i negativnih nosilaca naboja (joni). Ovi joni e teiti da se pomjere ka zidovima upljina tako kako bi ponitili polje unutar upljine. Na taj nain ak i nakon stoje praznjenjem inducirana "plazma" nestala, el. polje unutar upljine ostaje blizu jednakom nuli. Tako naboj koji je tekao iz izvora ka elektrodama kao rezultat snienja el. polja unutar upljine uzrokovanog praznjenjem (zamjena upljine vodiem) ostaje na elektrodama nakon praznjenja. Taj tok naboja koji se moe analitiki izraunati za manje vane sluajeve (numeriki za bilo koji sluaj) proizvodi signal koji se moe mjeriti u vanjskom krugu. Vremenska skala za upljinom inducirane signale je sada 1-3 nanosekunde.

Gore opisani mehanizam praznjenja u upljini ima dosta zajednikog sa plivjuom komponentom. U oba sluaja elektrino polje unutar regiona praznjenja nastaje kao funkcija primijenjenog izmjeninog napona i pada (vie ili manje) na nulu sa njegovim nastankom. Prema tome, posve je shvatljivo da je model praznjenja za upljinu veoma slian onom to je prije prikazano za plivajuu komponentu. Meutim, praznjenje u upljini je normalno manje intenzivno i mnogo tee predskazivo, poto zidovi upljine mogu postati poluprovodni pod uticajem praznjenjem izazvanih kemijskih reakcija, a polje u upljini nakon praznjenja ovisi o prirodi gasa, pritisku gasa i si. Tako dok je "idealno" praznjenje u upljini skoro isto premda obino mnogo slabijeg intenziteta kao praznjenje izazvano plivajuom komponentom, dotle "realno" praznjenje moe biti posve drugaije.

Naponi paljenja i gaenja praznjenja se cesto mnogo razlikuju. U pitanju je obino isto statistiki efekat uzrokovan odsustvom elektrona koji inicira praznjenje na najniem moguem naponu. Elektroni su u atmosferskom zraku generirani prirodnom radijacijom - brzina 3/sec-cm . To znai ako imamo upljinu od 1 mm (10" cm ) onda treba ekati oko pet minuta za pojavu prvog elektrona. S porastom napona poveava se vjerovatnost nastanka praznjenja iz nekoliko razloga: poveano el. polje unutar upljine sniava energiju koja je neophodna za bilo koju prirodnim putem izazvanu smetnju koja e generirati elektron; region unutar upljine iz kojega elektron moe generirati praznjenje je povean.

Jedna od vrlo vanih karakterisika praznjenja u upljini je daje " efektivna " vrijednost praznjenja obrnuto proporcionalna veliini sistema. Ako imamo potpuno istu upljinu s istim probojnim karakteristikama i postavimo je na, relativno gledajui istu poziciju ( npr. u srdinu izmedu elektroda ) u dva sistema od kojih je jedan dva puta veih dimenzija eksterno mjerena vrijednost signala PP u veem sistemu e biti jednaka polovini onog u manjem sistemu. Na taj nain je testiranje PP u upljinama u sistemima vieg napona manje osjetljivo, premda "kvalitet" na visim naponima kritiniji iz razloga to je na visim naponima odnos BIL prema radnom naponu nizi neogo kod nizih napona.

Elektrini trecing u vrstom dielektriku

Elektrini trecing u vrstom dielektriku je fenomen koji rezultira u narastanju strukture oblika stabla drveta i koje konano premotava eletrode i dovodi do kvara. Eletrini trecing moe biti zaet na mjestima gdje metalni vrh prodire u dielektrik izazivajui tu velika elektrina naprezana ili kao posljedica praznjenja unutar upljine koja se nalazi u dielektriku.

U opem sluaju, zainjanje elektrinog trecinga u veini vrstih dielektrika traje satima do godina kod realnih radnih naprezanja. Kao rezultat, malo je vjerovatno da se trecing zane i bude detektiran tokom mjerenja PP u svrhe provjere kvaliteta izolacije. Elektrinim trecingom induciramo PP su malog inteziteta sve do nekoliko minuta prije kvara, tako da mjerenje trecinga bazirano na PP predstavlja vei interes za istraivae nego za praktiare. Trecingom inducirana PP javljaju se u podruju nanosekundi, cesto s nekoliko vrhova ija je frekvencija Ins. Ovi viestruki vrhovi su rezultat kaskadnih praznjenja kroz viestruke kanale unutar strukture.

Mehanizam putem kojeg praznjenje unutar komada el. trecinga uzrokuje impulse PP je u vanjskom sistemu isti kao kod praznjenja u upljini.