Частичные разряды – это локальные разряды на поверхности или внутри диэлектрика. Это могут быть коронный, скользящий разряды или пробои отдельных малых элементов диэлектрика.
Условия возникновения частичных разрядов зависят от конфигурации полей в конструкции и электрофизических характеристик материала, т.е. они возникают либо в местах максимальной напряженности электрического поля, либо в местах пониженной электрической прочности диэлектрика. Частичные разряды подразделяют на внешние и внутренние.
При длительном воздействии частичных разрядов происходит необратимое ухудшение свойств изоляции, в конце концов, заканчивающееся пробоем. Энергия, возникающая в результате частичных разрядов, расходуется на нагрев, бомбардировку поверхности заряженными частицами, постепенное расширение канала разряда, ионизацию, излучение. Все эти явления и обуславливают вредное воздействие частичных разрядов на изоляцию, которое проявляется в эрозии (разрушение поверхности с уносом материала) или структурных изменениях (деструкции, сшивке).
Например, в электрических машинах частичные разряды возникают:
1. В месте выхода обмотки из паза (для их устранения применяют полупроводящие нелинейные покрытия)
2. В воздушном зазоре между обмоткой и стенкой паза
3. Дефекты с пониженной электрической прочностью в толще изоляции (воздушные или лаковые прослойки)
4. В местах отслоения изоляции от токоведущих частей.
В конструкциях силовых кабелей частичные разряды возникают из-за неоднородности полей вследствие неравномерности намотки слоев бумаги и наличия прослоек масла между ними, скользящих разрядов вдоль слоев (кабели с бумажной изоляцией). Концентраторами повышенной напряженности поля в толще материала являются воздушные и водные включения, постепенно растущие каналы разрушения в кабельной изоляции называются триингами.
При постоянном напряжении увеличение напряженности поля в воздушных включениях вызывает менее интенсивные разрядные процессы и оказывает меньшее влияние на электрическую прочность изоляции, чем при переменном напряжении. При постоянном напряжении и высокой начальной напряженности поля Ен воздух во включении ионизируется, возникает частичный разряд, в результате которого на некоторое время (примерно на 10-7 с) газ становится проводником. При этом на поверхности включения образуется свободный поверхностный заряд. Плотность заряда распределяется таким образом, что напряженность поля, создаваемая им, частично компенсирует внешнее приложенное поле. За счет этого суммарное поле в газовом включении значительно снижается. При некоторой напряженности поля погасания Еп ионизация прекращается, и воздушное включение снова становится непроводником (рис. 1). Период существования ионизации на рисунке обозначен ∆t1. В дальнейшем свободные заряды стекают через диэлектрик, и напряженность поля во включении нарастает по экспоненциальному закону с постоянной времени релаксации τ≈εε0ρV. Если бы не происходило ионизации, то напряженность поля достигла бы некоторого значения Ев, но при Е = Ен ионизация возникает снова и цикл повторяется. Время цикла определяется в основном периодом между погасанием и зажиганием разряда ∆t2, который зависит от постоянной времени релаксации τ. Значение τ для высококачественных диэлектриков находится обычно в пределах от нескольких секунд до десятков секунд (в полиэтилене — нескольких часов).
Рис. 1. Напряженность электрического поля при разрядах в воздушных включениях
При переменном напряжении после ионизации в газовом включении также возникают поверхностные заряды, поле которых в один полупериод направлено против внешнего поля и ослабляет его. Но в следующий полупериод внешнее поле изменяет направление, и поле зарядов уже его усиливает, что приводит к новой вспышке ионизации. В зависимости от внешнего напряжения частота этих вспышек может быть в два или более раз выше частоты напряжения, т. е. возможно возникновение интенсивных разрядных процессов.
Таким образом, интенсивность частичных разрядов при переменном напряжении и их влияние на процесс старения изоляции будет значительно больше, чем при постоянном напряжении.