Descarga superficial Se refiere a un fenómeno de descarga eléctrica que ocurre en la interfaz entre un aislante sólido y un dieléctrico gaseoso o líquido. Es un proceso crítico en la tecnología de aislamiento de alta tensión, con una tensión de descarga típicamente mucho menor que la tensión de ruptura del propio aislante sólido y la tensión de ruptura de un espacio de gas puro.
Las principales características físicas de la descarga superficial son las siguientes:
La esencia de la descarga superficial reside en la distorsión del campo eléctrico en la interfaz dieléctrica.
inhomogeneidad de la interfaz Dado que la permitividad (εr) de un aislante sólido suele ser mayor que la del gas circundante (por ejemplo, el aire), las líneas del campo eléctrico se curvan y se concentran en la interfaz.
Proceso de avalancha de electrones Bajo la acción de un campo eléctrico intenso, los electrones libres en la interfaz se aceleran y colisionan con las moléculas de gas, produciendo avalanchas de electrones.
acumulación de carga superficial Los iones y electrones generados durante la descarga se depositan en la superficie del aislante sólido. Estas cargas superficiales distorsionan aún más el campo eléctrico original, lo que intensifica o suprime el proceso de descarga.
La descarga superficial suele progresar a través de varias etapas, dependiendo del nivel de voltaje y la configuración del campo:
Etapa de coronavirus : Se produce una descarga débil localizada cerca de los bordes de los electrodos.
Descarga deslizante A medida que aumenta el voltaje, el canal de descarga se extiende a lo largo de la superficie aislante, formando chispas filamentosas brillantes.
Desaparición repentina : El canal de descarga cubre todo el espacio entre los electrodos, provocando una falla total del aislamiento.
Voltaje de descarga disruptiva : El voltaje crítico al cual la descarga superficial pasa de un cierre local a un cierre completo del espacio.
Efecto de polaridad Bajo tensión continua o de impulso, la descarga superficial presenta una dependencia significativa de la polaridad. La tensión de inicio y la tensión de descarga disruptiva para polaridad positiva suelen diferir de las de polaridad negativa, debido a las características de distribución de las cargas superficiales.
Retraso temporal Existe un retardo estadístico entre la aplicación de voltaje y la descarga disruptiva, influenciado por la disponibilidad de electrones iniciales.
Las características de la descarga superficial se ven afectadas por diversos parámetros ambientales y físicos:
Permitividad (εr) Una mayor permitividad del material sólido provoca una mayor distorsión del campo en la interfaz, lo que generalmente resulta en una menor tensión de descarga disruptiva.
Condición de la superficie :
Aspereza crea campos eléctricos locales intensos.
Humedad y contaminación (por ejemplo, sal, polvo) forman capas conductoras en la superficie, reduciendo significativamente el voltaje de descarga disruptiva, un fenómeno conocido como desbordamiento repentino por contaminación .
Presión atmosférica y temperatura De forma similar al efecto corona, una presión más baja o una temperatura más alta reduce la densidad dieléctrica, lo que facilita el inicio de la descarga.
forma de onda de voltaje Existen diferencias significativas entre las tensiones de corriente alterna (CA), corriente continua (CC) y las tensiones de impulso de rayo.
| Característica | Descarga de coronavirus | Descarga superficial |
|---|---|---|
| Ubicación | Sobre la superficie del conductor y el aire circundante | Interfaz entre aislante sólido y gas/líquido |
| medio dieléctrico | Dieléctrico fluido únicamente (gas/líquido) | Sólido + fluido (dieléctrico dual) |
| Nivel de peligro | Principalmente pérdida de potencia e interferencia electromagnética (EMI). | Provoca fácilmente la erosión de la superficie del aislamiento o incluso una descarga eléctrica completa. |
| Impacto en los equipos | Corrosión química relativamente lenta | Puede provocar un fallo del sistema en muy poco tiempo. |
En el diseño de equipos eléctricos, la descarga superficial debe mitigarse cuidadosamente:
Aumentar la distancia de fuga Utilice faldones tipo paraguas en los aisladores para alargar la trayectoria de descarga.
Mejorar la distribución del campo eléctrico : Utilice anillos de gradación o modifique la forma de los electrodos para reducir la concentración del campo en la interfaz.
Tratamiento de superficies Aplicar materiales hidrofóbicos (por ejemplo, caucho de silicona) para evitar la formación de películas de agua y mejorar la resistencia a la propagación repentina de la contaminación. Descarga superficial: Mecanismo, etapas, tensión de descarga disruptiva y prevención | Ingeniería de alta tensión
