Dinámica modulada por campo magnético de descargas parciales en defectos de materiales aislantes de alta tensión

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 22048 (2022) Citar este artículo

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Este artículo presenta una metodología de medición original y un enfoque de detección para determinar la influencia del campo magnético en la dinámica de las descargas parciales (DP). Las áreas de aplicación se refieren a sistemas de aislamiento de dispositivos tanto de red como de red industrial y segmentos emergentes como trenes de alta velocidad, vehículos eléctricos o aviones más eléctricos. Convencionalmente, las mediciones de DP se ejecutan solo en un campo eléctrico; sin embargo, la interacción de los campos magnético y eléctrico influye en la dinámica de las DP. La técnica de medición permitió detectar cuantitativamente el efecto de los campos magnéticos en las DP en dos arreglos representativos: en vacío gaseoso en material dieléctrico y en configuración de punto-plano de corona. Las mediciones en ambas configuraciones han revelado una amplificación de la intensidad de las DP. La comparación cuantitativa de la evolución de las DP en el campo magnético es un aspecto novedoso que se muestra en este artículo. La combinación de imágenes de resolución de fase y diagramas de intensidad de secuencia de tiempo obtenidos en el cambio de campo magnético permitió visualizar y determinar cuantitativamente este impacto. Este efecto se atribuye a la extensión de la trayectoria de la partícula cargada y la amplificación de la energía de los electrones debido a la aceleración. Por lo tanto, el impacto investigado de un campo magnético puede percibirse como un elemento adicional que influye en la dinámica de DP.

El aislamiento eléctrico de los dispositivos de las redes industriales y de la red, así como de los segmentos emergentes, como los trenes de alta velocidad, los vehículos eléctricos o los aviones cada vez más eléctricos, está expuesto a tensiones cada vez mayores debido al aumento de los niveles de tensión en esas aplicaciones. El enfoque de este documento es la metodología de medición original y el enfoque de detección para determinar la influencia del campo magnético en la dinámica de descarga parcial (DP). Este es un nuevo tema de investigación, ya que convencionalmente las mediciones de DP se ejecutan solo en un campo eléctrico, sin embargo, la interacción de los campos magnético y eléctrico puede influir en su comportamiento. Los equipos de energía eléctrica de alto voltaje están constantemente expuestos a campos eléctricos y magnéticos. Es importante tener en cuenta que los sistemas de aislamiento de varios dispositivos de red, subestaciones, rieles e industriales, como transformadores de potencia, cables, sistemas y líneas con aislamiento de gas, convertidores, motores y generadores, también están expuestos a los campos magnéticos que se generan. por el flujo de corriente en los conductores; esto se refiere a los casos de CA y CC. Dado que la confiabilidad de los equipos de energía eléctrica en niveles de voltaje alto y medio es fundamental para las transferencias y conversiones de energía, se están desarrollando técnicas de diseño y metodologías de diagnóstico avanzadas. Uno de los indicadores clave de la calidad del aislamiento de alta tensión (HV) en la actualidad se basa en la medición de descargas parciales. Existen diversas formas de descargas que están relacionadas con los defectos que se pueden encontrar en el interior o en las superficies del aislamiento eléctrico. En este contexto, normalmente se pueden distinguir descargas internas en diminutas inclusiones de aire llamadas vacíos junto con descargas superficiales o descargas de corona. Esta evolución de la descarga parcial está relacionada con las etapas del streamer, como el inicio, la formación del canal y el desarrollo. Las serpentinas generalmente se interpretan como microcanales de gas ionizado y se propagan a lo largo de líneas de campo eléctrico. En presencia de un campo magnético superpuesto a uno eléctrico, la trayectoria de la serpentina se altera debido a la fuerza de Lorentz adicional que actúa sobre las partículas cargadas; esto conduce a un movimiento circular complejo. La propagación de serpentinas en un campo magnético muy alto (10 T) se muestra en 1. Las observaciones experimentales de este trabajo se centraron en trazar la trayectoria de un streamer en presencia de un campo magnético. Se demostró que el movimiento de deriva en campos eléctricos y magnéticos cruzados está influenciado por el ángulo de Hall. Sin dispersión, los electrones se mueven en órbitas cicloidales en una dirección perpendicular a los campos eléctrico y magnético. En cada evento de dispersión, el momento del electrón cambia y se toma un nuevo camino cicloidal. El camino que conecta los eventos de dispersión sucesivos está formando una trayectoria. Las observaciones de imágenes han demostrado que la descarga se desvía claramente hacia los lados con un ángulo creciente en un campo magnético creciente. A presiones más altas, las serpentinas se ramifican con más frecuencia y la velocidad de propagación de la serpentina disminuye con la presión. En2. Se demostró que la densidad espectral de potencia en la corona se reduce en la banda UHF de 650 a 800 MHz en presencia de un campo magnético (250 a 300 Gauss), para espacios que van de 15 a 40 mm. En3. Se demostró que el efecto de un campo magnético sobre una corriente de descarga era más significativo con las descargas de corona negativas que con las positivas. En 4 se describió una corona negativa mejorada magnéticamente que resulta de la penetración del campo en una región de ionización. Se notó que el aumento relativo de la corriente de descarga fue mucho mayor cuando los imanes permanentes estaban ubicados cerca del electrodo de descarga que cerca del electrodo colector. El inicio de la corona y el voltaje de ruptura estuvieron muy influenciados por la presencia de un campo magnético como se observa en5. Se encontró que el voltaje de inicio de la corona y el voltaje de ruptura disminuyeron al aumentar el campo magnético cruzado. La influencia de un campo magnético de CC en los patrones de resolución de fase de DP en una configuración de plano de cono de corona se analizó en6. Se ha demostrado que las distribuciones de magnitud y fase de los patrones de descarga parcial se ven afectadas por un campo magnético perpendicular. En7 se analizó la influencia de un campo magnético externo (128 mT) sobre los parámetros estadísticos de descargas parciales en vacíos. Se encontró que, aunque aparecen diferencias visibles en el patrón de DP con y sin campo magnético aplicado; estos no pueden atribuirse únicamente a los efectos de la fuerza de Lorenz. Debido a que los patrones de DP son de última generación en el diagnóstico del aislamiento de alto voltaje de los equipos de potencia en la actualidad8,9,10,11,12,13,14,15,16,17, la influencia de otros factores como el fondo magnético Los campos, al igual que los armónicos de tensión18, son esenciales para la interpretación adecuada de cualquier resultado de medición. La influencia del campo magnético longitudinal sobre los parámetros de la fuente de electrones de plasma y la optimización de la geometría se muestra en19. El campo magnético influyó en las características de ruptura eléctrica en el gas. Las investigaciones que se realizaron en argón y nitrógeno tanto en el campo cruzado como en el paralelo demostraron la dependencia del rendimiento de electrones en el campo magnético20.

Un campo magnético es generado por la corriente que fluye a través de los conductores de transformadores, cables de alimentación, sistemas con aislamiento de gas, convertidores, etc. La tendencia observada a nivel mundial hacia los dispositivos alimentados eléctricamente es común también en el segmento del transporte. La influencia de los campos magnéticos sobre las DP en los sistemas de aislamiento de los dispositivos de transporte de energía se presenta en21. Las mediciones revelaron una mayor intensidad de DP en presencia de un campo magnético que se puede observar en un rango de frecuencia de voltaje de suministro de 20 a 400 Hz (que es típico para el segmento de transporte). La intensidad de DP se amplificó en el rango anterior con una inducción de campo magnético de 80 mT, incluso hasta un 50 %. En los transformadores de potencia, pueden presentarse campos magnéticos de fuga parásita de hasta 700 mT6,22; estos podrían incluso ser mucho mayores durante las corrientes de cortocircuito, lo que provocaría deformaciones en los devanados23. Los efectos de un campo magnético creado por una corriente de carga sobre los parámetros de descarga parcial en los cables eléctricos y sobre las características de ruptura del aislamiento de papel impregnado se muestran en24. Se informó que la presencia de un campo magnético alterno afecta la probabilidad de ruptura del aislamiento eléctrico y los parámetros de distribución de Weibull. Se muestra que la morfología de la región de ruptura es diferente bajo la influencia del campo eléctrico y electromagnético con microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de dispersión de energía. Se demostró que el rendimiento de la producción de ozono basado en reactores de plasma mejoró al introducir un campo magnético de 0,4 T en un espacio entre electrodos de 15 mm25, lo que condujo a una mayor intensidad de descarga. La producción de ozono de corona de CC mejorado por campo magnético da como resultado un rango extendido de corriente-voltaje y la estabilización observada de las descargas26. De manera similar, se observó en 27 un aumento de la intensidad de la descarga luminiscente del cátodo mediante un campo magnético de 650 mT, ya que se esperaba que el campo magnético aumentara la energía de los electrones y promoviera la ionización por colisión de electrones. El árbol eléctrico en aislamiento de cable de polietileno reticulado (XLPE) sujeto a un campo magnético perpendicular dentro de un rango de 350–550 mT se analizó en28. Se demostró que la morfología del árbol variaba desde el tipo rama hasta el tipo arbusto. La influencia de un campo magnético de alto gradiente en el crecimiento de árboles en resina epoxi se investigó en29. Según las observaciones, el inicio y el crecimiento del árbol eléctrico se aceleraron en un campo magnético de gradiente. Este resultado se explica por el aumento de la conductividad de la resina epoxi y las tangentes de pérdidas dieléctricas, así como por la caída de la permitividad relativa del material dieléctrico sometido a un campo magnético elevado (hasta 3 T). Simultáneamente, se demostró que un campo magnético fuerte puede generar más trampas con niveles de energía más superficiales, disminuyendo las trampas profundas. Como consecuencia, las longitudes de los árboles fueron significativamente más largas después de estar sujetos a un campo magnético que sin un campo magnético30. Según las observaciones, el campo magnético fomentó el desarrollo de árboles eléctricos a temperaturas criogénicas; además, el efecto sobre el largo fue mayor que sobre el ancho31. El crecimiento de los árboles también puede verse afectado por un campo magnético mientras se somete a un tren repetitivo de pulsos; esto se demostró con caucho de silicona en32. Los efectos de un campo magnético (0,4 ÷ 1,2 T) en la superficie de la película de poliimida para el aislamiento de imanes superconductores se describieron en33. Los resultados experimentales mostraron que un campo magnético que se desplaza hacia una superficie puede bloquear la emisión de electrones secundarios, lo que lleva a un aumento en el voltaje de descarga disruptiva. También se informó que la tensión de ruptura dependía del ángulo de inclinación entre el vector del campo magnético y la superficie del material dieléctrico34. Las investigaciones del impacto del campo magnético en las descargas de corona en el aceite se presentaron en 35 usando detección fluorescente y UHF. Se observó que la frecuencia dominante de la señal UHF obtenida bajo tensión alterna se desplazó hacia una frecuencia inferior (0,6 GHz) bajo la influencia del campo magnético (85 mT).

Este artículo se centra en el enfoque original de medición, detección y visualización cuantitativa del impacto de un campo magnético en la dinámica de DP en el aire. Los resultados presentados se basan tanto en simulaciones como en mediciones realizadas en una configuración dedicada. La comparación cuantitativa de la evolución de las DP en el campo magnético es un aspecto novedoso que se muestra en este artículo. La diferencia importante es que los trabajos publicados anteriormente se han realizado en un campo magnético fuerte. En los experimentos presentados en este documento, se estableció un campo magnético bastante débil para detectar el comportamiento de las DP en el nivel de campo básico en los dispositivos de potencia. En realidad, se consideraron dos casos distintivos: el primero se refiere a DP en vacíos gaseosos (aire), y el segundo a descargas corona.

La parte teórica sobre las descargas y el comportamiento de los electrones en el campo magnético se destaca para información general porque convencionalmente en la disciplina de DP generalmente solo se considera el campo eléctrico. Por lo tanto, tal introducción también subrayará los aspectos magnéticos. Las descargas parciales que aparecen en un campo eléctrico intenso se describen por el inicio y la propagación de portadores de carga y se detectan como pulsos de corriente. Estas serpentinas suelen propagarse a lo largo de las líneas de campo eléctrico36. El camino también puede estar influenciado por superficies dieléctricas37,38,39 o barreras. Dado que el aislamiento de alta tensión está expuesto a campos magnéticos en todos los dispositivos que transportan corriente, como cables y transformadores de potencia, la exposición eléctrica se refiere a la alta tensión; sin embargo, el campo magnético está relacionado con la carga. De esta forma, el comportamiento de las descargas parciales es potencialmente modulado por el flujo de corriente. El campo magnético impacta la trayectoria y la dinámica de las partículas en el gas, formando así la trayectoria de descarga. La visualización de la propagación de la serpentina en campos magnéticos cruzados B y eléctricos E se presenta en la Fig. 1. Además de la orientación de los campos B y E, la dirección inicial del vector v de velocidad de partículas cargadas afecta la propagación de la deriva. Dependiendo de la velocidad inicial de la partícula, esta puede asumir varias formas (cicloidal, trocoidal, espiral, helicoidal, etc.).

Visualización de la trayectoria de partículas en campos cruzados magnéticos B y eléctricos E.

El enfoque de este documento está en esta etapa en la trayectoria de la carga en el aire bajo un campo magnético, sin tener en cuenta ni las colisiones en el gas ni los efectos de volumen y superficie en el material dieléctrico. Así, la parte teórica y las simulaciones que se muestran en el siguiente párrafo se refieren al comportamiento de las partículas en el vacío, sin colisiones. Las cargas se mueven en los campos magnético y eléctrico superpuestos (B y E) que se ven afectados por la fuerza de Lorentz FL:

donde q es la carga de la partícula, m – la masa de la partícula y v – la velocidad de la partícula.

Una partícula con una carga de q realiza un movimiento circular alrededor del vector de inducción del campo magnético B con una frecuencia de fB:

La frecuencia fB es independiente de la velocidad de la partícula; por lo tanto, las partículas que se mueven rápidamente se mueven en trayectorias con radios más altos que las más lentas. Por ejemplo, fB es igual a 2,8 GHz para electrones en un campo de 100 mT.

En la Fig. 1 se muestran dos componentes del vector de velocidad del electrón: paralelo al vector del campo magnético y perpendicular a él. La velocidad de transporte de electrones ve a la tensión de aceleración U se puede estimar de forma simplificada a partir de lo siguiente:

donde me denota la masa del electrón 9,1 × 10–31 kg.

El radio re de la trayectoria circular del electrón es:

así, el radio del ciclo de electrones será igual a re = 3,4 mm en un campo magnético con B = 100 mT y tensión de aceleración U = 10 kV.

Simultáneamente, el momento magnético de la partícula presiona alrededor del vector de campo magnético externo con frecuencia de Larmor fL:

donde γ es una relación giromagnética (para electrones 1760 × 108 Hz/T y protones 2,67 × 108 Hz/T). La frecuencia de Larmor resultante fL para el electrón y el protón a 100 mT produce 2,72 GHz y 4,26 MHz, respectivamente40. Este último se utiliza en resonancia magnética nuclear (RMN).

La ecuación de deriva de las partículas en los campos magnético y eléctrico cruzados es la siguiente (teniendo en cuenta el tiempo de colisión τ definido por 1):

donde el tiempo de colisión de electrones τ se puede expresar de la siguiente manera:

Esto denota el camino libre medio del electrón λe, la velocidad térmica del electrón vt y la constante de Boltzmann k, la temperatura del electrón Te. La frecuencia de colisión de electrones es proporcional a la densidad del gas y está en un nivel de 3 × 1012 Hz40. La trayectoria de la partícula es a lo largo de las órbitas cicloidales en una dirección que es perpendicular a los campos magnético y eléctrico. Aquellas cargas que se mueven en los campos magnéticos y eléctricos cruzados se dispersan de diferentes formas: elásticas (cuando se altera la dirección pero la energía se mantiene constante) o no elásticas (en caso de ionización atómica por colisión)1. Se supone que la ruta que conecta los pasos de ionización consecutivos en los campos cruzados E y B determina la ruta de la serpentina.

Para evaluar la influencia del campo magnético sobre el movimiento de carga en el campo eléctrico, se realizó una comparación relativa de las fuerzas eléctricas y magnéticas (FE y FB) que actúan sobre el electrón:

donde E es la intensidad del campo eléctrico, B: la inducción del campo magnético y ve: la velocidad del electrón.

La comparación se puede obtener tomando los valores de la velocidad de deriva de electrones que se utiliza en física de descarga de gas (que, para un campo eléctrico E = 10 kV/cm a presión p = 1013 hPa y a temperatura ambiente T = 293 K está dentro de los rangos de ve = 2,9 × 106 cm/s)41, ve = 6 × 106 cm/s36, o según la ecuación en aire seco42:

donde ve está en [cm/s], E en [V/cm], p en [Pa] y la velocidad del electrón es igual a ve = 8,3 × 106 cm/s. Para las tres velocidades de deriva de electrones anteriores, en la inducción de un campo magnético igual a B = 80 mT, la relación FE/FB produce 448, 216 y 156, respectivamente, de acuerdo con la ecuación. (8); esto indica el nivel aproximado y simplificado de la contribución de una fuerza magnética. En el caso de los iones, las proporciones serán mayores ya que tienen velocidades cientos de veces menores; esto indica que la contribución será menos significativa.

En el experimento, el voltaje aplicado (frecuencia 50 Hz) controló el campo eléctrico y el campo magnético orientado perpendicularmente se mantuvo constante. Mientras se analizan las trayectorias de las descargas individuales, ambos campos pueden tratarse como constantes ya que el tiempo de propagación del cable está dentro de un rango de nanosegundos.

Las simulaciones se utilizaron para investigar las trayectorias de las partículas en los campos magnéticos y eléctricos cruzados. La intención de la simulación era estudiar una ruta hipotética sujeta a la superposición de fuerzas tanto magnéticas como eléctricas, sin tener en cuenta las interacciones de partículas como las colisiones. En ese sentido, la parte teórica y las simulaciones que se muestran en este párrafo se refieren de hecho a una propagación similar a las condiciones de vacío. Para las colisiones en el aire a presión normal, el camino de la longitud del electrón es muy corto y todo el mecanismo diferirá. Sin embargo, la intención era, en un primer paso, visualizar el efecto de la interacción del campo eléctrico y magnético, imitando la trayectoria, que de hecho está relacionada con el vacío. En realidad, la descarga se mueve a lo largo de las líneas del campo eléctrico debido al proceso de ionización en curso; por lo tanto, el punto clave fue investigar la trayectoria debido a la presencia del campo magnético. De hecho, es un canal que consta de electrones e iones, que serán impactados en una vista más macroscópica por un campo magnético superpuesto. En ese sentido, la simulación tiene un carácter más cualitativo para resaltar este mecanismo. Para interpretar la posible causa raíz del elevado número de descargas parciales en un campo magnético, se realizó una simulación de las trazas de descarga de corona en la configuración punto-plano. Debido a que el tiempo de propagación individual de una descarga es de nanosegundos, en las simulaciones se tomó la condición de CC, reflejando una ranura instantánea en la forma de onda sinusoidal. La ecuación de movimiento. (1) (la fuerza de Lorentz) de una partícula cargada se resolvió en geometría 3D en campos eléctricos y magnéticos. Las simulaciones numéricas se realizaron en el marco COMSOL Multiphysics43. La secuencia de simulación consta de dos elementos consecutivos: en el primer paso, se calculan los campos magnético y eléctrico. Posteriormente, el rastreo de partículas de carga se lleva a cabo en el paso siguiente, en los campos magnéticos y eléctricos superpuestos que reflejan la ecuación de movimiento y las fuerzas resultantes. Las trayectorias obtenidas pueden seguir caminos cicloidales o helicoidales en ambos campos. Por lo tanto, se sugieren simulaciones 3D, particularmente cuando también están presentes la falta de homogeneidad o los gradientes a lo largo de los ejes en los campos eléctricos y magnéticos. En la Fig. 2 se presenta una vista de la configuración 3D del dominio de simulación (sección transversal) con el entrehierro variable que se usó para la simulación. Los elementos tetraédricos se usaron en el mallado. El electrodo HV con una punta que tiene una curvatura de 60 μm se colocó a una distancia a del electrodo de tierra radial plano.

Vista de la configuración 3D del dominio de simulación (sección transversal).

Se adoptó el conjunto de condiciones de contorno para las simulaciones indicadas en el gráfico: el electrodo de aguja estaba en el potencial HV, mientras que el electrodo plano estaba en el potencial de tierra. La opción de congelación se activaba cuando la partícula estaba en contacto con una pared. La fuente de las partículas estaba unida al electrodo HV. De acuerdo con la simplificación supuesta, las serpentinas que se originaron a partir de la ionización en el entrehierro no se reflejan; sin embargo, parece ser una buena aproximación para el propósito de estas simulaciones. Los cálculos presentados se ejecutaron con voltaje de CC en un electrodo HV en un rango de − 8 a − 20 kV. En las simulaciones se tomaron las condiciones estándar (STP) (es decir, una presión de 0,1 MPa y una temperatura de 300 K). La punta HV se usó como un haz de partículas, liberando 1000 partículas desde una fuente de haz en una secuencia de simulación. En los ejemplos presentados, en esta etapa de las simulaciones, los electrones se utilizaron en la comparación de rastreo de partículas. Como condición inicial se definió la energía cinética media de 5 keV siendo la desviación estándar gaussiana σ igual a 0,1 eV. La trayectoria de la partícula se representó como un tubo en la visualización gráfica. Las simulaciones se ejecutaron para dos valores de distancias de separación (a = 20 mm y a = 40 mm entre el electrodo HV y el suelo). En la Fig. 3 se presentan comparaciones de las trayectorias para ambas distancias entre electrodos a voltaje HV de U = − 10 kV para la instancia sin campo magnético y otros dos escenarios con inducciones magnéticas iguales a B = 40 mT y B = 80 mT . Sin la presencia del campo magnético (B = 0 mT—Fig. 3a, d), los electrones se mueven a lo largo de líneas rectas desde la fuente del haz en la punta en forma de cono del electrodo HV. La aplicación de un campo magnético perpendicular con una inducción de B = 40 mT provocó la torsión y desviación de la trayectoria (Fig. 3b, e) siguiendo la fuerza de Lorentz. La amplificación de la inducción del campo magnético provocó un giro del haz alrededor del eje del campo magnético con una deriva simultánea debida a un campo eléctrico hacia el electrodo de tierra. Es notable la influencia del campo magnético sobre el tiempo de propagación de la partícula cargada. Para una distancia de separación de a = 20 mm, los electrones alcanzaron el nivel del suelo en el caso sin campo en 0,3 ns, mientras que la presencia de campos magnéticos con inducción B = 40 mT y B = 80 mT produjo 0,5 y 0,8 ns, respectivamente. . Además, la presencia de un campo magnético condujo a un punto más enfocado y localizado (p. ej., Fig. 3c, f) que no se dispersó como en el escenario sin campo (Fig. 3a, d).

Comparación de trayectorias de electrones en campos eléctricos y magnéticos cruzados para distancias entre electrodos a = 20 mm (fila superior) y a = 40 mm (fila inferior) a voltaje HV U = − 10 kV para inducción de campo magnético: (a) B = 0 monte; (b) B = 40 mT; (c) B = 80 mT; (d) B = 0 mT; (e) B = 40 mT; (f) B = 80 mT. Orientación de los campos E, B y descripción de los electrodos en los Gráficos (c) y (f).

Se observó que la trayectoria alargada debido a la desviación del campo magnético condujo a un tiempo de residencia y propagación más largo tp de toda la ruta entre los electrodos de alta tensión y tierra. En la Tabla 1 se presenta una comparación de estos valores. En esta simulación, no se han incluido efectos de colisión ni de ionización.

El tiempo de propagación del haz de electrones tp en función del campo magnético de fondo en la configuración punto-plano se muestra en la Fig. 4. La distancia entre electrodos a es un parámetro. La relación es lineal en el rango definido de inducción magnética B, y la pendiente cambia según el valor de a.

Tiempo de propagación del haz de electrones tp como función del campo magnético de fondo B en configuración punto-plano, a: distancia entre electrodos.

En la Fig. 5 se muestra una secuencia de cuadros que muestra el desarrollo de la ruta de propagación a lo largo del tiempo para la inducción del campo magnético B = 80 mT y la tensión HV U = − 8 kV. El remolino de la trayectoria ya se puede observar a la salida de la fuente del haz. (Fig. 5a), siguiendo deflexión lateral (Fig. 5c) y giro casi completo (Fig. 5e).

Secuencia de cuadros de evolución de la trayectoria de propagación a lo largo del tiempo para inducción B = 80 mT, distancia a = 20 mm y U = − 8 kV en marcas de tiempo: (a) 1 ns; (b) 2 ns; (c) 4 ns; (d) 6 ns; (e) 8 ns; (f) 12 ns: orientación de los campos E, B y descripción del electrodo en el gráfico (c).

Una cierta composición de la relación de las fuerzas eléctricas y magnéticas puede incluso dar lugar a una envoltura de la trayectoria original, lo que lleva a la atenuación o incluso a la detención de la propagación de la serpentina.

Cuando es controlado por la fuerza del campo eléctrico, el voltaje de aceleración también influye en la forma de la trayectoria de la partícula cargada. Esta dependencia de un electrón en un campo magnético con B = 80 mT en un arreglo de corona con distancias de espacio de a = 20 mm y a = 40 mm se visualiza en la Fig. 6 para voltajes aplicados dentro de un rango de − 8 a − 20 kV . Una comparación de las trayectorias de los electrones en las distancias entre electrodos más cortas y más largas revela una duplicación del patrón del núcleo al mismo nivel de voltaje (p. ej., Fig. 6a y e). El objetivo de las simulaciones fue comparar la modulación de la trayectoria del haz por un campo magnético perpendicular.

Trayectorias de haz de electrones en campos eléctricos y magnéticos cruzados para una distancia entre electrodos a = 20 mm (a–d) y a = 40 mm (e–h) en un campo magnético B = 80 mT para voltajes aplicados: (a) − 8 kV; (b) - 10 kV; (c) - 15 kV; (d) - 20 kV; (e) - 8 kV; f) − 10 kV; g) − 15 kV; (h) − 20 kV.

Las mediciones se realizaron en la configuración original, lo que permitió una detección sensible en presencia de un campo magnético débil, ya que, convencionalmente, las mediciones de DP se realizan solo en el campo eléctrico21. Los experimentos presentados se realizaron en la configuración de campo magnético y eléctrico cruzado; el arreglo experimental se presenta en la Fig. 7. Se llevaron a cabo dos tipos de investigaciones: primero, en un vacío de aire que estaba incrustado en polietileno (PE), y segundo, en una configuración de punto-plano con una barrera de PE colocada en el suelo. electrodo. Todos los elementos dentro de la configuración experimental que están expuestos al campo magnético deben estar hechos de material no magnético (especialmente los electrodos y las conexiones). El campo magnético estático en este arreglo experimental fue proporcionado por dos imanes permanentes de neodimio que estaban ubicados en ambos lados de los electrodos a una distancia de 70 mm, creando una distribución de campo casi uniforme en el espacio intermedio. La inducción magnética en el medio del espacio era de 80 mT. Los imanes se colocaron y retiraron manualmente en la configuración experimental con alta precisión. Los imanes se fijaron con una construcción de madera para proporcionar una disposición estable. La inducción del campo magnético se midió utilizando un SMS 102 m equipado con un sensor Hall. Para información, la dirección del polo norte de la Tierra era perpendicular al campo estático y se indica en la Fig. 7 con una brújula simbólica.

Instrumentación para la medición de descargas parciales en campos eléctricos y magnéticos cruzados: (1) vacío en muestra de PE; (2) arreglo de corona punto-llano.

La geometría del espécimen que contenía el vacío se presenta en la Fig. 8a. La muestra vacía tenía unas dimensiones de 50 × 50 mm y un espesor de 3 mm. En los ensayos se utilizaron las muestras con vacíos internos que tenían un diámetro de 15 mm y dos variantes de espesor (a1 = 240 μm y a2 = 1 mm). La permeabilidad eléctrica εr del material PE fue igual a 2,2. Los electrodos de alta tensión y tierra tenían un diámetro de 40 mm y estaban hechos de aluminio pulido. Para evitar descargas superficiales, se sumergió en aceite todo el montaje con una muestra.

Geometría de la muestra: (a) vacío incrustado en PE; (b) configuración punto-plano de la corona.

La geometría del plano del punto de la corona se muestra en la Fig. 8b. El electrodo de aguja HV estaba hecho de cobre y el electrodo conectado a tierra con un diámetro de 40 mm estaba hecho de aluminio. La punta del electrodo HV puntual tenía un radio esférico de r = 60 μm. La barrera dieléctrica de PE con dimensiones de 60 × 60 mm se colocó sobre el electrodo de tierra. El espacio entre electrodos a se cambió dentro de un rango de 20 a 60 mm. La forma de onda sinusoidal de alto voltaje se entregó desde un amplificador (modelo Trek 20/20B) que estaba controlado por un generador de funciones (Tektronix modelo AFG 3011). La resistencia limitadora Z se colocó en la ruta de alto voltaje a la salida de la fuente HV. Para cerrar el bucle de descarga parcial de alta frecuencia, se colocó un condensador de acoplamiento Cc en una rama paralela de la muestra. Los PD se adquirieron en el modo de resolución de fase de banda ancha (PRPD) utilizando un sistema de adquisición ICM de Power Diagnostix. La unidad estaba conectada a una computadora de control por medio de una interfaz GPIB. La detección de las DP se realizó utilizando un transformador de corriente de banda ancha CT que se terminó en 50 Ω. Los experimentos presentados se ejecutaron a temperatura ambiente (21 °C) con un nivel de humedad del 24 % y una presión atmosférica de aprox. 0,1 MPa.

La interesante observación que se reporta en este trabajo se refiere a la modulación; es decir, la amplificación o atenuación de la intensidad de DP por un campo magnético superpuesto. Para investigar la influencia de un campo magnético en la dinámica de descargas parciales, se realizaron dos tipos de experimentos: primero, en un vacío gaseoso (de aire); y segundo, en una configuración de corona punto-plano en el aire con una barrera dieléctrica. La dinámica de descarga se indicó y visualizó en los experimentos realizados por el número de descargas que se registraron dentro de un intervalo de tiempo predefinido y se denomina intensidad en este documento. Los experimentos se realizaron en un campo magnético estático con una inducción de 80 mT. Este campo relativamente bajo se aplicó para detectar el comportamiento de DP en un rango de campo que posiblemente puede ocurrir en los dispositivos de potencia cotidianos. Independientemente, este campo es tres órdenes de magnitud mayor que el campo magnético de la Tierra (por ejemplo, en Cracovia, esto es igual a aproximadamente 46 μT).

Las mediciones de descargas parciales se realizaron en el arreglo experimental que se muestra en la Fig. 7, así como en una muestra de PE que contenía un vacío de aire (que se muestra en la Fig. 8a). El diámetro del vacío era de 15 mm y se investigaron especímenes con dos espesores (a1 = 250 μm y a2 = 1 mm). Los voltajes de inicio de DP para estas muestras fueron de 8 y 7,6 kV, respectivamente. Con la presencia de campo magnético, ambos voltajes de inicio de DP fueron ligeramente más bajos, dando 7,5 y 7,2 kV. Los voltajes de inicio son bastante similares, y este efecto se refiere al voltaje de ruptura en el aire a pequeñas distancias. Es decir, el valor común de la resistencia del campo eléctrico para cavidades interespaciadas de unos pocos milímetros a presión normal es de 3 kV/mm, mientras que para distancias submilimétricas sube hasta 5 kV/mm y más hasta 9 kV/mm para huecos diminutos de 0,01 mm de espesor10. Los patrones PRPD que se registraron a 10 kV para el espécimen con espesor a1 se muestran en la Fig. 9a; para el espesor a2 de la Fig. 9b, el gráfico refleja imágenes típicas que corresponden a la presencia de una inclusión gaseosa en el material dieléctrico10.

Patrones de DP registrados a 10 kV (B = apagado) para muestras con huecos incrustados con espesores de (a) 240 μm y (b) 1 mm.

Para revelar el impacto del campo magnético, el escenario de medición se dividió en dos fases (que se muestra en la Fig. 10): primero, sin campo magnético (B = apagado), seguido de un intervalo de conmutación que dura unos segundos; segundo—con campo magnético activo (B = encendido) con una inducción de 80 mT. Las dos trazas indican el número de pulsos de descarga parcial negativos y positivos (representados en azul y rojo, respectivamente). La pequeña diferencia observada entre el número de pulsos de DP negativos y positivos se puede atribuir a la pared vacía de gran superficie de la muestra y las faltas de uniformidad relacionadas (incluido el perfil de la superficie y las micro ondulaciones) también a las condiciones de la superficie, ya que el vacío se fabricó a partir de PE capas. Por lo tanto, esta diferencia resulta de una pequeña asimetría en la configuración experimental. Como se muestra en la Fig. 10a, encender el campo magnético manifestó un aumento en el nivel de forma de onda para un vacío con un espesor de 240 μm en la adquisición del tiempo de descarga parcial de la secuencia B = apagado/encendido. Para el vacío más grueso (a2 = 1 mm) en el PE, la intensidad de DP, denotada por el número de descargas N, creció rápidamente después de encender un campo magnético con una inducción de 80 mT (como se muestra en la secuencia de tiempo de DP en la Fig. 10b). El aumento revelado de la intensidad de DP mientras se enciende el campo magnético puede referirse a la ruta alargada de los iones y los electrones, que fueron causadas por la coexistencia de los campos magnético y eléctrico cruzados.

Secuencia de tiempo B = apagado/B = encendido del impacto del campo magnético sobre la intensidad de DP en vacío de PE a 10 kV con los siguientes espesores: (a) a1 = 240 μm; (b) a2 = 1 mm. El número N de pulsos de DP negativos y positivos se indica en rojo y azul, respectivamente.

El número de pulsos de DP de ambas polaridades aumentó para una inclusión más delgada (a1 = 240 μm) de 745 (el promedio de ambas polaridades) en estado estacionario a 785 (justo después de la transición del campo magnético). Para el vacío más grueso (a2 = 1 mm—Fig. 10b), el nivel libre de campo arrojó 2300 y aumentó a una tasa constante hasta 3770 (ambas polaridades) en 140 s. Vale la pena notar que, en el estadio sin campo, el número de pulsos de DP positivos y negativos fue ligeramente diferente, mientras que estos valores fueron más convergentes en el campo magnético. La relación entre el número de pulsos de DP de polaridad negativa (N-) versus los voltajes aplicados dentro de un rango de 8 a 20 kV para las mediciones sin campo magnético y con campo magnético presente se muestra en la Fig. 11.

Relación del número de pulsos de DP de polaridad negativa frente al voltaje aplicado para mediciones tanto sin campo magnético como con campo magnético presente (muestra de PE, espesor de vacío a1 = 240 μm).

El gráfico revela un alto grado de linealidad, lo que confirma la intensidad de DP ligeramente más alta en todo el rango de voltaje. Dado que el patrón de DP era simétrico, el gráfico de los pulsos positivos es muy similar. Dado que el campo magnético influyó en la trayectoria de vuelo de las partículas cargadas (es decir, los electrones y los iones), existe cierta geometría de inclusión crítica en la que este efecto es sustancial. En la geometría vacía investigada y con una inducción de campo magnético de 80 mT, este efecto no se detectó por debajo del espesor de ca. 100 μm (incluso se notó la atenuación del número de PD). Así, comparando estos casos (es decir, sin campo y con presencia de campo magnético), se observó una influencia significativa (especialmente en la intensidad de DP). El efecto de un campo magnético en los PD fue más predominante para el vacío más grueso. La falta de uniformidad del campo magnético puede haber influido adicionalmente en la trayectoria de la carga a nivel local. El número de colisiones entre electrones, iones y moléculas de gas se vio incrementado por un campo magnético a lo largo de la trayectoria alargada, incluida la amplificación de la energía de los electrones debido a la aceleración en el campo magnético; estas fueron las causas profundas de los fenómenos investigados.

El segundo conjunto de experimentos se realizó en una configuración de corona punto-plano en el aire con una barrera dieléctrica (PE) colocada en el electrodo de tierra44,45; la configuración de medición se muestra en la Fig. 7. El parámetro en estas mediciones fue la distancia a entre la punta del electrodo de punto y el suelo (suponiendo valores de 20, 40 y 60 mm). Se aplicó un campo magnético constante con inducción B igual a 80 mT en la dirección que era perpendicular a la disposición punto-plano (por lo tanto, al campo eléctrico). Los patrones de DP que se registraron para las tres distancias entre electrodos mencionadas anteriormente y los dos valores extremos de voltaje (9 y 16 kV) se muestran en la Fig. 12. El valor inferior está cerca del inicio, mientras que el superior se refiere al nivel de saturación.

Patrones de DP registrados (B = encendido) para dos valores extremos de voltaje (9 kV—columna izquierda y 16 kV—columna derecha) y para tres distancias entre electrodos: (a) a = 20 mm, (b) a = 40 mm, ( c) a = 60 mm.

Previo a las mediciones, se ejecutó la secuencia de prueba para asegurarse de que la variación de la señal detectada proviniera del campo magnético aplicado. En la Fig. 13 se muestra un diagrama de la secuencia de conmutación. La primera parte (I) del registro de intensidad de DP se refiere a la medición sin campo magnético y va seguida de una conmutación de apagado de prueba durante unos 10 s. Después de la recuperación de alto voltaje (II), la intensidad de DP volvió al nivel original; luego, la segunda operación de conmutación se refiere a la activación del campo magnético, lo que resultó en un umbral (III) de DP claramente elevado que se expresa por ΔN−. La última transición fue apagar el campo magnético a la etapa (IV), donde el nivel de DP corresponde al valor inicial. La influencia del campo magnético en la dinámica de DP se muestra en la Fig. 14 en el gráfico de comparación. El conjunto de curvas se refiere a la distancia a de la punta HV desde el suelo; dentro de cada par, hay trazos que reflejan las etapas B = apagado y B = encendido. Número de descargas N- corresponde a adquisición en 60 s. El gráfico revela la relación lineal del número de descargas de corona con los voltajes crecientes (desde el inicio hasta cierta etapa previa a la saturación). La observación más importante es que, en todos los casos, la intensidad de DP se amplificó con la presencia de un campo magnético. En el nivel de inicio de la corona U0 (voltaje de inicio U0-PD), este aumento fue menor (alcanzando el intervalo más amplio entre las líneas en 1.2U0). Cabe señalar que el voltaje de inicio de DP observado con la presencia de un campo magnético fue menor en aproximadamente un 8 % en comparación con B = fuera del escenario. Los puntos lila (9 kV) y rojo (16 kV) indican la correspondencia con los patrones de PRPD en la Fig. 12.

Diagrama de intensidad de DP de la secuencia de conmutación de prueba: (I) estado libre de campo magnético inicial; (TR) conmutación de apagado de prueba; (II) grabación de PD en B = apagado; (TR) transición para encender campo magnético; (III) presencia de campo magnético; (TR) transición al estado sin campo; (IV) campo magnético apagado.

Relación del número de pulsos de DP de polaridad negativa versus el voltaje aplicado para mediciones tanto sin campo magnético como con campo magnético presente en configuración punto-plano con variaciones de distancia de 20 a 60 mm.

Los marcadores de los perfiles de secuencia de tiempo que se muestran en la Fig. 14 se indican mediante flechas. Los gráficos indican claramente la influencia del campo magnético en la dinámica de la descarga de corona. Incluso en el nivel de inicio, se puede detectar la elevación de la intensidad de la descarga.

La secuencia de tiempo de los perfiles de intensidad de DP en tres niveles de voltaje (9, 12 y 14 kV), así como dos distancias entre electrodos (20 y 40 mm), se ilustran en la Fig. 15. Aumentos adicionales en el voltaje dieron como resultado diferentes dinámicas. (es decir, en el caso de una distancia de a = 20 mm, el número de DP en el estado de campo magnético presente se elevó mientras aumentaba el voltaje; sin embargo, el intervalo expresado por ΔN− se atenuó. A diferencia de a = 40 mm, el aumento de tensión de 9 a 14 kV se asoció con el fuerte crecimiento dinámico de ΔN− – de 260 a 1620, respectivamente). Los ejemplos anteriores indican que la introducción de un campo magnético conduce a una amplificación de la intensidad de descarga y un aumento en el número de canales de transmisión. En el caso de la corona, las mejoras se refieren tanto a la zona de ionización como a la región de deriva. Este efecto puede ser confirmado por las simulaciones presentadas en la sección "Conclusión". La comparación de trayectorias en campos eléctricos y magnéticos cruzados para distancias entre electrodos a = 20 mm y a = 40 mm indica la elongación de la trayectoria del electrón y, por lo tanto, la probabilidad de inicio de la descarga. Simultáneamente, el tiempo de residencia y propagación tp en esos dos casos en B = 40 mT se extiende de 0,5 a 1,1 ns.

Secuencia de tiempo B = apagado/B = encendido (B—inducción magnética) de la influencia del campo magnético en la intensidad de DP (N—número de descargas) en arreglo punto-plano de corona para distancias de punta a tierra de a = 20 mm (izquierda columna) y a = 40 mm (columna derecha) a los siguientes voltajes: (a) 9 kV; (b) 12 kV; c) 14 kV.

El objetivo del artículo era informar sobre la dinámica modulada por el campo magnético de las descargas parciales. Comprender el mecanismo físico de la influencia del campo magnético en las DP es un tema complejo que requiere más investigación. En esta etapa, se pueden plantear algunas hipótesis que pueden explicar la influencia del número de pulsos de DP, afectando también la magnitud de la DP. El mayor número de pulsos de DP en presencia de campo magnético puede atribuirse al menor voltaje de inicio, que se observó en ambos casos, es decir, en los experimentos con huecos y corona. Además de un campo eléctrico, el componente del campo magnético genera una fuerza de Lorentz adicional sobre las partículas cargadas. Esta fuerza que actúa sobre los electrones libres en un campo E × B cruzado da como resultado una aceleración más fuerte en comparación con una deriva solo en un campo eléctrico, lo que afectará la energía de los electrones libres y mejorará las ionizaciones de las moléculas de gas. De esta forma, el campo magnético actúa sobre la zona de ionización focalizada, disminuyendo el voltaje de inicio de DP y resultando en un mayor número de descargas en comparación con B = fuera de etapa. La aceleración más fuerte afecta el número de colisiones entre los electrones libres y las moléculas de gas, así como la energía media de los electrones libres. Otra hipótesis con respecto a la dinámica de las DP puede estar relacionada con el hecho de que, debido a las diferentes polaridades, los electrones y los iones positivos se desviarán en direcciones opuestas, lo que extenderá la trayectoria de los electrones libres entre colisiones, lo que generará más electrones de alta energía, lo que conducirá a un aumento de la energía. tasa de ionización. En este escenario, la desviación de iones positivos dará como resultado un camino de electrones libre promovido, disminuyendo la tasa de recombinación local y, por lo tanto, aumentando la probabilidad de un evento de colisión. Este efecto también dará como resultado un mayor número de PD. La trayectoria desviada de la ruta de descarga bajo campos magnéticos y eléctricos cruzados, visualizada mediante imágenes in1, da como resultado un aumento en el número de descargas, según lo medido en el experimento presentado, debido a la mayor probabilidad de inicio de descarga en una ruta más larga. El componente magnético perpendicular mejora la concentración de carga espacial en toda la región entre electrodos, lo que aumenta el posible volumen de ionización (dado que la ruta de deriva recta se modifica para que sea más desviada y en forma de espiral), lo que aumenta la probabilidad de colisión con iones y moléculas de gas. . También puede dar como resultado un aumento en el número de canales de transmisión, por lo tanto, un número de PD más alto. La trayectoria más larga también significa un tiempo de residencia más largo para las cargas en el espacio entre electrodos, especialmente los electrones que causan eventos de ionización sucesivos. Este efecto afectará también la magnitud de la descarga. En una vista más macroscópica, un canal de corriente en propagación que consta de electrones e iones se verá afectado por un campo magnético superpuesto. En futuras investigaciones, se deben analizar además de los efectos relacionados con el transporte de carga en el aire, los efectos interfaciales asociados con las interacciones en la superficie del PE, incluida la emisión superficial y la acumulación de carga.

Este artículo presenta una metodología de medición original y un enfoque de detección para determinar la influencia del campo magnético en la dinámica de DP. Las mediciones se ejecutaron en la configuración original, lo que permitió una detección sensible en presencia de un campo magnético débil, a diferencia de las mediciones convencionales de DP, que se realizan solo en un campo eléctrico. La técnica de medición aplicada permitió detectar el efecto de los campos magnéticos sobre las DP en vacío y en modo corona. Se demostró que la interacción de campos eléctricos y magnéticos influye en la dinámica de descargas parciales en ambas configuraciones. En el enfoque de adquisición, la técnica de cambio de tiempo de presencia de campo magnético se sincronizó con la detección de DP. La combinación de imágenes de fase resuelta y diagramas de intensidad de secuencia de tiempo permitió visualizar y determinar cuantitativamente el impacto del campo magnético en las DP.

Se demostró en simulaciones que los campos eléctricos y magnéticos cruzados influyeron en la trayectoria de las partículas cargadas, es decir, las elongaciones y turbulencias de la trayectoria del haz de electrones. Debido a la deflexión causada por la fuerza de Lorentz efectiva, una vía más larga también condujo a una evaluación comparativa del tiempo de residencia prolongado mientras solo se exponía a un campo eléctrico. En ciertas proporciones de campos magnéticos y eléctricos, la presencia de un campo magnético puede conducir a un punto de descarga concentrado y localizado, no a uno disperso como se puede encontrar en un caso sin campo. De esta manera, un campo magnético alarga las trayectorias de carga (es decir, tanto para electrones como para iones) y aumenta la energía; esto se debe a la aceleración en los campos combinados. Esto puede aumentar la probabilidad de ionización, aumentando así efectivamente la intensidad de la descarga; esto también fue confirmado por las mediciones en ambos vacíos en el dieléctrico y la corona. Por otro lado, la torsión de una vía de carga puede atenuar o incluso detener la acción de las DP. Dichos efectos se observaron para huecos muy pequeños. Se demostró que el impacto de un campo magnético también depende del espesor del vacío en el caso de inclusión dieléctrica incrustada (o distancia entre electrodos, como en el caso de la corona). En el caso de la inclusión gaseosa en el material dieléctrico, parece existir cierta geometría de inclusión crítica por encima de la cual este efecto es sustancial. Por ejemplo, el efecto no se detectó y la atenuación del número de PD ni siquiera se notó en la geometría vacía investigada y en la inducción del campo magnético de 80 mT por debajo del espesor de ca. 100 micras. El efecto de un campo magnético en las DP fue más predominante para el vacío más grueso. Además, el número de descargas aumentó cuantitativamente de forma más dinámica al aumentar el voltaje en presencia de ambos campos en comparación con el caso de referencia con solo un campo eléctrico. Este efecto se atribuye al alargamiento de las trayectorias de las partículas cargadas y al aumento de la energía de los electrones debido a la aceleración. El estudio presentado puede contribuir a la metodología de medición, la técnica de detección y la comprensión de los fenómenos físicos. Puede generar conciencia sobre la modulación de intensidad de DP causada por la presencia de campos magnéticos en la mayoría de los dispositivos de energía eléctrica. Por tanto, el efecto de un campo magnético puede percibirse como un factor de modulación adicional que influye en la dinámica de las DP.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Manders, F., Christianen, PCM & Maan, JC Propagación de una descarga de serpentina en un campo magnético. J. física. D: aplicación física 41, 2340006 (2008).

Artículo Google Académico

Bhangaonkar, AS, Kulkarni, SV & Shevgaonkar, RK Estudio de los efectos del campo magnético alterno en la corona puntual. Trans. IEEE. Dielectr. eléctrico Insul. 18, 1813–1820 (2011).

Artículo Google Académico

Elabbas, K. Estudio experimental del efecto del campo magnético en la descarga de corona de CC en bajo vacío. J. Inst. Ing. India. Ser. B 95, 189–195 (2014).

Artículo Google Académico

Mi, J., Xu, D., Sun, Y., Du, S. y Chen, Y. Influencia del campo magnético en las corrientes de descarga de corona negativa. Elsevier J. Electrostat. 66, 457–462 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Moon, JD, Lee, GT & Chung, SH Características de eliminación y descarga de gas SO2 y CO de un reactor de plasma no térmico en un campo magnético de CC cruzado. Trans. IEEE. Aplicación ind. 35, 1198–1204 (1999).

Artículo CAS Google Académico

Hepburn, DM, Steward, BG, Dissado, LA, Fothergill, JC Perturbación del campo magnético de la actividad de descarga parcial en un espacio de cono-plano. En la Conferencia de Aislamiento Eléctrico (EIC), Nashville, EE. UU. (2007).

Reid, AJ, Hepburn, DM, Stewart, BG La influencia de los campos magnéticos externos en las características de descarga parcial de vacíos. En Aislamiento Eléctrico Conf. 147–150 (2013).

Fruth, B. & Niemeyer, L. La importancia de las características estadísticas de los datos de descargas parciales. Trans. IEEE. eléctrico Insul. 27, 60–69 (1992).

Artículo Google Académico

Pan, C., Chen, G., Tang, J. y Wu, K. Modelado numérico de descargas parciales en una cavidad limitada por un dieléctrico sólido: una revisión. Trans. IEEE. dielo El. En s. 26, 981–1000 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Florkowski, M. Descargas parciales en sistemas de aislamiento de alto voltaje: mecanismos, procesamiento y análisis (AGH Press, 2020).

Google Académico

Rao, X. et al. Estudio de las características de descargas parciales del gas mixto C6F12O. ciencia Rep. 12, 6265. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05427-0 (2022).

Artículo ADS CAS Google Académico

Callender, G. & Lewin, PL Modelado de fenómenos de descargas parciales. IEEE Electr. Insul. revista 36, 29–36 (2020).

Artículo Google Académico

Florkowski, M. Seguimiento autónomo de la evolución del patrón de descarga parcial basado en el flujo óptico. Medida 179, 109513 (2021).

Artículo Google Académico

Van Brunt, RJ & Kulkarni, SV Método para medir las propiedades estocásticas de pulsos de corona y descargas parciales. Rev. Sci. instrumento 60, 3012-3023 (1989).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Florkowski, M., Florkowska, B., Kuniewski, M. & Zydroń, P. Mapeo de canales de descarga en el vacío creando un área efectiva de descarga parcial. Trans. IEEE. Dielectr. eléctrico Insul. 25, 2220–2228 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Imburgia, A., Rizzo, G., Romano, P., Ala, G. & Candela, R. Evolución temporal de descargas parciales en un dieléctrico sometido a tensión periódica continua. Energías 15, 2052 (2022).

Artículo Google Académico

Xue, L. et al. Monitor online cuantitativo de descargas parciales basado en interferometría. ciencia Rep. 10, 19047. https://doi.org/10.1038/s41598-020-76134-x (2020).

Artículo CAS Google Académico

Florkowski, M., Kuniewski, M. & Zydroń, P. Descargas parciales en aislamiento HVDC con armónicos de CA superpuestos. Trans. IEEE. Dielectr. eléctrico Insul. 27, 1875–1882 (2020).

Artículo Google Académico

Bakeev, Y., Klimov, AS, Oks, EM y Zenin, AA Influencia del campo magnético longitudinal en los parámetros y características de una fuente de electrones de plasma de vacío previo basada en una descarga de cátodo hueco. Vacío 187, 110161 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Radmilović-Radjenović, M. & Radjenovic, B. El efecto del campo magnético en las características de ruptura eléctrica. J. física. D: aplicación física 39, 3002-3009 (2006).

Artículo ADS MATH Google Scholar

Florkowski, M. Efecto del campo magnético en la dinámica de descargas parciales en sistemas de aislamiento de dispositivos de transporte de energía. Trans. IEEE. Transporte. eléctrico 8, 4678–4686 (2022).

Artículo Google Académico

Martinez-Tarifa, JMM, Rivas-Conde, J., Robles, G. & Sanz-Feito, J. Influencia de los campos magnéticos de fuga en la actividad de descargas parciales en transformadores de potencia. Trans. IEEE. dielo eléctrico Insul. 17, 1724-1730 (2010).

Artículo Google Académico

Florkowski, M. & Furgał, J. Métodos de alta frecuencia para la evaluación del estado de transformadores y máquinas eléctricas (AGH Press, 2013).

Google Académico

Korzhov, AV Efecto del campo magnético sobre los parámetros de descarga parcial en cables eléctricos y sobre las características de ruptura del aislamiento de papel impregnado. J. Electrostato. 96, 169–176 (2018).

Artículo Google Académico

Jiang, N. et al. Propiedades físicas y químicas de un plasma de descarga de flujo continuo pulsado en nanosegundos superpuesto de CC asistido magnéticamente. J. física. D: aplicación física 54, 245203 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Pekarek, S. DC producción de ozono de descarga de corona mejorada por campo magnético. EUR. física JD 56, 91–98 (2010).

Artículo ADS CAS Google Académico

Zhou, YJ et al. Mejora de la sensibilidad de la espectrometría de emisión óptica de descarga luminiscente de cátodo en solución mediante campo magnético externo para la determinación óptica de elementos. microquímica J. 158, 15224 (2020).

Artículo Google Académico

Gao, Y., Du, BX, Ma, ZL, Efecto del campo magnético en el comportamiento de la formación de árboles eléctricos en el aislamiento del cable XLPE. En Conf. ISEIM 457–461 (2011).

Wang, MI et al. Efectos del campo magnético de gradiente sobre el comportamiento de la carga y el crecimiento del árbol eléctrico en resina epoxi. Trans. IEEE. Dielectr. eléctrico Insul. 28, 1686-1693 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Wang, MI et al. Características de árbol eléctrico en epoxi bajo campo acoplado electromagnético. En 14th European Conf. on Applied Superconductivity (EUCAS'19) 1–12 (2019).

Yu, Y., Du, BX, Jin, JX, Han, T. y Su, JG Efecto del campo magnético en el comportamiento de la formación de árboles eléctricos del caucho de silicona a baja temperatura. Trans. IEEE. Superconductividad aplicada 26, 0609304 (2016).

Artículo Google Académico

Du, BX, Su, JG y Han, T. Efectos del campo magnético en el crecimiento del árbol eléctrico en caucho de silicona bajo voltaje de pulso repetitivo. Trans. IEEE. dielo eléctrico Insul. 22, 1785-1792 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Du, BX, et al. Efectos del campo magnético en el flashover de la superficie de la película de poliimida para el aislamiento de imanes superconductores. En 3° Int. Conf. sobre dieléctricos (ICD) 97–100 (2020).

Wang, M., Du, B., Han, X., Kong, X. y Li, Z. Efectos del campo magnético alto en el comportamiento de descargas parciales y descargas disruptivas de la resina epoxi. Trans. IEEE. Superconductividad aplicada 31, 7700704 (2021).

CAS Google Académico

Murugesa, S., Amalanathan, AJ, Sarathi, R., Srinivasan, B. y Samikannu, R. Investigación sobre el impacto del campo magnético en la actividad de descarga de corona en el aceite de Punga utilizando técnicas de sensores de fibra fluorescente y uhf. Acceso IEEE 9, 129218–129228 (2021).

Artículo Google Académico

Raether, H. Electron Avalanches and Breakdown of Gases (Butterworths, 1964).

Google Académico

Li, X., Sun, A. y Teunissen, J. Un estudio computacional de las descargas superficiales negativas: características de las serpentinas superficiales y las cargas superficiales. Trans. IEEE. Dielectr. eléctrico Insul. 27, 1178–1186 (2020).

Artículo Google Académico

Florkowski, M. Imágenes y simulaciones de serpentinas positivas en la superficie y en el aire adyacentes al material dieléctrico. Medida 186, 110170 (2021).

Artículo Google Académico

Talebizadehsardari, P., Eyvazian, A., Khan, A. y Sebaey, TA Medición y evaluación de la asistencia del campo magnético en la vida útil a la fatiga y caracterización de la superficie de la aleación Inconel 718 procesada mediante torneado por descarga eléctrica en seco. Medida 173, 108578 (2021).

Artículo Google Académico

Goldenberg, DP Principios de la espectroscopia de RMN (University Science Books, 2016).

Google Académico

Raizer, YP Física de descarga de gas (Springer, 1991).

Libro Google Académico

Ryżko, H. Velocidad de deriva de electrones e iones en aire seco y húmedo y en vapor de agua. proc. física Soc 85, 1283-1295 (1964).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Guía del usuario de COMSOL Multifísica 6.0. https://doc.comsol.com/6.0/docserver/ (2021).

Kojima, H., et al. Influencia de la longitud del espacio en la propagación del canal de descarga y el mecanismo de ruptura en el aire. En XVII Int. Síntoma sobre Ingeniería HV, ISH'11 Hannover (2011).

Florkowski, M., Krześniak, D., Kuniewski, M. & Zydroń, P. Imágenes de descarga parcial correlacionadas con patrones de resolución de fase en campos eléctricos no uniformes con varios materiales de barrera dieléctrica. Energías 13, 2676 (2020).

Artículo CAS Google Académico

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El autor desea agradecer al Ing. Kazimierz Chudyba por su ayuda con la disposición de la configuración magnética.

AGH Universidad de Ciencia y Tecnología, Al. Mickiewicza 30, 30-059, Cracovia, Polonia

marek florkowski

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MF concibe el estudio, realizó las mediciones, analizó los resultados y escribió el manuscrito.

Correspondencia a Marek Florkowski.

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Florkowski, M. Dinámica modulada por campo magnético de descargas parciales en defectos de materiales aislantes de alto voltaje. Informe científico 12, 22048 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26675-0

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Recibido: 15 Agosto 2022

Aceptado: 19 de diciembre de 2022

Publicado: 21 diciembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-26675-0

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