Comportamiento del efecto corona en configuración coaxial bajo condiciones de presión controladas para el aire

Abstract

Este proyecto analiza el comportamiento del efecto corona en configuración coaxial, para condiciones de presión controlada entre 74 kPa y 550 Kpa de presión. Se estudia el comportamiento de la característica V‐I obtenida al aplicar señales de voltaje DC en el arreglo coaxial y la carga espacial cuando se aplican señales de impulso de tensión tipo rayo. Las pruebas se realizaron usando un arreglo de cinco tubos coaxiales conectados en paralelo, cada uno con un alambre concéntrico de 0.3 mm de diámetro. Las mediciones permitieron obtener la característica I‐V del arreglo coaxial y un modelo de regresión matemático que permite predecir el comportamiento de la corriente en función de la presión de trabajo y del voltaje aplicado al arreglo, garantizando un error promedio menor al 5 %. También se estudio la impedancia del arreglo coaxial, encontrando que presenta un comportamiento no lineal en función de la tensión, alcanzando valores elevados (G) en el instante que se supera el voltaje de inicio del efecto corona, que disminuyen conforme aumenta la tensión de prueba. El mismo comportamiento se observó con todas las presiones de trabajo usadas en el estudio. Las pruebas de impulso de tensión mostraron que se genera carga espacial cuando el voltaje aplicada sobrepasa el voltaje de inicio del efecto corona. Cuando esto sucede, se produce un impulso de corriente de electrones que viaja a través del aire en el arreglo coaxial generando una densidad de iones alrededor del alambre coaxial, que se conoce como carga espacial. El proceso de ionización descrito se puede presentar en una o dos etapas de ionización asociada a uno o dos pulsos de corriente producidos de forma consecutiva. El proceso de ionización de una etapa se presentó cuando la presión de trabajo era menor a 344.4 kPa, y el proceso de ionización en dos etapas se presentó cuando la presión era superior.

Abstract. This research show the V‐I characteristics of the corona effect in a coaxial setup for a DC voltage signal and the spatial charge produced when lightning impulse voltage are applied, under controlled pressure conditions between 100 kpa and 560 kPa. The tests were made using an array of five coaxial tubes connected in parallel, each one with a 0.3 mm diameter concentric wire. Measurements and results was used for develop for tha I‐V characteristics and a fitting mathematical model which is capable to predict the corona current in the coaxial arrangement, for any pressure and any voltage selected within the range of the used values. The impedance of the coaxial setup was analyzed too, finding a higher impedance value near the corona inception voltage that decreases rapidly when the applied voltage exceeds onset corona voltage; this behaviour was observed for all pressure conditions. The results obtained for the lightning impulse shown that space charge is produced when the applied voltage is higher than the corona onset voltage. When the onset voltage is overtaken, one electron current pulse travel through the air gap and produce an ion volumetric charge density around the concentric wire, this one is named spatial charge. The ionization process occurs in one or two ionization steps. The one step ionization process was observed when the test pressure was low and the two steps ionization process occurred when pressure is high. Additionally, the spatial charge is higher when the test pressure is lower but decrease when pressure increase.