局部放电试验的几点要说明 薛宏图.pdf

局部放电试验的几点说明 薛宏图 2015.11.16 概述 定义 局部放电（局放）的定义：电气设备的绝缘系统在电场作用下的电场分布是不均匀的，局部区域的电场强度达到该区域 的击穿场强时，该区域发生放电，但整个绝缘系统尚未击穿的现象局放是一种复杂的物理过程，具有电、声、光、热 等效应，并会产生各种生成物常用的高频电脉冲局放检测法的检测依据是，局部放电现象反映到试品施加电压的两端， 有微弱的脉冲电压出现局放的放电电流一般为脉冲电流，这有别于泄露电流） 局放的种类 ? 内部局放：发生在绝缘体内部的局放现象； ? 表面局放：发生在绝缘体表面的局放现象； ? 电晕：发生在导体边缘且周围都是气体的局放现象 局放的发生原因和危害 ? 电极系统不对称使电场在绝缘系统中分布不均（如电缆末端等部位）； ? 绝缘介质不均匀介质电容与介电常数成正比（如平板电容C=εS/4πkd），在交变电场中，电场强度与电容值成反比， 那么，介电常数小的介质中电场强度要高于介电常数大的介质（本条可解释复合绝缘，也可解释绝缘体中含有气泡等 情况）； ? 悬浮电位和导体接触不良 局放的发生原因 局放的危害 危害：逐渐腐蚀、损坏绝缘材料，使放电区域不断扩大，最终导致整个绝缘体击穿。

? 带电质点的轰击放电过冲中的电子及正负离子在电场作用下加速，撞击另一极，使绝缘材料的化学键断裂而产生裂解，降 低绝缘性能； ? 热效应，长期局放的放电点上，介质发热温度很高，甚至可使绝缘材料在放电点上被烧灼、熔化或腐蚀成粉末； ? 辐射效应局放产生可见光、紫外线及X射线等使绝缘材料的基团或分子分解； ? 活性生成物腐蚀 ? 机械应力的效应放电产生高压气体，使绝缘体产生微爆，造成微断裂 内部局放的发生机理I 内部局放现象的惯用分析模型是内含气泡的绝缘介质结构，如图1所示其中图1的C是绝缘介质中的小气泡；B是与气泡 串联的部分介质；A是其他部分介质 图2为该结构的等效模型，其中CC、RC并联代表气泡C的阻抗；CB、RB并联代表气泡串联B部分介质的阻抗；CA、RA并 联代表A部分介质的阻抗 由于电阻RB、RC为百兆欧数量级（108~109），而电容为nF（10-12）数量级，那么在工频场的分压中可将电阻忽略 图2 绝缘系统耐压模型图1 内含气泡的绝缘介质结构 内部局放的发生机理II 无论在工频场还是局放过程中，都可将电阻忽略，图3为图2在局放过程中的简化模型 可将B、C近似等效为平板电极面积相等的平板电容，电容公式C=εS/4πkd，其中ε为电容介质的介电常数，S为平板面积，d 为电极间距。

设uB和uC分别为CB和CC两端的电压, εB和εC为介质B、C的介电常数，EB、EC分别为介质B、C的电场强度 则介质C、B的耐受电压比为 uC uB = ωCB ωCC = CB CC = ε? ?1 ε? (?2−?1) 介质C、B中的电场强度为 EC EB = uC / ?1 uB / (?2−?1) = ε? ε? 在工频电场中，气泡C中场强是绝缘介质B中场强的(εB/εC)倍，通常εC=1， εB2，即气泡C 中的场强一般比介质B中的高，而气体的击穿强度一般比固体绝缘介质的低，因此，在外 施电压升高时，气泡首先被击穿而发生局放，且周围介质仍保持绝缘特性 图3 简化模型 内部局放的发生机理III 如图4，内含气泡的内部局放过程如下： ? 当外施电压u的峰值足够高，则uC将随着u升高并达到击穿电压UCb（即uC= UCb ）时，气泡发生发电，使气泡中大量中性 分子电离，产生正离子和电子或负离子，形成空间电荷，电荷在外施电场作用下迁移到到气泡壁上，形成与外施电场相反 的电压-△UC，此时气泡上的剩余电压ur=UCb-△UCUCb（设定该电压值为Ur），放电暂停 ? u继续上升，当ur随之再次达到UCb时，形成第二次放电。

假设每次放电都建立反向电压-△UC ，且前面的放电积累电荷 都未泄露掉）此时气泡的反向电压为-2△UC，放电再次暂停 ? 如此，在放电n次后，外施电压u达到工频峰值，则放电产生的空间电荷所建立的内部电压为-n△UC ? 在u达到峰值后， uC开始下降，当气泡上的电压达到-UCb（ur =-n△UC+uC=-UCb）时，气泡又放电，但放电产生的空间电 荷的移动方向与之前相反，并中和掉一部分原来累积的电荷，是内部电压减少一个△UC ，放电暂停按照此过程继续反 方向放电中和过程 内部局放的发生机理IV ? 图4为绝缘体内含气泡的剩余电压ur在整个局放过程中的变化波形，毛刺为气泡中实际的放电脉冲，可按电容比反映到外施 电压上，并被脉冲电流型局放检测仪分离检测到（视在放电量，比实际放电量小的多，近似为qr CB/(CB+CC )，其中qr为实 际气泡内放电量） ? 图5为检测仪上显示的内含气泡的局放典型波形，从图中可见放电未出现在试验电压的过峰值的一段相位上，这与分析相 符实际放电波形还有以下几个特征： ?由于可能存在多个气泡，每次放电的大小（即脉冲幅度）是不相等的； ?实际气泡中的两种极性的放电电压不同，放电脉冲在正负半周上只是近似对称； ?放电一般是出现在试验电压幅值绝对值的上升部分的相位上，在放电很剧烈时，会扩展到电压幅值绝对值的下降部分 的相位上（原因：UCb小及气泡壁漏电）； ?气泡电容的两个电极可视为对称电极，将试压端及接地端对调，放电波形基本一致。

图4 局放过程气泡剩余电压图5 内含气泡绝缘体的局放波形 表面局放的发生机理I 表面局放的介质结构示意图见图6，从图中可以看到，表面局放和内含气泡局放机理类似，可将图中的放电位置视作一个气隙， 并与内含气泡局放过程共用放电简化模型 图6 表面局放的介质结构 表面局放的发生机理II 表面局放有以下几点特性： ? 表面局放模型中的气隙的两端分别是介质和导体，放电产生的电荷只能累积在介质极，累积的电荷量少，不易在外加电 压绝对值的下降相位上出现放电 ? 若电极系统是不对称的（即图6中电极1和电极2不对称），且放电只发生在一个电极的边缘，则放电图形是不对称的： ?当放电的电极接高压，不放电的电极接地，在施加电压的负半周是放电量少，放电次数多，在正半周是放电量大， 且次数少，见图7因为两个电极都是导体，而导体在负极性时容易发射电子，同时正离子撞击阴极产生二次电 子发射，使得电极周围气体的起始放电电压低，因而放电次数多而放电量少 ?反之，则正半周放电脉冲是小而多，负半周放电脉冲是大而少，见图8 ? 若电极是对称的（即图6中电极1和电极2对称），即两个电极边缘场强时一样的，且两个电极都放电，那么放电的图形 也是对称的，即正负半周的放电基本相同，见图9。

表面局放的发生机理III 图7 不对称电极，放电电极高压 图8 不对称电极，放电电极接地 图9 对称电极，电极放电 电晕放电的发生机理I ? 电晕发电的概念： 若带电导体存在曲率半径很小的尖端，且尖端附近的局部电场强度超过了气体的电离场强，使气体介质发生电离和激励而出 现的局部自持放电 ? 电晕放电的特征： ?介质为气体； ?放电模型的中的放电电极是曲率半径很小的尖端（或针头）； ?放电电极（尖端）是金属导体，在负极性时容易发射电子，同时正离子撞击阴极发生二次电子发射，使得放电总是 在尖端为负极性时先出现； ?电晕的放电脉冲就出现在外加电压负半周的90°相位的附近，几乎是对称于90°，出现的放电脉冲几乎是等幅值，等 间隔的（见图10）； ?随着电压的提高，放电量大小几乎不变，而次数增加当电压足够高时，在正半周会出现很少量幅值很大的放电脉 冲正负半周波形是极不对称的（见图11） 电晕放电的发生机理II 图10 电晕放电（外施电压不高时）图11 电晕放电（外施电压很高时） DL/T 417-2006对基本局放模型基本图谱的解释 I DL/T 417-2006对基本局放模型基本图谱的解释 II DL/T 417-2006对基本局放模型基本图谱的解释 III DL/T 417-2006对基本局放模型基本图谱的解释 IV DL/T 417-2006对局放干扰基本图谱的解释 I DL/T 417-2006对局放干扰基本图谱的解释 II DL/T 417-2006对局放干扰基本图谱的解释 III DL/T 417-2006对局放干扰基本图谱的解释 IV 。