局部放电试验理论与实际应用.doc

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1、局部放电试验理论与实际应用局部放电试验理论与实际应用1基本概念1.1局部放电的产生和放电过程采用固体绝缘的电工产品，如塑料电缆、电机、胶纸套管以及浇注变压器等，都难免在绝缘结构中含有气隙，产生气隙的原因很多，有的是在产品制造中就残留在绝缘结构中；有的是在使用中有机材料进一步固化或裂解而放出气体形成的；有的是在使用中承受机械力如震动、热胀冷缩等造成的局部开裂。这些气隙在电场作用下就会产生局部放电。最简单的情况是在介质内部含有一个气隙，如图1所示。图中c代表气隙，b是与气隙串联部分的介质，a是除了b之外其他部分的介质。假定这一介质是处于平行板电

2、极之中，在交流电场作用下，气隙和介质中的电过程可以用图2所示的等效电路来分析。15局部放电试验理论与实际应用从等效电路图可见，在工频电场中气隙的电场强度比介质中电场强度高，而另一方面气体的击穿场强即气隙发生击穿时的电场强度一般都比固体的击穿场强低。因此，在外加电压足够高时，气隙首先被击穿，而周围的介质仍然保持其绝缘特性，电极之间并没有形成贯穿性的通道，这种现象就称为局部放电。在液体和固体的组合绝缘结构中，如油纸电容套管、油纸电缆、油浸式流变、压变、油纸电容器（耦合电容器）、油浸变压器等等，由于在制造中采取了真空干燥浸渍等工艺，可以使绝缘体中

3、基本上不含有气隙，但却不可避免地存在着充满绝缘油的气隙。这些油的介电常数通常也比固体介质为小，而击穿场强又比固体介质低，因此，在油隙中也会发生局部放电，不过与气隙相比要在高得多的电场强度下才会发生。还应当注意的是，即使在介质中不含有气隙或油隙，只要是介质中的电场分布是极不均匀的，也就可能发生局部放电。例如埋在介质中的针尖电极或电极表面上的毛刺，或其他金属屑等异物附近的电场强度，要比介质中其他部位的电场强度高得多。当局部的电场强度达到介质的本征击穿场强时，介质局部击穿而形成了局部放电。如果外施电压是正弦交流电压，当电压瞬时值上升使得气隙上的电

4、压Uc达到气隙的击穿电压Ucb时，气隙发生击穿放电。由于放电的时间极短，可以看作气隙上的电压由于放电而在瞬间下降了ΔUc，于是气隙上的实际电压低于气隙的击穿电压，放电暂停。此后气隙上的电压又随外加电压瞬时值的上升而上升，直到气隙上的电压又回升到气隙的击穿电压Ucb时，气隙又发生击穿放电，此时气隙上的电压又下降ΔUc，于是放电又暂停。假定气隙表面电阻很高，前一次放电产生的空间电荷没有泄漏掉，则这时气隙中的放电电荷建立的反向电压为-2ΔUc。依此类推，如果在外加电压的瞬时值达到峰值之前发生了n次放电，每次产生的电荷都量相等的，则在气隙中放电电荷

5、建立的电压为-nΔUc。在外加电压过峰值后，气隙上的外加电压分量U外逐渐减小，当U外=∣-nΔUc∣时，气隙上的实际电压为零。外施电压的瞬时值继续下降，当∣U外-nΔUc∣=Ucb时，即气隙上实际的电压达到击穿电压时，气隙又发生放电，不过放电电荷移动的方向决定于在此以前放电电荷所建立的电场E内，于是减少了原来放电所积累的电荷，使气隙上的实际电压为∣U外-（n-1）ΔUc∣＜Ucb于是放电暂停。此后随外施电压继续下降到负半周，当重新达到∣-U外-（n-1）ΔUc∣15局部放电试验理论与实际应用=Ucb时，气隙又发生放电，放电后气隙上的电压为∣

6、U外-（n-2）ΔUc∣＜Ucb，于是放电又停止。依此类推直到外加电压达到负峰值，这时气隙中放电电荷建立的电压为nΔUc。随着电压回升，在一段时间内-U外+nΔUc＜Ucb不会出现放电，直到U外+nΔUc=Ucb时气隙又发生放电。放电后气隙上的电压为U外+（n-1）ΔUc＜Ucb，于是放电又暂停。此后随着外加电压升高放电又继续出现。由此可见，在正弦交流电压下，局部放电是出现在外加电压的一定相位上，当外加电压足够高时，在一个周期内可能出现多次放电，每次放电有一定间隔时间。电压越高放电次数就越多。1.2表征局部放电的参数在气隙中产生局部放电时，

7、气隙中的气体分子被游离而形成正负带电质点，在一次放电中这些质点所带的正（或负）电荷总和称为实际放电量q。由于气隙经常是处于介质内部，因而无法直接测得q，但根据图2所示的等效电路当CC上的电荷变化时，必然会反映到CO上电荷和电压的变化，即试样两端出现电荷和电压的变化。因此可以根据这种变化来表征局部放电。a、视在放电电荷视在放电电荷是指局部放电时，一次放电在试样两端出现的瞬变电荷。根据图2等效电路所示，因为局部放电的放电时间极短，可以假定在放电过程中，一方面电源来不及供给补充电荷，另一方面各个电容上的电荷也没有泄漏掉。因此当气隙放电而造成CC上

8、的电压下降ΔUc时，各电容上的电荷重新分配，因此Ca上的电压也下降了ΔUa。qa就是视在放电电荷，视在放电电荷与实际放电电荷的关系：qa=q×Cb/（Cb+CC）通常气隙是得薄的