第一章 局放理論概述

在開始我們的實驗以前，我們首先應該對局部放電有個初步的了解，為什么要測量局部放電？局部放電有什么危害？怎樣準確測量局部放電？有了上述理論基礎可以幫助我們理解測量過程中的正確操作。

  一、局部放電的定義及產生原因

     在電場作用下，絕緣系統中只有部分區域發生放電，但尚未擊穿，（即在施加電壓的導體之間沒有擊穿）。這種現象稱之為局部放電。局部放電可能發生在導體邊上，也可能發生在絕緣體的表面上和內部，發生在表面的稱為表面局部放電。發生在內部的稱為內部局部放電。而對于被氣體包圍的導體附近發生的局部放電，稱之為電暈。由此 總結一下局部放電的定義，指部分的橋接導體間絕緣的一種電氣放電，局部放電產生原因主要有以下幾種：

1、 電場不均勻。

2、 電介質不均勻。

3、 制造過程的氣泡或雜質。最經常發生放電的原因是絕緣體內部或表面存在氣泡；其次是有些設備的運行過程中會發生熱脹冷縮,不同材料特別是導體與介質的膨脹系數不同，也會逐漸出現裂縫；再有一些是在運行過程中有機高分子的老化，分解出各種揮發物，在高場強的作用下，電荷不斷地由導體進入介質中， 在注入點上就會使介質氣化。

二 、局部放電的模擬電路及放電過程簡介

介質內部含有氣泡，在交流電壓下產生的內部放電特性可由圖1—1的模擬電路(a b c等值電路)予以表示；其中Cc是模擬介質中產生放電間隙(如氣泡)的電容；Cb代表與Cc串聯部分介質的合成電容；Ca表示其余部分介質的電容。

(a)  實際介質                            (b)  模擬電路

I——介質有缺陷(氣泡)的部份(虛線表示)

                II——介質無缺陷部份

圖1—1  表示具有內部放電的模擬電路

圖1—1中以并聯有—對火花間隙的電容Cc來模擬產生局部放電的內部氣泡。圖1—2表示了在交流電壓下局部放電的發生過程。

圖1-2  介質內單個氣泡在交流電壓下的局部放電過程

U(t)一一外施交流電壓

Uc(t)一一氣泡不擊穿時在氣泡上的電壓

Uc’(t)一一有局部放電時氣泡上的實際電壓

Vc一一氣泡的擊穿電壓

Y r一一氣泡的殘余電壓    

Us—局部放電起始電壓(瞬時值)

Ur一一與氣泡殘余電壓v r對應的外施電壓

Ir一一氣泡中的放電電流

電極間總電容Cx=Ca＋(Cb×Cc)/(Cb＋Cc)=Ca電極間施加交流電壓 u(t)時，氣泡電容Cc上對應的電壓為Uc(t)。如圖2—1所示，此時的Uc(t)所代表的是氣泡理想狀態下的電壓（既氣泡不發生擊穿）。

Uc(t)=U(t)×Cb/Cc＋Cb

外施電壓U(t)上升時，氣泡上電壓Uc(t)也上升，當U(t)上升到Us時，氣泡上電壓Uc達到氣泡擊穿電壓,氣泡擊穿，產生大量的正、負離子，在電場作用下各自遷移到氣泡上下壁，形成空間電菏，建立反電場，削弱了氣泡內的總電場強度，使放電熄滅，氣泡又恢復絕緣性能。這樣的一次放電持續時間是極短暫的，對一般的空氣氣泡來說，大約只有幾個毫微秒(10的負8次方到10的負9次方秒)。所以電壓Uc(t)幾乎瞬間地從Vc降到Vr，Vr是殘余電壓；而氣泡上電壓Uc‘(t)將隨U(t)的增大而繼續由Vr升高到Vc時，氣泡再—次擊穿，發生又—次局部放電，但此時相應的外施電壓比Us小，為(Us-Ur)，這是因為氣泡上有殘余電壓Vr的內電場作用的結果。Vr是與氣泡殘余電壓Yr相應的外施電壓，如此反復上述過程，即外施電壓每增加(Us-Ur)，就產生一次局部放電．直到前—次放電熄滅后，Uc’(t)上升到峰值時共增量不足以達Vc(相當于外施電壓的增量Δ比(Us-Ur)小)為止。

此后，隨著外施電壓U(t)經過峰值Um后減小，外施電壓在氣泡中建立反方向電場，由于氣泡中殘存的內電場電壓方向與外電場方向相反，故外施電壓須經(Us+Ur))的電壓變化，才能使氣泡上的電壓達到擊穿電壓Vc，(假定正、負方向擊穿電壓Vc相等)，產生一次局部放電。放電很快熄滅，氣泡中電壓瞬時降到殘余電壓Vr(也假定正、負方向相同)。外施電壓繼續下降，當再下降(Us-Ur)時，氣泡電壓就又達到Vc從而又產生一次局部放電。如此重復上述過程，直到外施電壓升到反向蜂值一Um的增量Δ不足以達到(Us-Ur)為止。外施電壓經過一Um峰值后，氣泡上的外電場方向又變為正方向，與氣泡殘余電壓方向相反，故外施電壓又須上升(Us+Ur)產生第—次放電，熄滅后，每經過Us—Ur的電壓上升就產生一次放電，重復前面所介紹的過程。如圖1—2所示。

由以上局部放電過程分析，同時根據局部放電的特點（同種試品，同樣的環境下，電壓越高局部放電量越大）可以知道：一般情況下，同一試品在一、三象限的局部放電量大于二、四象限的局部放電量。那是因為它們是電壓的上升沿。（第三象限是電壓負的上升沿）。這就是我們測量中為什么把時間窗刻意擺在一、三象限的原因。

三、局部放電的測量原理：

局放儀運用的原理是脈沖電流法原理，即產生一次局部放電時，試品Cx兩端產生一個瞬時電壓變化Δu，此時若經過電容Ck耦合到一檢測阻抗Zd上，回路就會產生一脈沖電流I，將脈沖電流經檢測阻抗產生的脈沖電壓信息，予以檢測、放大和顯示等處理，就可以測定局部放電的一些基本參量（主要是放電量q）。在這里需要指出的是，試品內部實際的局部放電量是無法測量的，因為試品內部的局部放電脈沖的傳輸路徑和方向是極其復雜的，因此我們只有通過對比法來檢測試品的視在放電電荷，即在測試之前先在試品兩端注入一定的電量，調節放大倍數來建立標尺，然后將在實際電壓下收到的試品內部的局部放電脈沖和標尺進行對比，以此來得到試品的視在放電電荷。