局部放电检测仪理论概述

第一章 局放理论概述

在开始我们的实验以前，我们首先应该对局部放电有个初步的了解，为什么要测量局部放电？局部放电有什么危害？怎样准确测量局部放电？有了上述理论基础可以帮助我们理解测量过程中的正确操作。

  一、局部放电的定义及产生原因

     在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电，但尚未击穿，（即在施加电压的导体之间没有击穿）。这种现象称之为局部放电。局部放电可能发生在导体边上，也可能发生在绝缘体的表面上和内部，发生在表面的称为表面局部放电。发生在内部的称为内部局部放电。而对于被气体包围的导体附近发生的局部放电，称之为电晕。由此 总结一下局部放电的定义，指部分的桥接导体间绝缘的一种电气放电，局部放电产生原因主要有以下几种：

1、 电场不均匀。

2、 电介质不均匀。

3、 制造过程的气泡或杂质。最经常发生放电的原因是绝缘体内部或表面存在气泡；其次是有些设备的运行过程中会发生热胀冷缩,不同材料特别是导体与介质的膨胀系数不同，也会逐渐出现裂缝；再有一些是在运行过程中有机高分子的老化，分解出各种挥发物，在高场强的作用下，电荷不断地由导体进入介质中， 在注入点上就会使介质气化。

二 、局部放电的模拟电路及放电过程简介

介质内部含有气泡，在交流电压下产生的内部放电特性可由图1—1的模拟电路(a b c等值电路)予以表示；其中Cc是模拟介质中产生放电间隙(如气泡)的电容；Cb代表与Cc串联部分介质的合成电容；Ca表示其余部分介质的电容。

(a)  实际介质                            (b)  模拟电路

I——介质有缺陷(气泡)的部份(虚线表示)

                II——介质无缺陷部份

图1—1  表示具有内部放电的模拟电路

图1—1中以并联有—对火花间隙的电容Cc来模拟产生局部放电的内部气泡。图1—2表示了在交流电压下局部放电的发生过程。

图1-2  介质内单个气泡在交流电压下的局部放电过程

U(t)一一外施交流电压

Uc(t)一一气泡不击穿时在气泡上的电压

Uc’(t)一一有局部放电时气泡上的实际电压

Vc一一气泡的击穿电压

Y r一一气泡的残余电压    

Us—局部放电起始电压(瞬时值)

Ur一一与气泡残余电压v r对应的外施电压

Ir一一气泡中的放电电流

电极间总电容Cx=Ca＋(Cb×Cc)/(Cb＋Cc)=Ca电极间施加交流电压 u(t)时，气泡电容Cc上对应的电压为Uc(t)。如图2—1所示，此时的Uc(t)所代表的是气泡理想状态下的电压（既气泡不发生击穿）。

Uc(t)=U(t)×Cb/Cc＋Cb

外施电压U(t)上升时，气泡上电压Uc(t)也上升，当U(t)上升到Us时，气泡上电压Uc达到气泡击穿电压,气泡击穿，产生大量的正、负离子，在电场作用下各自迁移到气泡上下壁，形成空间电菏，建立反电场，削弱了气泡内的总电场强度，使放电熄灭，气泡又恢复绝缘性能。这样的一次放电持续时间是极短暂的，对一般的空气气泡来说，大约只有几个毫微秒(10的负8次方到10的负9次方秒)。所以电压Uc(t)几乎瞬间地从Vc降到Vr，Vr是残余电压；而气泡上电压Uc‘(t)将随U(t)的增大而继续由Vr升高到Vc时，气泡再—次击穿，发生又—次局部放电，但此时相应的外施电压比Us小，为(Us-Ur)，这是因为气泡上有残余电压Vr的内电场作用的结果。Vr是与气泡残余电压Yr相应的外施电压，如此反复上述过程，即外施电压每增加(Us-Ur)，就产生一次局部放电．直到前—次放电熄灭后，Uc’(t)上升到峰值时共增量不足以达Vc(相当于外施电压的增量Δ比(Us-Ur)小)为止。

此后，随着外施电压U(t)经过峰值Um后减小，外施电压在气泡中建立反方向电场，由于气泡中残存的内电场电压方向与外电场方向相反，故外施电压须经(Us+Ur))的电压变化，才能使气泡上的电压达到击穿电压Vc，(假定正、负方向击穿电压Vc相等)，产生一次局部放电。放电很快熄灭，气泡中电压瞬时降到残余电压Vr(也假定正、负方向相同)。外施电压继续下降，当再下降(Us-Ur)时，气泡电压就又达到Vc从而又产生一次局部放电。如此重复上述过程，直到外施电压升到反向蜂值一Um的增量Δ不足以达到(Us-Ur)为止。外施电压经过一Um峰值后，气泡上的外电场方向又变为正方向，与气泡残余电压方向相反，故外施电压又须上升(Us+Ur)产生第—次放电，熄灭后，每经过Us—Ur的电压上升就产生一次放电，重复前面所介绍的过程。如图1—2所示。

由以上局部放电过程分析，同时根据局部放电的特点（同种试品，同样的环境下，电压越高局部放电量越大）可以知道：一般情况下，同一试品在一、三象限的局部放电量大于二、四象限的局部放电量。那是因为它们是电压的上升沿。（第三象限是电压负的上升沿）。这就是我们测量中为什么把时间窗刻意摆在一、三象限的原因。

三、局部放电的测量原理：

局放仪运用的原理是脉冲电流法原理，即产生一次局部放电时，试品Cx两端产生一个瞬时电压变化Δu，此时若经过电容Ck耦合到一检测阻抗Zd上，回路就会产生一脉冲电流I，将脉冲电流经检测阻抗产生的脉冲电压信息，予以检测、放大和显示等处理，就可以测定局部放电的一些基本参量（主要是放电量q）。在这里需要指出的是，试品内部实际的局部放电量是无法测量的，因为试品内部的局部放电脉冲的传输路径和方向是极其复杂的，因此我们只有通过对比法来检测试品的视在放电电荷，即在测试之前先在试品两端注入一定的电量，调节放大倍数来建立标尺，然后将在实际电压下收到的试品内部的局部放电脉冲和标尺进行对比，以此来得到试品的视在放电电荷。