詳細(xì)的局部放電測(cè)量技術(shù)方法

1、局部放電測(cè)量技術(shù)資料匯編一、局部放電測(cè)量基礎(chǔ)第一節(jié) 局部放電的特性1.1.基本概念1.1.1.局部放電的定義在電氣設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中， 各部位的電場(chǎng)強(qiáng)度往往是不相等的，當(dāng)局部區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到該區(qū)域介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，該區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)放電，但這放電并沒有貫穿施加電壓的兩導(dǎo)體之間，即整個(gè)絕緣系統(tǒng)并沒有擊穿，仍然保持絕緣性能，這種現(xiàn)象稱為局部放電。發(fā)生在絕緣體內(nèi)的稱為內(nèi)部局部放電；發(fā)生在絕緣體表面的稱為表面局部放電；發(fā)生在導(dǎo)體邊緣而周圍都是氣體的，可稱為之為電暈。1.1.2.產(chǎn)生局部放電的原因 造成電場(chǎng)不均勻的因素很多。電氣設(shè)備的電極系統(tǒng)不對(duì)稱，如針對(duì)板、圓柱體等。在電機(jī)線棒離開鐵心的部位、變壓器的高壓

2、出線端，電纜的末端等部位電場(chǎng)比較集中，不采取特殊的措施就容易在這些部位首先產(chǎn)生放電；介質(zhì)不均勻，如各種復(fù)合介質(zhì)；氣體固體組合、不同固體組合等。在交變電場(chǎng)下，介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度是反比于介電常數(shù)的，因此介電常數(shù)小的介質(zhì)中電場(chǎng)強(qiáng)度就高于介電常數(shù)大的；絕緣體中含有氣泡或其他雜質(zhì)。氣體的相對(duì)介電常數(shù)接近于1，各種固體、液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)都要比它大1倍以上，而固體、液體介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般要比氣體介質(zhì)的大幾倍到幾十倍，因此絕緣體中有氣泡存在是產(chǎn)生局部放電的最普遍原因。絕緣體內(nèi)的氣泡可能是產(chǎn)品制造過程殘留下的，也可能是在產(chǎn)品運(yùn)行中由于熱脹冷縮在不同材料的界面上出現(xiàn)了裂縫，或則因絕緣材料老化而分解出氣體。此外

3、，在高場(chǎng)強(qiáng)中若有電位懸浮的金屬存在，也會(huì)在其邊緣感應(yīng)出很高的場(chǎng)強(qiáng)。在電氣設(shè)備的各連接處，如果接觸不好，也會(huì)在距離很微小的兩個(gè)接點(diǎn)間產(chǎn)生高場(chǎng)強(qiáng)；這些都可能造成局部放電。局部放電會(huì)逐漸腐蝕、損壞絕緣材料，使放電區(qū)域不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致整個(gè)絕緣體擊穿。因此，必需把局部放電限制在一定水平之下。高電壓電工設(shè)備都把局部放電的測(cè)量列為檢查產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，產(chǎn)品不但出廠時(shí)要做局部放電試驗(yàn)，而且在投入運(yùn)行之后還要經(jīng)常進(jìn)行測(cè)量。1.2.局部放電的類型局部放電是一種復(fù)雜的物理過程，有電、聲、光、熱等效應(yīng)，還會(huì)產(chǎn)生各種生成物。從電學(xué)特性方面分析，產(chǎn)生放電時(shí)，在放電處有電荷交換、有電磁波輻射、有能量損耗。最引人注目的是

4、反映到試品施加電壓的兩端，有微弱的脈沖電壓出現(xiàn)。這個(gè)脈沖信號(hào)可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的模型和等效電路來說明，如圖1-1所示。圖1-1a是模擬一個(gè)含有一個(gè)小氣泡的絕緣體，圖中c是絕緣體中的小氣泡；b是與氣泡串聯(lián)的部分介質(zhì)；a是其他部分介質(zhì)。從電路的觀點(diǎn)來分析，可以用圖1-1b所示等效電路來表示；圖中Cc、Rc并聯(lián)代表氣泡c的阻抗；Cb、Rb并聯(lián)代表部分的阻抗；Ca、Ra并聯(lián)代表a部分的阻抗。由于一次放電時(shí)間很短（10-910-7s），在分析放電過程中這種高頻信號(hào)的傳遞時(shí)，可以把電阻都忽略，只考慮Cc、Cb、Ca組成的等效回路。圖1-1 局部放電的等效分析圖a)簡(jiǎn)單模型 b)等效電路1.2.1.內(nèi)部局部放

5、電如圖1-1a所示，當(dāng)工頻高壓施加與這個(gè)絕緣體的兩端時(shí)，如果氣泡上承受的電壓沒有達(dá)到氣泡的擊穿電壓，則氣泡上的電壓就隨外加電壓的變化而變化。若外加電壓足夠高， 則當(dāng)上升到氣泡的擊穿電壓時(shí)，氣泡發(fā)生放電，放電過程使大量中性氣體分子電離，變成正離子和電子或負(fù)離子，形成了大量的空間電荷，這些空間電荷，在外加電場(chǎng)作用下遷移到氣泡壁上，形成了與外加電場(chǎng)方向相反的電壓 ，如圖1-2所示，這時(shí)氣泡上的剩余電壓應(yīng)是兩者的疊加結(jié)果 (1-1)即氣泡上的實(shí)際電壓小于氣泡的擊穿電壓，于是氣泡的放電暫停。氣泡上的電壓又隨外加電壓的上升而上升，直到重新到達(dá)時(shí)，又出現(xiàn)第二次放電。第二次放電過程產(chǎn)生的空間電荷，同樣又建立起

6、反向電壓，假定第一次的放電累積的電荷都沒有泄漏掉，這時(shí)氣泡中反向電壓為；又使氣泡上實(shí)際的電壓下降到 ，于是放電又暫停。之后氣泡上的電壓又隨外加電壓上升而上升，當(dāng)它達(dá)到時(shí)又產(chǎn)生放電。這樣在外加電壓達(dá)到峰值前，若放電n次，則放電產(chǎn)生的空間電荷所建立的內(nèi)部電壓為。在外加電壓過峰值后，開始下降，當(dāng)氣泡上的電壓達(dá)到時(shí)，即 (1-2)時(shí)，氣泡又發(fā)生放電，但這時(shí)放電產(chǎn)生的空間電荷的移動(dòng)方向，決定于內(nèi)部空間電荷所建立的電場(chǎng)方向，于是中和掉一部分原來累積的電荷，使內(nèi)部電壓減少了一個(gè)。氣隙上的電壓降達(dá)到時(shí)，放電又暫停。之后氣隙上的電壓又隨外加電壓下降向負(fù)值升高，直到重新達(dá)到時(shí)，放電又重新發(fā)生。假定每次放電產(chǎn)生的都

7、一樣，并且，則當(dāng)外加電壓（瞬時(shí)值）過零時(shí)放電產(chǎn)生的電荷都消失，于是在外加電壓的下半周期，重新開始一個(gè)新的放電周期。通常介質(zhì)內(nèi)部氣泡的放電，在正負(fù)兩個(gè)半周內(nèi)基本上是相同的，在示波屏上可以看到正負(fù)半周放電脈沖基本上是對(duì)稱的圖形，如圖1-3所示。圖1-2 放電過程示意圖uc氣泡上的電壓，us放電產(chǎn)生的反向電壓，up放電產(chǎn)生的脈沖信號(hào)圖1-3 介質(zhì)內(nèi)部氣泡的放電圖形從實(shí)際測(cè)得的放電圖可以看出，放電沒有出現(xiàn)在試驗(yàn)電壓的過峰值的一段相位上，這與上述放電過程的解釋是相符的，但每次放電的大小，即脈沖的高度并不相等，而且放電多是出現(xiàn)在試驗(yàn)電壓副值絕對(duì)值的上升部分的相位上，只有在放電很劇烈時(shí)，才會(huì)擴(kuò)展到電壓絕對(duì)值

8、下降部分的相位上，這可能是由于實(shí)際試品中往往存在多個(gè)氣泡同時(shí)放電，或者是只有一個(gè)大氣泡，但每次放電不是整個(gè)氣泡表面上都放電，而只有其中的一部分， 顯然每次放電的電荷不一定相同，何況還可能在反向放電時(shí)，不一定會(huì)中和掉原來累積的電荷，而是正負(fù)電荷都累積在氣泡壁的附近，由此產(chǎn)生沿氣泡壁的表面放電。另外氣泡壁的表面電阻也不是無限大，放電時(shí)氣泡中又會(huì)產(chǎn)生窄小的導(dǎo)電通道，這都使得一部分放電產(chǎn)生的空間電荷泄漏掉，累積的反向電壓要比nu小得多，如果 ，則在電壓的下降部分的相位上就不會(huì)出現(xiàn)放電。這些實(shí)際情況就使得實(shí)際的放電圖形與理論上分析的不完全一樣。1.2.2.表面局部放電絕緣體表面的局部放電過程與內(nèi)部放電過

9、程是基本相似的，如圖1-4所示。只要把電極與介質(zhì)表面之間發(fā)生放電的區(qū)域所構(gòu)成的電容記為Cc，與此放電區(qū)域串聯(lián)部分介質(zhì)的電容記為Cb，其他部分介質(zhì)的電容記為Ca，則上述的等效電路及放電過程同樣適用于表面局部放電。不同的是現(xiàn)在的氣隙只有一邊是介質(zhì)，而另一邊是導(dǎo)體，放電產(chǎn)生的電荷只能累積在介質(zhì)的一邊，因此累積的電荷少了，更不容易在外加電壓絕對(duì)值的下降相位上出現(xiàn)放電。另外，如果電極系統(tǒng)是不對(duì)稱的，放電只發(fā)生在其中的一個(gè)電極的邊緣，則出現(xiàn)在放電圖形是不對(duì)稱的. 當(dāng)放電的電極是接高壓、不放電的電極是接地時(shí)，在施加電壓的負(fù)半周是放電量少，放電次數(shù)多；而正半周是放電量大，而次數(shù)少，如圖1-4b所示。這是因?yàn)閷?dǎo)

10、體在負(fù)極性時(shí)容易發(fā)射電子， 同時(shí)正離子撞擊陰極產(chǎn)生二次電子發(fā)射，使得電極周圍氣體的起始放電電壓低，因而放電次數(shù)多而放電量小。如果將放電的電極接地，不放電的電極接高壓，則放電的圖形也反過來，即正半周放電脈沖是小而多，負(fù)半周放電脈沖是大而少。若電極是對(duì)稱的，即兩個(gè)電極邊緣場(chǎng)強(qiáng)是一樣的，那么放電的圖形也是對(duì)稱的，即正負(fù)兩半周的放電基本上相同。圖4-4 表面局部放電圖a)放電模型 b)放電圖形1.2.3.電暈放電 電暈放電是發(fā)生在導(dǎo)體周圍全是氣體的情況下，氣體中的分子是自由移動(dòng)的，放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)也不會(huì)固定在空間的某一位置上，因此放電過程與上述固體或液體絕緣中含有氣泡的放電過程不同。以針對(duì)板的電極系

11、統(tǒng)為例，如圖1-5a所示，在針尖附近就發(fā)生放電，由于在負(fù)極性時(shí)容易發(fā)射電子，同時(shí)正離子撞擊陰極發(fā)生二次電子發(fā)射，使得放電總是在針尖為負(fù)極性時(shí)先出現(xiàn)， 這時(shí)正離子很快移向針尖電極而復(fù)合，電子在移向平板電極過程中，附著于中性分子而成為負(fù)離子，負(fù)離子遷移的速度較慢，眾多的負(fù)離子移向平板電極，或外加電壓上升，針尖附近的電場(chǎng)又升高到氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，于是又出現(xiàn)第二次放電。這樣，電暈的放電脈沖就出現(xiàn)在外加電壓負(fù)半周的90°相位的附近，幾乎是對(duì)稱于90°，出現(xiàn)的放電脈沖幾乎是等幅值、等間隔的，如圖1-5b所示。隨著電壓的提高，放電的大小幾乎不變，而次數(shù)增加。當(dāng)電壓足夠高時(shí)，在正半周也會(huì)出現(xiàn)

12、少量幅值大的放電。正負(fù)半周波形是極不對(duì)稱的，如圖1-5c所示。圖4-5 電暈放電圖a)放電模型 b)起始放電時(shí) c)電壓很高時(shí)1.2.4.放電樹放電樹也是由于絕緣介質(zhì)中的缺陷而產(chǎn)生的。當(dāng)放電樹產(chǎn)生了一段時(shí)間后，它的“莖”和大的枝桿就會(huì)變成中空，在這些中空的區(qū)域里會(huì)產(chǎn)生大量的局部放電進(jìn)而形成內(nèi)部放電并會(huì)在相當(dāng)短的時(shí)間里就造成絕緣擊穿。以上幾種放電是電工和電子設(shè)備中最基本的放電。實(shí)際的局部放電過程要復(fù)雜得多，往往是上述幾種典型放電的綜合表現(xiàn)。例如油紙絕緣結(jié)構(gòu)中，氣泡放電和油隙放電的內(nèi)部放電可能同時(shí)存在；即使是單純的氣泡放電，氣泡的大小、數(shù)量和位置也是經(jīng)常變化的。試品的表面放電及導(dǎo)體尖端的電暈放電也

13、可能同時(shí)出現(xiàn)。此外，在電工設(shè)備中有可能出現(xiàn)導(dǎo)體聯(lián)接不好而產(chǎn)生的接觸不良的放電，以及金屬體沒有點(diǎn)的聯(lián)接，成為一個(gè)浮動(dòng)電位體而產(chǎn)生的感應(yīng)放電等。1.3.表征局部放電的參數(shù)1.3.1.視在放電電荷（q）在絕緣體中發(fā)生局部放電時(shí)，絕緣體上施加電壓的兩端出現(xiàn)的脈動(dòng)電荷稱為視在放電電荷。視在放電電荷的大小是這樣測(cè)定的：將模擬實(shí)際放電的已知瞬變電荷注入試品的兩端（施加電壓的兩端），在此兩端出現(xiàn)的脈沖電壓與局部放電時(shí)產(chǎn)生的脈沖電壓相同，則注入的電荷量即為視在放電電荷量。單位用皮庫（pC）表示，在一個(gè)試品中可能出現(xiàn)大小不同的視在放電電荷，通常以穩(wěn)定出現(xiàn)的最大的視在放電電荷作為該試品的放電量。視在放電電荷q與放電

14、處（如氣泡內(nèi)）實(shí)際放電電荷qc之間的關(guān)系，可以通過等效電路圖1-1b推出。當(dāng)氣泡中產(chǎn)生放電時(shí)，氣泡上的電壓變化為，這時(shí)氣泡兩端電荷的變化即實(shí)際放電電荷式中各符號(hào)見圖1-1b，通常 所以 （1-3）由于一次放電過程時(shí)間很短，遠(yuǎn)小于電源回路的時(shí)間常數(shù)，即電源來不及補(bǔ)充電荷，因而Ca、Cb上的電荷要重新分配，使Ca兩端電壓變化為 上的電壓變化為Ub，顯然 試品兩端瞬變的電荷即視在放電電荷 （1-4）代入式（1-3）得 （1-5）由此可見，視在放電電荷總比實(shí)際放電電荷小。在實(shí)際產(chǎn)品測(cè)量中，有時(shí)放電電荷只有實(shí)際放電電荷的幾分之一甚至幾十分之一。1.3.2.放電重復(fù)率（放電次數(shù)）在測(cè)量時(shí)間內(nèi)，每秒鐘出現(xiàn)放

15、電次數(shù)的平均值稱為放電重復(fù)率，單位為次/s，實(shí)際上受到測(cè)試系統(tǒng)靈敏度和分辨能力的限制，測(cè)得的放電次數(shù)只能是視在放電電荷大于一定值、放電間隔足夠大時(shí)的放電脈沖。從圖1-2可以看出，放電重復(fù)率可以大致估算如下： （1-6）式中 f-外加電壓的頻率（Hz）。其他符號(hào)如圖1-2所示。1.3.3.放電能量（w）氣泡中每一次放電發(fā)生的電荷交換所消耗的能量稱為放電能量，通常以微焦耳（）為單位。氣泡放電時(shí)，氣泡上的電壓由下降到r，相應(yīng)的能量變化 （1-7）設(shè)外加電壓上升到幅值為 im時(shí)，出現(xiàn)放電，將代入上式，可得 (1-8)式中Ui-外加電壓的有效值。在起始放電電壓下，每次放電所消耗的能量，可用外加電壓的幅值

16、或有效值與視在放電電荷的乘積來表示。當(dāng)施加電壓高于起始放電電壓時(shí)，在半個(gè)周期內(nèi)可能出現(xiàn)多次放電。這時(shí)各次放電能量可用視在放電電荷與該次放電時(shí)外加電壓的瞬時(shí)值的乘積來表示。1.3.4.放電相位（）各次放電都發(fā)生在外加電壓作用之下， 每次放電所在的外加電壓的相位，即為該次放電的相位。在工頻正弦電壓下，放電相位與放電時(shí)刻的電壓瞬時(shí)值密切相關(guān)。前后連續(xù)放電的相位之差，可代表前后兩次放電的時(shí)間間隔。1.3.5.放電平均電流設(shè)在測(cè)量時(shí)間T內(nèi)出現(xiàn)放電m次，各次相應(yīng)的視在放電電荷為q1, q2, -qm, 則平均放電電流 (1-9)這個(gè)參數(shù)綜合反映了放電量及放電次數(shù)。1.3.6.放電功率設(shè)在測(cè)量時(shí)間T內(nèi)，出現(xiàn)

17、m次放電，每次放電對(duì)應(yīng)的視在放電電荷和外加電壓瞬時(shí)值的乘積分別為q1ut1, q2ut2, -qmutm, 則放電功率 (1-10)這個(gè)參數(shù)綜合表征了放電量、放電次數(shù)以及放電時(shí)外加電壓瞬時(shí)值，它與其他表征參數(shù)相比，包含有更多的局部放電信息。1.3.7.起始放電電壓當(dāng)外加電壓逐漸上升，達(dá)到能觀察到出現(xiàn)局部放電時(shí)的最低電壓，即為起始放電電壓，并以有效值 ur來表示。為了避免測(cè)試系統(tǒng)靈敏度的差異造成測(cè)試結(jié)果的不可對(duì)比，實(shí)際上各種產(chǎn)品都規(guī)定了一個(gè)放電量的水平，當(dāng)出現(xiàn)的放電達(dá)到或一出現(xiàn)就超過這個(gè)水平時(shí)，外加電壓的有效值就作為放電起始電壓值。幾種典型絕緣結(jié)構(gòu)的放電起始電壓， 可以大致估算如下：平板電容器中

18、，固體介質(zhì)內(nèi)含有偏平小氣泡時(shí)，如圖1-3所示，起始放電電壓為 (1-11)式中 ECB-氣隙的擊穿場(chǎng)強(qiáng)（kV/mm）; -固體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)； d-介質(zhì)的厚度（mm）; -氣泡的厚度（mm）。在平板電容器中， 若固體介質(zhì)內(nèi)含有球形氣泡時(shí)，起始放電電壓 (1-12)對(duì)于圓柱體絕緣結(jié)構(gòu)，含有與圓柱體導(dǎo)體同一圓軸的弧形的薄層氣泡時(shí)，如圖1-6所示，起始放電電壓 (1-13)式中各符號(hào)見圖1-6。圖1-6 圓柱形絕緣結(jié)構(gòu)中的氣隙模型1.3.8.放電熄滅電壓當(dāng)外加電壓逐漸降低到觀察不到局部放電時(shí)，外加電壓的最高值就是放電熄滅電壓，以有效值Uc來表示。在實(shí)際測(cè)量，為了避免因測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度不同而造成不

19、可對(duì)比，一般也是規(guī)定一個(gè)放電量水平， 當(dāng)放電不大于這一水平時(shí)，外加電壓的最高值為熄滅電壓Ue。對(duì)于油紙絕緣，往往是Ui>Ue，而對(duì)于固體絕緣結(jié)構(gòu)，Ui與Ue 相差不大。固體絕緣內(nèi)部的放電還可能出現(xiàn)Ui<Ue。上述各種局部放電的表征參數(shù)，都是要用專門的測(cè)試儀器，并采用特定的分度方法進(jìn)行測(cè)定的，只有在儀器特性和測(cè)量方法都一樣的條件下，測(cè)得的結(jié)果才是可比的。1.4.影響局部放電特性的因素局部放電的各表征參數(shù)與很多因素有關(guān)，除了介質(zhì)特性和氣泡狀態(tài)之外，還與施加電壓的幅值、波形、作用的時(shí)間，以及環(huán)境條件等有關(guān)。1.4.1.電壓的幅值隨著電壓升高，放電量和放電次數(shù)一般都趨向于增加，這是由于：(

20、1) 在電工產(chǎn)品中，往往存在多個(gè)氣泡，隨著電壓升高，更多更大的氣泡開始放電。在有液體的組合絕緣中，電壓愈高，放電愈劇烈，產(chǎn)生的氣泡愈多， 放電量和放電次數(shù)都增大。(2) 即使是單個(gè)氣泡，在較低電壓下，只是氣泡中很小的部分面積出現(xiàn)放電，隨著電壓升高，放電的面積增大，而且有更多的部位出現(xiàn)放電，于是放電量和放電次數(shù)增加。(3) 在表面放電中，隨著電壓升高，放電沿表面擴(kuò)展，即放電的面積增大，放電的部位增多。從式（1-6）中可以明顯看出，當(dāng)外加電壓幅值um增大，或氣泡的擊穿電壓 ucb 減小時(shí)，都會(huì)明顯增加放電次數(shù)。由于氣體經(jīng)電離后擊穿電壓要降低，本來在某一電壓下沒有局部放電的試品，一旦在更高的電壓下發(fā)

21、生放電，即使再將電壓降到原來的水平，放電還可能繼續(xù)出現(xiàn)。對(duì)于含有液體的絕緣系統(tǒng)，如果液體的吸氣性能不好，在較高的電壓下放電所產(chǎn)生的氣體，也會(huì)使放電熄滅電壓降低。因此在局部放電測(cè)量中，在進(jìn)行第二次重復(fù)試驗(yàn)時(shí)，必須讓試品有足夠的“休息”時(shí)間。1.4.2.電壓的波形和頻率當(dāng)工頻交流電壓中含有高次諧波時(shí)，會(huì)使正弦波的頂部變?yōu)榧忭敾蚱巾?，這決定于諧波與基波的相位差。當(dāng)正弦波畸變?yōu)榧忭敳〞r(shí)，其幅值增大，于是放電起始電壓降低，放電量和放電次數(shù)都有明顯增加。若畸變?yōu)槠巾敳ǎ挥挟?dāng)高次諧波分量較大時(shí)，如對(duì)于三次諧波而言要大于20%時(shí)，由于峰值被拉寬，放電次數(shù)有較明顯增加，放電量略有增加，起始電壓略有升高。提高電

22、壓頻率，將明顯增大放電重復(fù)率，但只要測(cè)試系統(tǒng)有足夠的分辨能力，對(duì)于測(cè)得的放電量不會(huì)有明顯的影響。1.4.3.電壓作用時(shí)間氣體放電有一定的隨機(jī)性，電壓作用的時(shí)間長(zhǎng)，如升壓的速度慢或用逐級(jí)升壓法升高，測(cè)得的起始放電電壓要偏低。在電壓的長(zhǎng)期作用下， 局部放電會(huì)使絕緣材料發(fā)生各種物理和化學(xué)效應(yīng)，如試品中氣泡的含量、氣泡中氣體的壓力、氣體的成分、氣泡壁上的電導(dǎo)率、介電常數(shù)等都可能發(fā)生變化，這些變化都將導(dǎo)致局部放電狀態(tài)的變化。在一般情況下，隨著電壓作用時(shí)間的增加，局部放電會(huì)變得更加劇烈。如在液體和固體的組合絕緣中，如果液體的吸氣性不是很好，氣泡會(huì)愈來愈多。在固體材料中會(huì)產(chǎn)生新的裂紋，產(chǎn)生低分子分解物和增塑

23、劑揮發(fā)物，這些都會(huì)形成新的氣泡。在放電部位出現(xiàn)樹狀的放電，也會(huì)加劇局部放電。在絕緣體表面放電中,由于放電的范圍擴(kuò)大也會(huì)使放電加劇。在有些情況下，隨著電壓作用時(shí)間的增加，在一定時(shí)間內(nèi)放電反而衰減，甚至觀察不到。出現(xiàn)這種“自衰”現(xiàn)象的原因可能有以后幾點(diǎn)：(1) 在封閉氣隙中，由于放電放出的氣體增加，使氣泡中的氣壓增高，這時(shí)氣泡的擊穿電壓可能提高，放電就熄滅了。另一種情況是放電產(chǎn)生的氣體少于放電時(shí)消耗掉的氣隙中的氧氣，這樣氣隙的氣壓可能降低，當(dāng)氣壓低到一定程度之后，放電從脈沖型轉(zhuǎn)變?yōu)榉敲}沖型，于是在脈沖型的檢測(cè)儀器上，就觀察不到這種放電。(2) 氣隙壁上介質(zhì)的特性發(fā)生變化，如許多有機(jī)材料，在局部放電

24、長(zhǎng)時(shí)間作用下，材料被炭化，可能把放電氣泡短路或者使放電點(diǎn)電場(chǎng)均勻化，從而使放電暫時(shí)變?nèi)?。隨著時(shí)間加長(zhǎng)，被腐蝕炭化點(diǎn)的周圍，由于電場(chǎng)集中又可能出現(xiàn)新的放電，使放電出現(xiàn)起伏。(3) 有些放電源可能消失，如在導(dǎo)體邊上的小毛刺在放電過程可能會(huì)被燒掉。有些聯(lián)接接觸不好產(chǎn)生放電，時(shí)間長(zhǎng)了可能燒結(jié)在一起，就不會(huì)再放電了。1.4.4.環(huán)境條件環(huán)境的溫度、濕度、氣壓都會(huì)對(duì)局部放電產(chǎn)生影響。(1) 溫度升高，氣泡中的壓力增大，液體的吸氣性能改善，這將有利于減弱局部放電。另一方面溫度高會(huì)加速高聚物分解，揮發(fā)低分子物質(zhì)，這又可能加劇局部放電的發(fā)展。圖1-7 直流電壓下的局部放電過程外加電壓，無放電時(shí)氣泡上的電壓，有放

25、電時(shí)氣泡上的電壓，放電脈沖(2) 濕度對(duì)表面放電有很大影響。在極不均勻的電場(chǎng)中，由于濕度大，增大了電導(dǎo)和介電常數(shù)，改善了那里的電場(chǎng)分布，從而改善了那里的局部放電。但對(duì)某些憎水性材料，在濕度較大時(shí)，表面會(huì)形成水珠，在水珠附近的電場(chǎng)集中而形成新的放電點(diǎn)。對(duì)于層壓制品和纖維材料，在濕度大時(shí)，吸進(jìn)的水分汽化，也會(huì)加劇局部放電。(3) 大氣壓力會(huì)明顯影響外部的局部放電，在高原地區(qū)氣壓低，起始放電電壓降低，因此，局部放電問題就顯得更嚴(yán)重。許多充N2氣或SF6等氣體為絕緣的電工設(shè)備，如果氣壓降低就容易發(fā)生局部放電而導(dǎo)致?lián)舸纳鲜龈鞣N因素的影響中，可以看出兩種本質(zhì)上的區(qū)別，一種只是在不同的條件下， 測(cè)量的結(jié)

26、果發(fā)生了變化；另一種卻是使試品本身放電特性發(fā)生了變化。前者在試驗(yàn)方法上應(yīng)給以規(guī)定，使試驗(yàn)結(jié)果的可比性提高；后者還應(yīng)考慮通過試驗(yàn)后產(chǎn)品性能可能發(fā)生變化，在設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意試品可能承受的能力。由于影響因素很多，再加上氣體放電本身是有隨機(jī)性的，因此，測(cè)量結(jié)果的分散性往往比較大的。1.5.直流與沖擊電壓下的局部放電特點(diǎn)1.5.1.直流電壓下的局部放電特點(diǎn)在直流電壓下，局部放電的過程與交流電壓下的不同。以絕緣體內(nèi)部的局部放電為例，同樣可以采用圖1-1所示等效電路來分析。當(dāng)試品施加直流電壓時(shí)，在升壓的過程中， 試品上的電壓變化比較快，這時(shí)氣泡與介質(zhì)中的電壓分配和交流電壓下的一樣，是按電容分配的。當(dāng)外加電壓

27、升到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓時(shí)，氣隙上的電壓并沒有達(dá)到穩(wěn)定值，而是開始由電容分配過渡到按電阻分配的過濾過程，最后才穩(wěn)定在按電阻分配的分壓狀態(tài)，如圖1-7所示。氣隙上電壓隨時(shí)間可以表示為式中a-外加電壓（V）；t- 施加電壓的時(shí)間（s）。Rb,Rc,Cb,Cc見等效電路圖1-1，從式中可以看出，在開始升壓時(shí)t=0,這時(shí)當(dāng)穩(wěn)定時(shí)，t=，這時(shí)通常隨時(shí)間上升。若 比氣泡的擊穿電壓大得多，則在升壓的過程就可能出現(xiàn)多次放電，這時(shí)放電的機(jī)理與交流電壓下一樣。假定在外加電壓上升到穩(wěn)定值時(shí)，氣泡上已發(fā)生了幾次放電，放電產(chǎn)生的空間電荷所建立的內(nèi)部反向電壓為，這時(shí)，氣泡上的實(shí)際電壓氣泡上的電壓就按時(shí)間常數(shù)向穩(wěn)態(tài)值 上升，

28、經(jīng)過t時(shí)間后，氣隙上的電壓由ur上升到 (1-14)當(dāng)uc(t)達(dá)到uCB時(shí)，又會(huì)再出現(xiàn)放電，兩次放電的時(shí)間間隔，即上升到uCB所需的時(shí)間tB，可從式（1-14）推算出通常用外加電壓來表示，即，則上式可簡(jiǎn)化為當(dāng)ui<<ua時(shí)放電重復(fù)率N，即一秒鐘內(nèi)放電的次數(shù)為 在直流電壓下，放電重復(fù)率是評(píng)價(jià)局部放電的最重要的參數(shù)，因?yàn)樵谥绷麟妷合拢植糠烹娪锌赡茏韵?。假定放電產(chǎn)生的電荷不會(huì)泄漏掉，當(dāng)放電n次后，若則局部放電就不會(huì)再出現(xiàn)， 這時(shí)雖然有很大的放電量，但只放n次就停止了， 這對(duì)絕緣不會(huì)產(chǎn)生很大的危害。如果是ua很高，電荷又容易泄漏，則放電就會(huì)持久、重復(fù)出現(xiàn)，重復(fù)率愈高，對(duì)絕緣的危害愈大。

29、因此在直流電壓下放電重復(fù)率是人們最關(guān)心的一個(gè)參數(shù)。放電重復(fù)率與很多因素有關(guān)，從式（1-16）中可以看出：施加的電壓ua 增高，氣泡的起始放電電壓降低，都會(huì)使放電重復(fù)率升高。這點(diǎn)與交流電壓下的情況相同，不同的是它還與時(shí)間常數(shù)有關(guān)，增大，放電重復(fù)率減小，所有影響的因素都會(huì)影響重復(fù)率，如溫度升高、電壓升高都會(huì)使電導(dǎo)率增加，使變小。前面所述的在交流電壓下對(duì)起始放電電壓和放電熄滅電壓的定義，在直流電壓下已不適用。因?yàn)樵谥绷麟妷撼霈F(xiàn)一次放電后，可能要隔很長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)第二次放電，因此有些國家規(guī)定：在一分鐘內(nèi)能出現(xiàn)二次放電時(shí)的外加電壓有效值作為起始放電電壓。至于放電熄滅電壓， 在直流電壓下是沒有意義的， 即

30、使外加電壓降到零，由于氣泡中累積的放電電荷所建立的電場(chǎng)，也還可能發(fā)生放電。在直流電壓下，局部放電的危害要比在交流電壓下小，但在電壓很高（如500kV以上）、濕度較高的情況下，也還是不能忽視的。1.5.2.沖擊電壓下的局部放電在高電壓電力系統(tǒng)中，許多電工設(shè)備如變壓器、電纜、電容器等等，都可能遭受大氣過電壓和操作過電壓的作用，這些過電壓都是幅值很高、時(shí)間很短的沖擊電壓。大氣過電壓的上升時(shí)間約為 110us ，衰減時(shí)間約為幾十到幾百 。操作過電壓的上升時(shí)間約為幾百us ，衰減時(shí)間約為幾ms 。在這些沖擊電壓作用下，也會(huì)產(chǎn)生局部放電而損害絕緣系統(tǒng)。有些電氣設(shè)備是工作在沖擊電壓下，如脈沖變壓器、脈沖電容

31、器、粒子加速器等，因此，在沖擊電壓下的局部放電問題也開始引起人們的關(guān)注。在沖擊電壓下，絕緣體中氣隙的放電過程也可以用圖1-1所示的等效電路來分析，這時(shí)氣泡和介質(zhì)中的電場(chǎng)分析決定于介電常數(shù)。氣泡中的場(chǎng)強(qiáng)與介質(zhì)的介電常數(shù)、氣泡中氣體的介電常數(shù)和氣泡的形狀、大小有關(guān)。當(dāng)試品施加（1.2/50）us的標(biāo)準(zhǔn)全波沖擊電壓時(shí)，氣泡上的電壓將隨外加電壓的上升而上升。一旦電壓上升到氣泡的擊穿電壓 ucb 時(shí)，氣隙放電，放電產(chǎn)生的電荷所建立的反向電壓使放電暫停。由于氣體發(fā)生擊穿有賴于氣體中存在自由電子， 在一個(gè)小氣泡中，在沖擊電壓作用的極短時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)自由電子的機(jī)會(huì)是很少的，因此，在這一沖擊電壓下，氣泡第一次的擊

32、穿電壓是很高的，這時(shí)整個(gè)氣泡產(chǎn)生劇烈的放電， 由此產(chǎn)生的大量空間電荷，建立起很高的反向電壓，如圖1-8所示。之后，氣泡上的電壓隨外加電壓的下降向負(fù)極性上升，直到內(nèi)部反向電壓與外加電壓之差達(dá)到反向的擊穿電壓時(shí)，氣泡又發(fā)生放電。，在外加電壓的波尾，有可能出現(xiàn)好幾次放電。由此可見，在一次沖擊電壓作用下有可能發(fā)生多次放電。其中第一次放電比其后幾次的放電大得多，稱之為主放電。它不但與氣泡的形狀、尺寸、氣壓等因素有關(guān)，也與施加電壓的波形、幅值有關(guān)。沖擊電壓上升愈快，主放電的起始放電電壓愈高，放電量也愈大。在衰減振蕩的沖擊電壓作用下，同樣， 第一次放電（主放電）比其后的各次放電大，之后由于外加電壓反向并與主

33、放電產(chǎn)生的反響電場(chǎng)累加，產(chǎn)生了多次反向放電，這與交流電壓下的情況相似，直到氣泡中的實(shí)際電壓達(dá)不到氣泡的擊穿電壓為止，如圖1-9所示。 圖1-8 沖擊電壓下的局部放電過程 圖1-9 振蕩沖擊電壓下的放電過程圖1外加的振蕩沖擊電壓ua 2氣泡上的電壓uc 3產(chǎn)生的放電脈沖up在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的電氣設(shè)備，通常是在交流電壓下又承受疊加上的沖擊電壓，這有可能使得原來沒有局部放電的設(shè)備，在沖擊電壓的激發(fā)下，發(fā)生連續(xù)的局部放電。為了簡(jiǎn)化分析這兩種電壓疊加下的局部放電過程，假定在沖擊電壓作用下， 氣泡中發(fā)生一次主放電后，氣泡中建立了反向電壓 uR 與交流的瞬時(shí)值疊加如圖1-9所示，在這一過程中，工頻電壓的存在

34、不影響上述沖擊電壓的放電機(jī)理；另一方面，沖擊電壓下的放電也不影響工頻交流電壓；同時(shí)正負(fù)極性的氣泡擊穿電壓是 相同的。根據(jù)這些假定可以推斷：在沖擊電壓疊加下，可能出現(xiàn)以下三種情況：（一）仍然不發(fā)生放電（二）只發(fā)生一次放電（三）發(fā)生連續(xù)放電出現(xiàn)哪一種情況決定于沖擊電壓和工頻電壓的幅值，以及沖擊電壓疊加在工頻電壓上的相位，圖1-10a是一個(gè)沖擊電壓 疊加在工頻電壓正半周的零相位附近，疊加后的電壓瞬時(shí)值達(dá)到了氣隙的擊穿電壓，于是發(fā)生一次放電，氣泡上的 電壓降到 ur ，之后，氣隙上的電壓隨外加工頻電壓而變化。如果達(dá)到負(fù)半周的峰值時(shí)，氣隙上的實(shí)際電壓達(dá)不到氣隙的擊穿電壓，以后就不會(huì)再發(fā)生放電了。 如果沖

35、擊電壓是作用在第一象限（0-90度）中靠近峰值的相位上， 則雖然電壓的幅值與圖a情況相同，卻有可能在工頻電壓的負(fù)半周再次出現(xiàn)放電，如圖1-10b所示。這樣就會(huì)在以后工頻電壓各周期中連續(xù)發(fā)生放電。這種情況對(duì)絕緣造成的危害就嚴(yán)重多了。鑒于這種情況，有些電工產(chǎn)品在出廠試驗(yàn)中規(guī)定，在沖擊電壓試驗(yàn)之后， 按著就測(cè)工頻電壓下的局部放電性能，以考驗(yàn)沖擊電壓對(duì)局部放電的激發(fā)作用。當(dāng)然，若試驗(yàn)設(shè)備條件允許，直接做工頻電壓下疊加沖擊電壓的試驗(yàn)，就更加符合實(shí)際情況。在沖擊電壓下，局部放電的起始電壓是以50%起始放電時(shí)的沖擊電壓來表示的， 即出現(xiàn)局部放電的次數(shù)占施加沖擊電壓次數(shù)的50%時(shí)，這時(shí)外加沖擊電壓的幅值作為起

36、始放電電壓。圖1-10 工頻電壓上疊加沖擊電壓時(shí)局部放電的過程a)只發(fā)生一次放電 b)連續(xù)發(fā)生放電1.6.局部放電的危害性 我們知道，絕緣破壞或局部老化，多是從局部放電開始的，它的危害性也就突出地表現(xiàn)在使絕緣壽命降低或影響設(shè)備的安全運(yùn)行。局部放電的危害程度，一方面決定于放電的強(qiáng)度和放電次數(shù)的多少；另一方面也決定于絕緣材料的耐放電性能和放電作用下絕緣的破壞機(jī)理。局部放電對(duì)絕緣的破壞有兩種情況：一是放電質(zhì)點(diǎn)對(duì)絕緣的直接轟炸，造成局部絕緣破壞，逐步擴(kuò)大，使絕緣擊穿；二是放電產(chǎn)生的熱、臭氧、氧化氮等活性氣體的化學(xué)使用，使局部絕緣受到腐蝕，電導(dǎo)增加，最后導(dǎo)致熱擊穿。消除或減少局部放電的產(chǎn)生及其危害性，應(yīng)

37、從以下三方面著手：1 使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理；2 提高工藝水平；3 使用優(yōu)質(zhì)材料。第二節(jié) 局部放電測(cè)量2.1.概述局部放電的產(chǎn)生，總是伴隨著高頻脈沖、電磁輻射、介質(zhì)損耗、聲、光、熱和化學(xué)過程等現(xiàn)象。對(duì)絕緣內(nèi)局部放電的探測(cè)，可根據(jù)這些不同的現(xiàn)象采用相應(yīng)的方法來測(cè)量。局部放電的測(cè)量都是根據(jù)局部放電過程所產(chǎn)生的物理和化學(xué)效應(yīng)，通過測(cè)量局部放電所產(chǎn)生的電荷交換、能量的損耗、放射的電磁波、發(fā)出的聲和光以及生成一些新的生成物的信息，來表征局部放電的狀態(tài)。這些信息中有電信息和非電信息兩大類，由此可分為電氣法和非電氣法兩大類。具體講，局部放電的測(cè)量方法大致有以下幾中：1 電氣法（1） 脈沖電流法利用局部放電產(chǎn)生的脈沖

38、電流在測(cè)試阻抗上的壓降，通過放大后進(jìn)行測(cè)量。（2） 介質(zhì)損耗法利用局部放電的損耗使tg增加的特點(diǎn)，在tg和外施電壓曲線上找出tg的急增點(diǎn)來確定局部放電的起始放電電壓。（3） 電磁輻射法測(cè)量局部放電向周圍輻射出的電磁波來確定局部放電的存在。2 非電氣法（1） 聲波法利用局部放電產(chǎn)生的可聽聲波或超聲波，通過微音器或鈦酸鋇變換器（傳感器）檢出信號(hào)放大后進(jìn)行測(cè)量。（2） 測(cè)光法測(cè)量放電過程中發(fā)出的光來檢測(cè)局部放電。（3） 測(cè)熱法測(cè)量放電過程中發(fā)出的熱來測(cè)量局部放電。（4） 物理化學(xué)法利用局部放電對(duì)絕緣介質(zhì)產(chǎn)生的物理、化學(xué)變化來檢測(cè)局部放電。電氣法的靈敏度較非電氣法的靈敏度為高，一般多用電氣法測(cè)量。在電

39、氣法中，更多采用的是脈沖電流法。非電氣法中，聲波法也常被采用。目前，在局部放電測(cè)量中，是以脈沖電流法為主，聲波法為輔，聲波法多用于定位中。其他方法應(yīng)用者較少，只在一些特殊情況下應(yīng)用。電氣法是根據(jù)局部放電產(chǎn)生的各種放電現(xiàn)象來測(cè)量局部放電的。如根據(jù)放電時(shí)在放電處會(huì)產(chǎn)生電荷交換，于是在一個(gè)與之相連的回路中就會(huì)產(chǎn)生脈沖電流，通過測(cè)量此脈沖電流來測(cè)量局部放電的方法稱之為脈沖電流法（ERA法）；根據(jù)放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波輻射，通過不同方法來接受此電磁波，并用準(zhǔn)峰值電壓表測(cè)得的電壓幅值來檢測(cè)局部放電的方法稱為無線電干擾電壓法（RIV法）；根據(jù)放電時(shí)會(huì)有電能損耗，通過各種電橋測(cè)得的損耗因數(shù)的增量tan或一個(gè)周期(

40、工頻周期)內(nèi)損耗的能量測(cè)量局部放電的方法稱為電橋法。2.2.脈沖電流法脈沖電流法可以根據(jù)局部放電的等效電路來校定視在放電電荷，而且測(cè)量的靈敏度高，是目前應(yīng)用最廣，也是IEC和我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法。2.2.1測(cè)量原理絕緣體的某一區(qū)域發(fā)生局部放電時(shí)，絕緣體的兩端（即試品施加電壓的兩端）就會(huì)有瞬變（脈沖）電荷電荷q（視在放電電荷）出現(xiàn)，用一個(gè)耦合電容器Ck和檢測(cè)阻抗Z與試品連接成一個(gè)回路，如圖111所示?；芈愤B接的方式有兩種，一種直測(cè)法，如圖111a所示；另一種是平衡法（或稱橋式），如圖111b所示。后者是把檢測(cè)阻抗分為Za,Zb兩部分，并在其中點(diǎn)接地。不論是哪一種方式，在檢測(cè)阻抗兩端采集到的ud

41、 總是與試品的視在放電電荷q存在一定的關(guān)系。圖1-11 脈沖電流法測(cè)量原理圖a)直測(cè)法 b)平衡法從圖1-11可以看出：當(dāng)試品CX 兩端出現(xiàn)瞬變電荷q時(shí)，在試品兩端會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的脈沖電壓所含的主要頻率分量是很高的，所以在檢測(cè)阻抗上分配到的脈沖電壓 可以簡(jiǎn)化為按 CK 與Cd 分壓來計(jì)算 (1-17)式中，各符號(hào)見圖1-11。由此可見，當(dāng)測(cè)試回路中Cx 、Ck 、Cd 確定時(shí)，Cv 為常數(shù)，ud 正比于q。通過一定的校正方法，就可用測(cè)得的ud 分度為視在放電電荷q。不論是直測(cè)法還是平衡法，式（1-17）都是適用的。直測(cè)法比平衡法簡(jiǎn)單，而且靈敏度較高（較小），而平衡法有較高的抗干擾性能，從圖1-11

42、b可以看出：對(duì)于試品放電產(chǎn)生的脈沖電流在檢測(cè)阻抗 Zb 、Z上分別產(chǎn)生ub和 -ua，而輸出的電壓而對(duì)于從高壓端進(jìn)來的干擾電流Ig 分別流過Za 、Zb ，產(chǎn)生的電壓分別為 a 、b ，于是輸出的干擾電壓為d=b-a由此可見，對(duì)于高壓端進(jìn)來的干擾，用平衡回路有一定的壓抑作用。2.2.2.測(cè)試線路與裝置實(shí)際測(cè)試線路除了上述的放電脈沖電流回路之外，還要有檢測(cè)儀器、高壓電源、以及為去除干擾而采用的隔離變壓器、濾波器等。一般采用的測(cè)試線路如圖1-12所示，圖中各裝置的作用和要求分述如下。圖1-12 脈沖電流法的測(cè)試線路T1隔離變壓器，T2調(diào)壓器，T3高壓試驗(yàn)變壓器，F(xiàn)1低壓濾波器，F(xiàn)2高壓濾波器，Cx

43、試品，Ck耦合電容器，Z檢測(cè)阻抗，D監(jiān)測(cè)儀，R保護(hù)電阻2.2.2.1.隔離變壓器 這種變壓器在一次和二次兩個(gè)繞組之間附加兩層金屬屏蔽層，靠近一次繞組的就和一次繞組的末端相連接；靠近二次繞組的就和二次繞組末端相連接。這就把兩個(gè)繞組隔離，使從電源進(jìn)來的高頻干擾不會(huì)通過原有的一次和二次繞組間的電容直接傳送到二次繞組，從電源地線來的干擾也不會(huì)傳入測(cè)試回路。兩個(gè)繞組的匝數(shù)比一般是1：1，有時(shí)為了同時(shí)起降壓作用，即把進(jìn)線高壓（如6kV，10kV ）變?yōu)闇y(cè)試系統(tǒng)用的低電壓（如220V，380V），也可設(shè)計(jì)其他適當(dāng)?shù)淖儽取?.2.2.2.調(diào)壓器在局部放電測(cè)量中，對(duì)不同的試品要施加不同的電壓，同時(shí)在高壓試驗(yàn)中，

44、為了避免出現(xiàn)操作過電壓，一般都要求從較低電壓下開始逐步升高電壓。因此需要調(diào)壓器。2.2.2.3.試驗(yàn)變壓器局部放電測(cè)量都是在試品承受高壓下進(jìn)行的，試驗(yàn)變壓器就是能把低電壓升為高電壓的升壓變壓器，它與一般試驗(yàn)變壓器不同的是本身不應(yīng)發(fā)生局部放電，或放電量小于被測(cè)試品允許放電量的一半，故也稱無局放試驗(yàn)變壓器。2.2.2.4.濾波器低壓濾波器在低壓側(cè)，高壓濾波器接在高壓側(cè)。兩者都是低通濾波器，通頻帶截止頻率一般取5kHZ以下，因?yàn)闇y(cè)量局部放電信號(hào)的頻率一般取10kHZ以上。前者是用來濾掉從電源進(jìn)來的高頻干擾及調(diào)壓器產(chǎn)生的高次諧波，后者除了進(jìn)一步阻塞電源進(jìn)來的高頻干擾之外，還可以阻塞試驗(yàn)變壓器本身產(chǎn)生的

45、局部放電信號(hào)，同時(shí)也能阻塞試品的局部放電信號(hào)通向試驗(yàn)變壓器的入口電容，以免被測(cè)信號(hào)旁路而降低測(cè)量的靈敏度。這種濾波器最常用的由電感L及電容C組成的濾波器，通頻帶截止頻率可以按下式估算當(dāng)然，濾波器本身不應(yīng)出現(xiàn)局部放電。2.2.2.5.保護(hù)電阻保護(hù)電阻是用來限制萬一變壓器負(fù)載短路時(shí)的電流，以免因試品擊穿或耦合電容器、濾波器等短路而燒壞變壓器，同時(shí)也可以改善負(fù)載短路時(shí)產(chǎn)生的過電壓在變壓器繞組上的電位分布，避免損壞變壓器。2.2.2.6.耦合電容器耦合電容器的作用，一方面是把試品的放電信號(hào)耦合到檢測(cè)阻抗上來；另一方面是承受工頻高壓，使檢測(cè)阻抗上的工頻電壓降到很小（一般是在30v以下），以保證人身及儀器

46、安全。由于放電脈沖信號(hào)頻率很高，對(duì)于這種信號(hào)，耦合電容器的阻抗Zk 比檢測(cè)阻抗Zd 小很多，因此絕大部分信號(hào)被檢測(cè)阻抗拾取；而對(duì)于工頻電壓， Zk>>Zd所以絕大部分工頻電壓降落在Ck上。耦合電容器本身不應(yīng)出現(xiàn)局部放電。2.2.2.7.檢測(cè)阻抗檢測(cè)阻抗是采樣元件，即當(dāng)脈沖電流通過時(shí)，在檢測(cè)阻抗兩端就會(huì)出現(xiàn)脈沖電壓ud ，將此電壓輸入檢測(cè)儀就可測(cè)出局部放電的放電電荷、放電重復(fù)率等基本表征參數(shù)；同時(shí)檢測(cè)阻抗與耦合電容器又可組成工頻電壓分壓器，從檢測(cè)阻抗拾取工頻電壓，通過濾波裝置，可把工頻信號(hào)分離出來，通過檢測(cè)儀可以測(cè)得工頻高壓值，并與ud 一起處理，可測(cè)出放電能量及發(fā)生放電時(shí)的電壓相位

47、。檢測(cè)阻抗有兩種類型，一種是由電阻Rd與電容Cd（此電容包括檢測(cè)阻抗中的電容及從耦合電容器連接到檢測(cè)阻抗所用的屏蔽線的電容）。這種檢測(cè)阻抗輸出的脈沖電壓的波形是指數(shù)衰減的，它的頻譜較寬，即含有各種（從低頻到高頻）頻率分量，如圖4-13所示，適用于頻帶較寬的測(cè)試系統(tǒng)，它有較高的靈敏度和分辨能力，但抗干擾能力較差。另一種是由電感L、電容C及電阻R組成的LCR型檢測(cè)阻抗。其中電容也包括連接Ck和Zd的屏蔽線的電容，電阻也包括電感線圈的等效電阻。這種檢測(cè)阻抗輸出的沖擊電壓波形是指數(shù)衰減的振蕩波形。它的頻譜較窄，集中在諧振頻率附近，如圖1-14所示，適用于頻帶較窄的測(cè)試系統(tǒng)，它配合選頻放大器，可以避開單

48、一頻率的干擾，適合用于干擾大的場(chǎng)合。2.2.2.8.檢測(cè)儀器檢測(cè)儀器的重要作用有以下三方面：（1） 濾波 檢測(cè)儀器按選用的頻帶來分，可分為低頻、寬頻、選頻。目前最常用的是低頻檢測(cè)儀，頻帶選在放電脈沖頻譜分量最豐富，而外來干擾較少的頻帶范圍，一般選用10-400KHZ。寬頻檢測(cè)頻帶上限達(dá)108HZ，甚至達(dá)109HZ數(shù)量級(jí)。選用寬頻目的一是為了較真實(shí)的測(cè)得放電的波形（因?yàn)橐淮畏烹姷臅r(shí)間可達(dá) ）；二是為了消除較低頻率的干擾，如選取頻帶為50500MHZ，就可避開絕大部分干擾。選頻檢測(cè)儀的頻帶較窄，大多取1030KHZ，也有少數(shù)取得寬一些，如100KHZ左右。頻帶窄有利于抗干擾，頻帶寬有利于提高靈敏度

49、及分辨能力。選頻檢測(cè)儀一般都設(shè)計(jì)為諧振型的，中心頻率(見圖1-14c)，最好是可調(diào)的， 從幾十KHZ到幾MHZ。若是固定的，一般是選100KHZ附近。不論是哪一種檢測(cè)儀，都必須把工頻分量徹底濾掉，因?yàn)閺臋z測(cè)阻抗拾取的局部放電的脈沖信號(hào)很微弱，而工頻電壓往往要比它大千倍以上，所以必須濾掉工頻分量，放大器才能正常工作。圖1-13 RC型檢測(cè)阻抗a)RC阻抗 b)輸出電壓波形 c)頻譜圖1-14 LCR型檢測(cè)阻抗a)LCR阻抗，b)輸出電壓波形，c)頻譜實(shí)際用的LCR檢測(cè)阻抗常設(shè)計(jì)為一個(gè)雙繞組的升壓變壓器，如圖4-15所示。輸出側(cè)繞組匝數(shù)比輸入側(cè)多，可以提高測(cè)量靈敏度。輸入側(cè)繞組中心接地，可接成平衡

50、法測(cè)試回路；用直測(cè)法測(cè)量時(shí)，只要把Xb與Xo連接，Cq是儀器校正時(shí)用的分度電容、校正脈沖從Xq端注入。 VS1、VS2是快速穩(wěn)壓管，限定輸入電壓在安全工作范圍之內(nèi)。圖1-15常用的LCR檢測(cè)阻抗實(shí)際線路圖（2）放大 局部放電的信號(hào)是很微弱的， 特別是大電容量的試品。如電容為1uF的試品，出現(xiàn)5pC視在放電電荷時(shí)，在檢測(cè)阻抗兩端可能拾取的電壓 ud 約為uV級(jí)，因此必須經(jīng)過放大才能在示波器或峰值表顯示讀數(shù)。放大器的增益一般要求能達(dá)到60dB以上（對(duì)于所測(cè)的脈沖信號(hào)），而本機(jī)噪音要不大于uV級(jí)。放大器的頻帶應(yīng)與檢測(cè)阻抗匹配。頻帶寬可以保證放電信號(hào)的波形不變，而頻帶窄就會(huì)使放電信號(hào)發(fā)生畸變。不但放電

51、脈沖信號(hào)的波頭、波尾被拉長(zhǎng)，幅值降低，而且還會(huì)出現(xiàn)震蕩。對(duì)于RC檢測(cè)阻抗，采集的信號(hào)經(jīng)放大后，有可能出現(xiàn)過沖振蕩。如圖1-16 a所示（ 響應(yīng)）；對(duì)LCR檢測(cè)阻抗，采集的信號(hào)經(jīng)放大后可能出現(xiàn)振蕩波的幅值由小到大再由大到小的衰減，如圖1-16b所示（響應(yīng)），這樣一個(gè)放電脈沖可能會(huì)延續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，就會(huì)大大降低測(cè)試系統(tǒng)的分辨能力。圖1-16 窄帶放大后波形畸變a) 響應(yīng) b)響應(yīng)（3）顯示 用于顯示局部放電信號(hào)的儀器有兩類，一類是示波器，一類是峰值表用示波器不但可以觀察、讀取放電脈沖信號(hào)的大小，而且可以觀察脈沖的波形，以及放電脈沖出現(xiàn)的相位。這有利于辨別所觀察的脈沖信號(hào)是放電信號(hào)還是干擾；同時(shí)也有利于

52、識(shí)別是那種類型的放電。用寬頻測(cè)試系統(tǒng)（頻帶不小于100MHZ）配用同樣帶寬的脈沖數(shù)字濾波器（采樣頻率1GHZ以上），可以測(cè)到每一次局部放電的整個(gè)脈沖波形。用快速響應(yīng)的峰值電壓表可以測(cè)得放電脈沖的峰值，經(jīng)過校正，這個(gè)脈沖幅值可以直接分度為放電量qd。峰值表的量程刻度有線形和對(duì)數(shù)兩種，前者比較穩(wěn)定，后者動(dòng)態(tài)范圍大，量程廣。為了識(shí)別、撤除出現(xiàn)在固定相位上的干擾脈沖，在信號(hào)進(jìn)入峰值表之前先經(jīng)過門開關(guān)電路，這個(gè)門開關(guān)可以分別在工頻一周期的正負(fù)半周內(nèi)的任一相位上，關(guān)閉或打開一個(gè)寬度可調(diào)的相位窗口，以阻止或開通脈沖信號(hào)進(jìn)入峰值表的輸入端。這個(gè)門開關(guān)同時(shí)也控制示波器的時(shí)基掃描的亮度，明亮的相位區(qū)間表示是開通的

53、，即在這一相位區(qū)間內(nèi)的脈沖可進(jìn)入峰值表，于是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，避開干擾脈沖，只讓放電脈沖進(jìn)入峰值表。在設(shè)計(jì)和選用局部放電測(cè)試的線路和裝置時(shí)，應(yīng)考慮以下三點(diǎn)基本要求：（1） 靈敏度 測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度是在一定的試品電容量下，能夠測(cè)到的最小視在放電電荷電荷 來表征的。一般要求它要小于試品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的允許視在放電電荷的一半，即（2） 分辨率 測(cè)試系統(tǒng)的分辨能力是連續(xù)兩個(gè)放電脈沖因疊加而造成的誤差不超過該脈沖幅值的10%時(shí)，兩個(gè)脈沖的間隔時(shí)間（亦稱分辨時(shí)間）來表示的。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為100uS。（3） 抗干擾能力 測(cè)試系統(tǒng)的抗干擾能力是以干擾的衰減或壓抑比（采取抗干擾措施前后干擾大小的比值）來表示。一

54、般把試品放電信號(hào)之外的所有的脈沖和高次諧波都視為干擾噪音。要求信噪比大于2。2.2.3視在放電量的校正測(cè)量系統(tǒng)所顯示的脈沖幅值是代表多少放電量（視在放電電荷q），還需要對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分度校正，才能定量。2.2.3.1校正方法把試品與整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)連接好之后， 用已知的模擬放電產(chǎn)生的瞬變電荷q0注入到試品的兩端（施加高電壓的兩端），把測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度調(diào)到合適的狀態(tài)（在示波器上能看到約20mm高度的脈沖幅值），記下這時(shí)顯示器上的響應(yīng)的讀數(shù)為0（格），則可得分度系數(shù)K=q0/，之后，將校正脈沖發(fā)生器撤除（因?yàn)橐话阈Ｕ}沖發(fā)生器承受不了高電壓），保持測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量靈敏度不變，對(duì)試品施加規(guī)定的試驗(yàn)電壓，這

55、時(shí)若試品有局部放電，則在顯示器上又出現(xiàn)響應(yīng)的讀數(shù)x（格）,于是試品的放電量為qx=Kx已知的瞬變電荷q0 是由一個(gè)校正發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)脈沖電壓，并通過一個(gè)分度電容C0耦合到試品的兩端，在滿足時(shí)式中 u0 -校正脈沖電壓的幅值（V） C0 -分度電容（pf）u0與C0 都是已知值，因此 q0也是已知的。小氣隙的一次放電時(shí)間一般為。為了模擬放電脈沖， 同時(shí)又要避免產(chǎn)生峰值過沖振蕩，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定校正脈沖電壓的前沿不大于0.1us，脈沖波持續(xù)時(shí)間（脈沖衰減到幅值的10%時(shí)所需要的時(shí)間）不小于100us。同時(shí)為了模擬在試品產(chǎn)生的局部放電的瞬變電荷，校正脈沖電壓經(jīng)分度電容后應(yīng)接在試品的兩端，即q0是出現(xiàn)在試

56、品Cx兩端的電荷。2.2.3.2 應(yīng)注意的問題校正是否正確，直接影響測(cè)量的結(jié)果是否正確。因此分析掌握那些對(duì)校正結(jié)果有影響的因素是很必要的。（1）校正脈沖發(fā)生器 校正脈沖發(fā)生器除了要求能產(chǎn)生上述的（0.1/100）us脈沖波之外，還要求本身內(nèi)阻 R0 及脈沖電壓的重復(fù)頻率不能太高。校正脈沖電壓u0經(jīng)分度電容C0后施加到試品的兩端，因此在試品兩端實(shí)際施加的脈沖電壓上升時(shí)間，不只是決定于u0的上升時(shí)間，而且與時(shí)間常數(shù)C0R0有關(guān)。當(dāng)C0R0接近時(shí)，會(huì)使脈沖的前沿變長(zhǎng)，這個(gè)脈沖前沿和檢測(cè)阻抗的放電時(shí)間常數(shù)可比或更長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使測(cè)得的分度系數(shù)偏小。一般要求通常最大取100pf，所以校正脈沖發(fā)生器的內(nèi)阻一般不應(yīng)大于100歐姆。校正脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的校正脈沖的重復(fù)頻率太高，會(huì)產(chǎn)生疊加效應(yīng)，測(cè)試系統(tǒng)的分辨率要求是不大于100us，同時(shí)