局部放電基本特性

1、第 2 章 局部放電基本特性第 2章 局部放電基本特性2.1 局部放電的機(jī)理2.1.1 氣隙放電等值電路絕緣介質(zhì)內(nèi)部含有一個(gè)氣隙時(shí)的放電情況是最簡(jiǎn)單的，如圖 1.1(a)所示。圖中 c 代表氣隙，b 是與氣隙串聯(lián)部分的介質(zhì)，a 是除了 b 之外其他部分的介質(zhì)。假定這一介質(zhì)是處在平行板電極之中，在交流電場(chǎng)作用下氣隙和介質(zhì)中的放電過程可以用圖l.1(b) 所示的等效電路來分析。+uc CcRcbUdaaCaRaUcbb CbRbu（ a）（ b）氣隙厚度d整個(gè)介質(zhì)的厚度Rc、Cc氣泡的電阻和電容Rb 、Cb與氣泡串聯(lián)部分介質(zhì)的電阻和電容Ra、Ca 一其余部分介質(zhì)的電阻和電容圖 2.1 含有單氣隙的

2、絕緣介質(zhì)，（ a）絕緣介質(zhì)中的氣隙， （ b）放電等效電路假定在介質(zhì)中的氣隙是扁平狀而且是與電場(chǎng)方向相垂直，則按電流連續(xù)性原理可得U c YcU bY b（ 2.1）式中 U c 、 U b 分別氣隙和介質(zhì)上的電壓, Yc 、 Yb 分別為氣隙和介質(zhì)的等效電導(dǎo)。工頻電場(chǎng)c 和·m)-1 ，則氣隙和 b 部分絕緣上的電壓的數(shù)值關(guān)系可簡(jiǎn)化為中若b 均小于 10 11(ucU c2( Cb )2Cbbb（ 2.2）ubU b2( Cc )2Ccc (d)c式中c 、b 分別為氣隙和絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，氣隙和介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度Ec、Eb 的關(guān)系為Ecu Cb（ 2.3）Ebub (d)c由

3、式（ 2.3）可見：(1) 氣隙放電在工頻電場(chǎng)中氣隙中的電場(chǎng)強(qiáng)度是介質(zhì)中電場(chǎng)強(qiáng)度的b c 倍。通常情況下c 1，而 b 1 ，即氣隙中的場(chǎng)強(qiáng)要比介質(zhì)中的高， 而另一方面氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般都比介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)低，因此，在外加電壓足夠高時(shí)，氣隙首先被擊穿，而周圍的介質(zhì)仍然保持其絕緣特性，電極之間并沒有形成貫穿性的通道。(2) 油隙放電在液體和固體的組合絕緣結(jié)構(gòu)中，如油紙電纜、油紙電容器、油紙?zhí)坠艿龋?1.由于在制造中采取了真空干燥浸漬等工藝，可以使絕緣體中基本上不含有氣隙，但卻不可避免地存在著充滿絕緣油的間隙，這些油的介電常數(shù)通常也比固體介質(zhì)為小，而擊穿場(chǎng)強(qiáng)又比固體介質(zhì)為低，因此，在油隙中也會(huì)發(fā)生局

4、部放電，不過與氣隙相比要在高得多的電場(chǎng)強(qiáng)度下才會(huì)發(fā)生。(3) 在介質(zhì)中極不均勻電場(chǎng)分布的情況下，即使在介質(zhì)中不含有氣隙或油隙，只要是介質(zhì)中的電場(chǎng)分布是極不均勻的，也就可能發(fā)生局部放電。例如埋在介質(zhì)中的針尖電極或電極表面上的毛刺，或其它金屬屑等異物附近的電場(chǎng)強(qiáng)度要比介質(zhì)中其他部位的電場(chǎng)強(qiáng)度高得多。當(dāng)此處局部電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到介質(zhì)本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，則介質(zhì)局部擊穿而形成了局部放電。+uuCE 內(nèi)E 外+ + +(a)uqumu32u23u1t104ucusur-u r-ust(b)圖 2.2 放電過程示意圖（ a）絕緣介質(zhì)內(nèi)氣隙放電空間電荷分布（ b）外部電壓 u、空間電荷 q、氣隙電壓 uc 的時(shí)間變化圖

5、2.1.2 放電過程在氣隙發(fā)生放電時(shí)，氣隙中的氣體產(chǎn)生游離，使中性分子分離為帶電的質(zhì)點(diǎn)，在外加電場(chǎng)作用下，正離子沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，電子(或負(fù)離子 )沿相反方向移動(dòng)，于是這些空間電荷建立了與外施電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)(如圖 2.2（ a）所示 )，這時(shí)氣隙內(nèi)的實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)為'.第 2 章局部放電基本特性EcE外 E內(nèi)(2.4)即氣隙上的電場(chǎng)強(qiáng)度下降了E 內(nèi) ，或者說氣隙上的電壓降低了Uc。于是氣隙中的實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)低于氣體擊穿場(chǎng)強(qiáng) ECB，氣隙中放電暫停。在氣隙中發(fā)生這樣一次放電過程的時(shí)間很短，約為 10-8 數(shù)量級(jí)，在油隙中發(fā)生這樣一次放電過程的時(shí)間比較長(zhǎng)，可達(dá)10-6 數(shù)量級(jí)。如果對(duì)照?qǐng)D2.2（ b

6、）分析放電過程，外施電壓是正弦交流電壓，當(dāng)電壓瞬時(shí)值上升使得氣隙上的電壓uc 達(dá)到氣隙的擊穿電壓UCB 時(shí)，氣隙發(fā)生放電。由于放電的時(shí)間極短，可以看作氣隙上的電壓由于放電而在瞬間下降了uc，于是氣隙上的實(shí)際電壓低于氣隙的擊穿電壓，放電暫停（這相應(yīng)于圖2.2(b)中的點(diǎn) 1）。此后氣隙上的電壓隨外加電壓瞬時(shí)值的上升而上升，直到氣隙上的電壓又回升到氣隙的擊穿電壓U CB 時(shí)，氣隙又發(fā)生放電， 在此瞬間氣隙上的電壓又下降 uc，于是放電又暫停。假定氣隙表面電阻很高，前一次放電產(chǎn)生的空間電荷沒有泄漏掉，則這時(shí)氣隙中放電電荷建立的反向電壓為-2uc。依此類推如果在外加電壓的瞬時(shí)值達(dá)到峰值之前發(fā)生了 n

7、次放電，每次放電產(chǎn)生的電荷都是相等的，則在氣隙中放電電荷建立的電壓為 -n uc。在外加電壓過峰值后，氣隙上的外加電壓分量u 外逐漸減小， 當(dāng) u 外 =n uc 時(shí)，氣隙上的實(shí)際電壓為零 (圖 2.2(b) 中點(diǎn) 2)。外施電壓的瞬時(shí)值繼續(xù)下降，當(dāng) u 外 -n uc=U CB 時(shí)，即氣隙上實(shí)際的電壓達(dá)到擊穿電壓時(shí)，氣隙又發(fā)生放電，不過放電電荷移動(dòng)的方向決定于此前放電電荷所建立的電場(chǎng)E 內(nèi) ，于是減少了原來放電所積累的電荷，使氣隙上的實(shí)際電壓為u 外 -n uc<UCB 時(shí)，于是放電暫停 (相應(yīng)圖2.2(b) 中的點(diǎn) 3)。此后隨外施電壓繼續(xù)下降到負(fù)半周，當(dāng)重新達(dá)到- u 外 -( n

8、-1)uc =U CB 時(shí)，氣隙又發(fā)生放電，放電后氣隙上的電壓為- u 外 -(n-2)uc <UCB，放電又停止。依此類推直到外加電壓達(dá)到負(fù)峰值，這時(shí)氣隙中放電電荷建立的電壓為n uc。隨著電壓回升，在一段時(shí)間內(nèi)u 外+n uc<UCB 不會(huì)出現(xiàn)放電，直到u 外 +n uc =UCB 時(shí)氣隙又發(fā)生放電。放電后氣隙上的電壓為u 外+ (n-1)uc<U CB，于是放電又暫停(相應(yīng)圖 2.2(b) 中點(diǎn) 4)。此后隨著外加電壓升高放電又繼續(xù)出現(xiàn)。由此可見，在正弦交流電壓下，局部放電是出現(xiàn)在外加電壓的一定相位上，當(dāng)外加電壓足夠高時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)可能出現(xiàn)多次放電，每次放電有一定間隔時(shí)

9、間。2.2 表征局部放電的參數(shù)局部放電是比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象，必須通過多種表征參數(shù)才能全面地描繪其狀態(tài)。在氣隙中產(chǎn)生局部放電時(shí)，氣隙中的氣體分子被游離而形成正負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)，在一次放電中這些質(zhì)點(diǎn)所帶的正或負(fù)電荷總和稱為實(shí)際放電量qr 。根據(jù)圖 2.1(b) 所示的等效電路可以推算出，由于Cc 上電荷改變了qr 所引起的Cc 上的電壓變化uc。ucqr（ 2.5）C c C a C b /(C aC b )通常氣隙總是很小的，且Ca>>Cb，因此上式可寫作qr(2.6)ucC c C b由于氣隙經(jīng)常是處于介質(zhì)內(nèi)部，因而無法直接測(cè)得qr 或Uc。但根據(jù)圖 2.1(b) 所示的等效13.電路當(dāng)

10、 Cc 上有電荷變化時(shí)， 必然會(huì)反映到 Ca 上電荷和電壓的變化， 即試樣兩端出現(xiàn)電荷和電壓的變化，因此可以根據(jù)這種變化來表征局部放電。通常有以下表征局部放電的參數(shù)。一、視在放電電荷視在放電電荷是指產(chǎn)生局部放電時(shí)，一次放電在試樣兩端出現(xiàn)的瞬變電荷。根據(jù)圖 2.1(b) 所示的等效電路，并考慮到介質(zhì)電阻R 、 R 以及氣隙電阻R都很大，而局abc部放電的放電時(shí)間又極短，可以假定在放電過程中，一方面電源來不及供給補(bǔ)充電荷，另一方面各個(gè)電容上的電荷也沒有泄漏掉。因此當(dāng)氣隙放電而造成Cc 上電壓下降uc 時(shí)，各電容上的電荷重新分配，因此Ca 上的電壓也下降了ua，且C bC buaucCbC auc

11、C a(2.7)這時(shí) Ca 上的電荷變化為qaua C aC cCb /(C cCb )uaC a(2.8)將 (2.7)代入上式可得qaCbU c(2.8)將 (2.6)代入上式得qa q rCb(2.9)CcCb其中 qa 就是視在放電電荷，(2.9)表明了視在放電電荷與實(shí)際放電電荷的關(guān)系，可以看到：（1）通常氣隙是很薄的，即Cc>>Cb，因此 qa 往往比 qr 小得多；（2）應(yīng)當(dāng)注意，真正代表放電大小的是qr，只有在 Cb/(Cb +C C)相同時(shí)才能通過qa 的大小來比較實(shí)際放電的大?。唬?3）兩個(gè)視在放電量 qa 相同的產(chǎn)品， 如果 Cb/(Cb +C C)差別很大，

12、則 qa 的差別也很大， 因此，對(duì)材料的破壞作用也就可能大不相同。這點(diǎn)在局部放電的實(shí)際測(cè)試中要做具體分析。二、放電重復(fù)率放電重復(fù)率是指單位時(shí)間內(nèi)局部放電的平均脈沖個(gè)數(shù)。通常以每秒放電次數(shù)來表示。從圖 2.2 可以看出，假定氣隙中每次放電后殘留的電壓ur可以忽略，則在外施電壓的1/4 周期內(nèi)放電的次數(shù)約為ucmumCb（ 2.10）nU cB C bCcU cB式中 ucm 為氣隙中不放電時(shí)電壓的峰值。如果外施電壓的頻率為f，則一秒鐘內(nèi)放電次數(shù)為N 4 fnumC b（2.11）4 fU cBC bC c在氣隙中的放電次數(shù)與反映到試樣兩端電壓脈沖的次數(shù)是完全相等的，但要注意的是實(shí)際測(cè)量中脈沖計(jì)數(shù)

13、器需要大于一定電平的信號(hào)才能觸發(fā)計(jì)數(shù)，因此，測(cè)得的放電次數(shù)只是放電量大于一定值或在一定范圍的放電次數(shù)。三、放電的能量放電能量是指在一次放電中所消耗的能量。單位用焦耳表示(J)。假定在氣隙中發(fā)生放電時(shí)，氣隙上的電壓從U CB 下降到零，即uc=U CB 。則在這一次放電中消耗的能量為'.第 2 章局部放電基本特性W1 qruc1 C cC a C b /(C a C b ) uc21 (C cCb )uc2（ 2.12）222設(shè)當(dāng)氣隙上的電壓達(dá)到UCB時(shí)，施加在試樣兩端的電壓峰值為u（即起始放電電壓的峰im值），則C bucU CBuim C cCb（ 2.13）將上式代入式（ 2.12

14、）得11（ 2.14）W2 uim C b uc2 uim qa上式表明放電能量為視在放電電荷與起始放電電壓（峰值)乘積的一半。同時(shí)也是實(shí)際放電電荷和氣隙的擊穿電壓乘積的一半。四、放電的平均電流平均電流是指在一定時(shí)間間隔T 內(nèi)視在放電電荷絕對(duì)值的總和除以時(shí)間間隔T 。I1 qa1 qa 2qam （ 2.15）T當(dāng) qa 單位為庫(kù)侖（ C）、T 單位為秒（ s）時(shí)，放電的平均電流I 為安培（ A ）。五、放電的均方率均方率是指在一定時(shí)間間隔T 內(nèi)視在放電電荷的平方之和除以時(shí)間間隔T。D1 qa21qa22qam2 （ 2.16）T當(dāng) qa 單位為庫(kù)侖（ C）、T 單位為秒（ s）時(shí)，均方率 D

15、 的單位為 C2/s。六、放電功率放電功率是指局部放電時(shí)，從試樣兩端輸入的功率，也就是在一定時(shí)間內(nèi)視在放電電荷與相應(yīng)的試樣兩端電壓的瞬時(shí)值之乘積除以時(shí)間間隔T。1P qa1u1qa2 u2qam um （ 2.17）T當(dāng) qa 單位為庫(kù)侖（ C）、T 單位為秒（ s）時(shí)，放電功率 P 的單位為 W 。七、局部放電起始電壓 Ui局部放電起始電壓是指試樣產(chǎn)生局部放電時(shí)，在試樣兩端施加的電壓值。在交流電壓下用有效值表示。在實(shí)際測(cè)量中，施加電壓必須從低于起始放電的電壓開始，按一定速度上升。同時(shí)，為了能在靈敏度不同的測(cè)試裝置上所測(cè)的起始電壓進(jìn)行比較，一般是以視在放電電荷超過某一規(guī)定值時(shí)的最小電壓值為起始

16、放電電壓。八、放電的熄滅電壓U e放電熄滅電壓是指試樣中局部放電消失時(shí)試樣兩端的電壓值。在交流電壓下是以有效值來表示。在實(shí)際測(cè)量中電壓應(yīng)從稍高于起始放電電壓值開始下降。為了能在不同靈敏度的測(cè)試裝置上測(cè)得的放電熄滅電壓進(jìn)行比較，一般是以視在放電電荷低于某一規(guī)定值時(shí)的最高電壓為放電熄滅電壓。15.上述八個(gè)表征局部放電的參數(shù)中，視在放電電荷、放電重復(fù)率和放電能量是基本的表征參數(shù)。平均電流、均方率和放電功率是表征放電量和放電次數(shù)的綜合效應(yīng)，并且是在一定時(shí)間內(nèi)局部放電累積的平均效應(yīng)。放電起始電壓和熄滅電壓則是以施加在試樣兩端的電壓特征值來表示局部放電起始和熄滅的。2.3 影響局部放電的因素局部放電的特性

17、與很多因素有關(guān)。如介質(zhì)和氣隙（油隙）的特性、形狀、尺寸，電場(chǎng)的均勻程度，外施電壓的波形以及環(huán)境條件等。它們都是影響局部放電特性各參數(shù)的因素。一、影響視在放電電荷的因素由前述可知bA（ 2.18）qa Cb U cU CBc (d)式中 =0.10.8 ，表示當(dāng)氣隙比較大時(shí)，每次放電只是發(fā)生在一部分氣隙面積當(dāng)中。因此實(shí)際放電的面積應(yīng)以·A 來表示，其中 A 為氣隙的面積。從(2.18) 可以看出：1、氣隙面積增大時(shí)，qa 也增大；2、當(dāng)外加電壓升高時(shí)，值增大，即實(shí)際放電面積增大，q也增大。如果介質(zhì)中存在多a個(gè)氣隙，則電壓升高時(shí)就會(huì)有更多的氣隙同時(shí)放電，這時(shí)qa 增加更為明顯；3、氣隙的

18、擊穿電壓增高， qa 也增大。在氣隙中氣體的性質(zhì)和氣體的壓力都會(huì)影響氣隙的擊穿電壓。在同樣尺寸的間隙中，油的擊穿電壓比氣體高一到二個(gè)數(shù)量級(jí)。所以油隙的放電量一般比氣隙的放電量大 12 個(gè)數(shù)量級(jí)；4、介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)大，介質(zhì)的厚度小，氣隙的厚度大，都會(huì)使qa 增大。這時(shí)qa 就比較接近于實(shí)際放電電荷qr ，反之就遠(yuǎn)小于qr；5、當(dāng)氣隙表面形成半導(dǎo)電層或?qū)щ妼訒r(shí)，會(huì)使放電量顯著減小，甚至于停止放電。二、影響放電重復(fù)率的因素根據(jù) (2.11) 式可以進(jìn)一步推導(dǎo)出放電重復(fù)率umCb4 fu m（ 2.19）N 4 fn 4 fU cB 1c (d) /( b )U cB CbC c由此可見：1、增加

19、試驗(yàn)電壓的頻率和峰值，都會(huì)使放電重復(fù)率增加；2、氣隙的擊穿電壓低，放電的重復(fù)牽就大。從圖2.2可以清楚地看到，當(dāng)外加電壓一定時(shí)，每周期內(nèi)放電次數(shù)隨 UCB 的減少而增加。 因此， 在其他條件相同時(shí)， 油隙的放電重復(fù)率要比氣隙的?。?、在試驗(yàn)電壓峰值不變的條件下，介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)越大，介質(zhì)厚度與氣隙厚度之比越小，則氣隙所承受的電壓峰值就越高，因此，放電重復(fù)率也就增大；4、氣隙表面電阻小，放電電荷容易泄漏掉，氣隙中由于每次放電所建立的反電場(chǎng)Uc 就比較小，因此，在一周期中放電次數(shù)增多，即重復(fù)率增大。這在交流電壓下尤為明顯；'.第 2 章局部放電基本特性5、介質(zhì)中存在許多氣隙時(shí)，由于各次放

20、電的時(shí)間比放電間隔的時(shí)間短得多，各氣隙的放電正好疊加在一起的幾率很小。因此，放電的次數(shù)也會(huì)增多。三、影響放電能量和放電功率的因素假定在 1 秒鐘內(nèi)各次放電的能量都一樣，則每次發(fā)生放電功率為P Nq auim(2.20)式中 N 為放電重復(fù)率， uim 實(shí)際上就是用峰值表示的起始放電電壓。將式(2.14) 與 (2.20) 比較可以看出放電能量 W 與放電功率 P 都與視在放電電荷及起始放電電壓有關(guān)。因此，所有影響視在放電電荷和放電電壓的因素都會(huì)影響放電功率或放電能量。此外，放電功率還與放電重復(fù)率有關(guān)，因此，影響放電重復(fù)率的因素也會(huì)影響放電功率。四、影響放電平均電流和均方率的因素根據(jù)平均電流和均

21、方率的定義，可以看出每秒鐘內(nèi)放電的次數(shù)越多，每次放電的放電量越大，則平均電流或均方率就越大。因此，影響放電次數(shù)和放電量的因素也都會(huì)影響平均電流和均方率。五、影響放電起始電壓和放電熄滅電壓的因素凡是對(duì)氣隙中的電場(chǎng)分布和氣隙中氣體擊穿場(chǎng)強(qiáng)有影響的因素，如介質(zhì)和氣體的相對(duì)介電系數(shù)、介質(zhì)和氣隙的厚度、氣隙的形狀、氣隙中氣體的性質(zhì)及壓力等都會(huì)影響放電起始電壓和放電熄滅電壓。有些絕緣材料中的氣隙放電起始電壓還與施加電壓的時(shí)間有關(guān)，如環(huán)氧紙板在20時(shí)，用快速升壓測(cè)得的放電起始電壓比逐級(jí)升壓測(cè)得的高3.5 倍。而在溫度為60時(shí)這種差別就小得多。有的實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)氣隙直徑小時(shí)，這種起始放電的延遲效應(yīng)更為明顯。在有

22、延遲效應(yīng)的情況下，起始放電電壓的測(cè)定最好補(bǔ)充規(guī)定電壓上升到起始放電時(shí)所需的時(shí)間不少于某一規(guī)定值，或者規(guī)定采用逐級(jí)升壓法升壓，并規(guī)定每級(jí)停留的時(shí)間。放電熄滅電壓一般略低于放電起始電壓，在放電過程，氣隙狀態(tài)發(fā)生了變化，或由于局部放電產(chǎn)生了新的氣隙，則在較低的電壓下仍然可以保持放電，這時(shí)放電熄滅電壓將明顯地降低。2.4 各類局部放電的特點(diǎn)根據(jù)局部放電發(fā)生的位置和機(jī)理的不同，電氣設(shè)備中發(fā)生的局部放電大致可分為三種類型：(1)絕緣介質(zhì)內(nèi)部的局部放電； (2)絕緣介質(zhì)表面的局部放電； (3)高壓電極尖端的電暈放電。各種局部放電的起始條件、放電波形以及放電隨施加電壓的變化規(guī)律各不相同，以下將分別予以討論。2

23、.4.1 絕緣介質(zhì)內(nèi)部的局部放電在絕緣介質(zhì)內(nèi)部或介質(zhì)與電極之間的氣隙放電，都屬于內(nèi)部局部放電，這種放電的特性與介質(zhì)的特性和氣隙的形狀、大小、位置以及氣隙中氣體的性質(zhì)有關(guān)。一、內(nèi)部局部放電的起始電壓對(duì)于不同的絕緣結(jié)構(gòu)和不同形狀的氣隙，內(nèi)部放電的起始電壓估算方法也各不相同。現(xiàn)以平板結(jié)構(gòu)為例討論其放電起始電壓的估算公式。圖2.1 中，外加電壓為u 時(shí)有17.ucEcbubEb (d)c (d)(2.21)uucub可以推出uub uc(1c (d)cd( bc )(2.22)ucucbb當(dāng)氣隙上電壓升到氣隙擊穿電壓UCB 時(shí)，施加于試樣兩端的電壓ui 為起始放電電壓，則uicd( bc )U CB(

24、d)c ECB(2.23)bb式中 ECB 為氣隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)，通常由巴申定律ECB=f(P ·)曲線查得 ，其中 P 為氣隙內(nèi)氣壓。由于介質(zhì)內(nèi)部氣隙的放電與金屬電極間形成的均勻電場(chǎng)中的氣體放電有區(qū)別，例如：（ 1）氣隙的上下表面不一定象金屬電極間那樣完全處于等位面中；（ 2）氣隙中前次放電留下的空間電荷會(huì)影響氣隙中的電場(chǎng)分布，從而使氣隙的實(shí)際擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降；（ 3）氣隙中前次放電在氣隙表面形成的半導(dǎo)體層也會(huì)使實(shí)際擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降；（ 4）實(shí)際試樣中氣隙不完全是扁平或不是垂直于電場(chǎng)方向的。 所以用巴申曲線查得的 ECB 來計(jì)算的起始電壓值與實(shí)際測(cè)得值往往不完全相符，但差別一般不超過士 1

25、5%。二、放電波形通常絕緣介質(zhì)內(nèi)部的氣泡放電，在橢圓示波器上可以看到正負(fù)半周放電脈沖的圖形基本上是對(duì)稱的，如圖1.8 所示。90o90o0o0o180o180o270o270o(a)(b)圖 2.3內(nèi)部局部放電波形在放電初始（外加電壓較低時(shí)），局部放電總是出現(xiàn)在試驗(yàn)電壓瞬時(shí)值上升接近90°或270°的相位上；隨著外加電壓的增高，出現(xiàn)放電脈沖的相位范圍逐漸擴(kuò)展，甚至可以超過0°和 180°，但在90°和 270°之后的一段相位內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)放電脈沖。另外，各次放電大小不等、疏密度不均勻，放電量小的間隔時(shí)間短、放電次數(shù)多；放電量大的間隔時(shí)間長(zhǎng)

26、、放電次數(shù)較少。這些現(xiàn)象說明介質(zhì)內(nèi)部氣隙的實(shí)際放電過程要比前面理論分析的更復(fù)雜。圖 2.4 氣隙處于金屬（電極）與絕緣介質(zhì)之間的放電波形當(dāng)氣隙處于金屬（電極）與絕緣介質(zhì)之間時(shí)，橢圓示波圖上的工頻正負(fù)半周放電波形是不對(duì)稱的。如果靠氣隙一邊的導(dǎo)體是高壓端，則放電的波形是正半周放電大而稀，負(fù)半周放'.第 2 章局部放電基本特性電小而密，如圖2.4 所示。如果靠氣隙一邊的導(dǎo)體是接地的，則放電波形也反過來，即負(fù)半周是大而稀正半周是小而密。這是由于導(dǎo)體為負(fù)極性時(shí)發(fā)射電子容易，氣隙的擊穿電壓UCB 降低，因此出現(xiàn)小而密。更容易發(fā)生放電現(xiàn)象圖 2.5 所示的是絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙一次放電的波形。這種放電波

27、形與氣隙的形狀、氣隙內(nèi)表面的狀態(tài)以及氣隙中氣體的性質(zhì)都有關(guān)。圖2.5(a)是氣隙內(nèi)表面電阻高(1016)的放電波形；圖 2.5(b) 是氣隙內(nèi)表面電阻低 (109 )的放電波形。前者時(shí)間較短，后者波尾較長(zhǎng)。這種差別反映了兩種不同的放電機(jī)理。（ a）(b)圖 2.5絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電脈沖波形，（ a）氣隙內(nèi)表面電阻高， （ b）氣隙內(nèi)表面電阻低當(dāng)氣隙內(nèi)表面電阻高時(shí)，由于放電而產(chǎn)生的電荷只是集中在放電通道所對(duì)應(yīng)的氣隙表面上，而不會(huì)均勻分布在氣隙的上下底的整個(gè)表面上。因此，在電荷聚集的地方產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，使整個(gè)氣隙中的電場(chǎng)畸變而產(chǎn)生流柱型放電。這種放電是由光子激勵(lì)發(fā)展電子崩而形成通道。電子、離子是

28、均勻產(chǎn)生于通道之中，靠陰極近的正離子很快移向陰極，而靠陰極遠(yuǎn)的正離子被放電所積聚的負(fù)電荷吸引，因此在通道中正離子消失得比較快，即放電波形的波尾比較短，但這種放電的放電量比較大，即放電波形的幅值高。一次流柱放電至少需106 個(gè)電子崩，每一電子崩約需104 個(gè)自由電子組成，一次流柱放電最少需要7.6× 108 個(gè)電子，這相當(dāng)于122pC 的放電電荷。當(dāng)氣隙表面電阻較小時(shí)，放電產(chǎn)生的電荷能較快地分散到整個(gè)氣隙表面，使氣隙中的電場(chǎng)比較均勻。這時(shí)氣隙中的放電屬于碰撞電離（湯姆遜放電）。由于大部分正離子要向負(fù)電極移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)（只有少數(shù)被負(fù)離子中和而消失），故放電波尾較長(zhǎng)。2.4.2 表面局

29、部放電沿介質(zhì)表面的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到其擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生的局部放電稱為表面局部放電。這主要存在于不均勻電場(chǎng)中（電極邊緣處），如圖2.6(a)，電場(chǎng)可以分解為具有平行于介質(zhì)表面的電場(chǎng)分量 Ea 和垂直于介質(zhì)表面的電場(chǎng)分量Eb；又因介質(zhì)的沿面擊穿電壓遠(yuǎn)低于介質(zhì)內(nèi)部的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，因此，電極邊緣具有較高的Ea 分量時(shí)，沿介質(zhì)表面就會(huì)發(fā)生局部放電。圖2.6(b) 為沿介質(zhì)表面發(fā)生滑閃放電時(shí)電極邊緣處介質(zhì)的等值電路。圖中各參數(shù)分別定義為：（ 1） C1= 1/d，為介質(zhì)表面單位長(zhǎng)度下，單位面積相對(duì)于下部電極的等值電容；（ 2） C2=k 2，為介質(zhì)表面相鄰單位面積之間的等值電容；（ 3） R1= vd，為介質(zhì)柱體的電

30、阻，v 為介質(zhì)等值體積電阻率，柱體高度即為d，柱端19.面積為單位面積；（4） R2=ss為為介質(zhì)表面電阻率；，為介質(zhì)表面相鄰單位面積之間的等值電阻，（ 5）1、2 分別為絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)及周圍物質(zhì)的介電常數(shù)。+a1C2C2C2C2Eaa1R2R2R2R2dEbEC1C1C1C1R1R1R1R1-a2a2xl(a)電場(chǎng)分布示意圖(b) 電極邊緣處介質(zhì)的等值電路圖 2.6電極邊緣處電場(chǎng)分布及介質(zhì)等值電路以下按圖2.6 (b) 的鏈?zhǔn)降戎惦娐穪矸治鼋橘|(zhì)表面局部放電。一、表面局部放電起始放電電壓ui 及平均場(chǎng)強(qiáng)Ei根據(jù)圖 2.6(b) 的等值電路，以電極a1 的邊緣作為坐標(biāo)原點(diǎn)O，沿電極表面介質(zhì)的

31、長(zhǎng)度為l。 a1、a2 間施加交流電壓U ，距 O 點(diǎn) x 處的電壓為 U x ，則U Xsh (lx)（ 2.24）sh(Ul )式中( 1jC1)/(1j C 2 ) 。沿 介質(zhì)表面的電場(chǎng)強(qiáng)度為R1R2EXdU xch (lx) U（ 2.25）dxsh( l )在 x=0 ，即電極 a1的邊緣處場(chǎng)強(qiáng)最大，E X maxch (l )U cth ( l )（ 2.26）sh(U 0l )當(dāng) E X max 達(dá)到介質(zhì)的表面擊穿場(chǎng)強(qiáng)E0 時(shí)，電極邊緣介質(zhì)表面發(fā)生局部放電，則表面局部放電的起始電壓U i 為U iE 0 th ( l )（ 2.27）對(duì)工業(yè)電介質(zhì)而言，工頻下， R1 可以忽略不計(jì)

32、；如果介質(zhì)周圍物質(zhì)的電阻率很高，其表面電阻率 s 很大（ s >10 12· m），工頻下， R2 也可以忽略不計(jì)，則(11C11（ 2.28）j C1 ) /(j C2 )C2dk 2R1R2通常 l 足夠長(zhǎng)， th(l) 1，因而式 (2.27) 可簡(jiǎn)化為dk2（ 2.29）U i E01則'.第 2 章局部放電基本特性dk 2uiE01當(dāng) s 1012· m 時(shí)（用工業(yè)液體電介質(zhì)浸漬的絕緣都是如此）j C1j R2 C1js1(1 j )1dR2U i (1i )E0d2s1則（ 2.30），可近似忽略 C2，則s1（ 2.31）2d（ 2.32）duiE0（ 2.33）s1由（ 2.30） 、（ 2.33）可見，表面局部放電的起始電壓ui 與介質(zhì)厚度有關(guān)，可用下式表達(dá)為uiB dBd 0.5（ 2.34）式中 B 為與介質(zhì)的形狀、尺寸、材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。表面局部放電的平均起始場(chǎng)強(qiáng)為