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局放,、電壓擊穿、絕緣強(qiáng)度、介電常數(shù)有哪些關(guān)聯(lián)
閱讀：975發(fā)布時間：2024-3-29
高壓設(shè)備絕緣內(nèi)部不可避免地存在著一些氣泡,、空隙,、雜質(zhì)和污穢等缺陷,。這些缺陷有些是在制造過程中未去凈的,，有些是在運(yùn)行過程中由于絕緣介質(zhì)的老化、分解而產(chǎn)生的,。在運(yùn)行中這些缺陷會逐漸發(fā)展,。在強(qiáng)電場作用下，當(dāng)這些氣隙,、氣泡或局部固體絕緣表面上的場強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值時,，有缺陷處就可能產(chǎn)生局部放電。
局部放電并不立即形成貫穿性的通道,，而僅僅分散地發(fā)生在極微小的局部空間內(nèi),，故在當(dāng)時它幾乎并不影響整個介質(zhì)的電壓擊穿。但是,，局部放電所產(chǎn)生的電子,、離子在電場作用下運(yùn)動，撞擊氣隙表面的絕緣材料,，會使電介質(zhì)逐漸分解,、破壞,。放電產(chǎn)生的導(dǎo)電性和活性氣體會氧化、腐蝕介質(zhì),。同時,，局部放電使該處的局部電場畸變加劇，進(jìn)一步加劇了局部放電的強(qiáng)度,。局部放電處也可能產(chǎn)生局部的高溫,，使絕緣產(chǎn)生不可恢復(fù)的損傷(脆化、炭化等),，這些損傷在長期的運(yùn)行中繼續(xù)不斷擴(kuò)大,，加速了介質(zhì)的老化和破壞,，發(fā)展到一定程度時,，有可能導(dǎo)致整個絕緣在工作電壓下發(fā)生擊穿或沿面閃絡(luò)，故測定絕緣在不同電壓下局部放電強(qiáng)度的規(guī)律能顯示絕緣的情況,。它是一種判斷絕緣在長期運(yùn)行中性能好壞的較好的方法,。
一、測量原理
圖3-9是局部放電的等值電路圖,。圖中C0為氣泡的電容,，C1為與氣泡串聯(lián)的絕緣部分的電容，C2為完好絕緣部分的電容,，Z為相應(yīng)于氣隙放電脈沖頻率的電源阻抗,，F(xiàn)表示放電間隙。當(dāng)絕緣介質(zhì)中有氣泡時,，由于氣體的介電常數(shù)比固體介質(zhì)的介電常數(shù)小,，氣泡中的電場強(qiáng)度比固休介質(zhì)中的電場強(qiáng)度大，而氣體的絕緣強(qiáng)度又比固體介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度低,，故當(dāng)外加電壓達(dá)一定值時,，氣泡中首先開始放電。圖3-9(a)是介質(zhì)中有氣泡時的情況,，圖3-9(b)是它的等值電路,。當(dāng)電源電壓瞬時上升到某一數(shù)值UT時，間隙F上的電壓為
,，假定這時恰好能引起間隙F放電,。放電時，放電產(chǎn)生的空間電荷建立反電場,，使C0上的電壓急劇下降到剩余電壓Us時,，放電就此熄滅。氣隙恢復(fù)絕緣性能,。由于外加電壓U還在上升,，使氣隙上的電壓又隨之充電達(dá)到氣隙的電壓擊穿UF時,，氣隙又開始第二次放電，此時的電壓,、電流波形如圖3-10所示,。這樣，由于充放電使局部放電重復(fù)進(jìn)行,，就在電路中產(chǎn)生脈沖電流,。C0放電時，其放電電荷量為
式中 qs——真實(shí)放電量,，但因C0,、C1等實(shí)際上無法測定，因此qs也無法測得,。
由于氣隙放電引起的電壓變動（UF-US）將按反比分配在C1,、C2上（從氣隙兩端看，C1,、C2是相串聯(lián)的）,，故在C2上的電壓變動?U應(yīng)為
這就是說，當(dāng)氣隙放電時,，試品兩端電壓也突然下降?U,，相應(yīng)于試品放掉電荷
式中 q——視在放電量。
q雖然可以由電源加以補(bǔ)充,，但必須通過電源側(cè)的阻抗,，因此，?U及q值是可以測量到的,。通常將q作為度量局部放電強(qiáng)度的參數(shù),。比較式(3-11)及式(3-12)可得
即視在放電量比真實(shí)放電量小得多。
二,、測量回路
當(dāng)電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部發(fā)生局部放電時,，將伴隨著出現(xiàn)許多現(xiàn)象，有些屬于電現(xiàn)象,，如電脈沖,、介質(zhì)損耗的增大和電磁波輻射等；有些屬于非電的現(xiàn)象,，如光,、熱、噪聲,、氣體壓力的變化和化學(xué)變化等,。可以利用這些現(xiàn)象來判斷和檢測是否存在局部放電,。因此,，檢測局部放電的方法也可以分為電和非電兩類,，但在大多數(shù)情況下，非電的測試方法都不夠靈敏,，多半屬于定性的,，即只能判斷是否存在局部放電，而不能借以進(jìn)行定量的分析,，而且有些非電的測試必須打開設(shè)備才能進(jìn)行,，很不方便。目前得到廣泛應(yīng)用而且比較成功的方法是電的方法,，即測量絕緣中的氣隙發(fā)生放電時的電脈沖,，它是將被試品兩端的電壓突變轉(zhuǎn)化為檢測回路中的脈沖電流，利用它不僅可以判斷局部放電的有無,，還可測定放電的強(qiáng)弱,。
前面已經(jīng)指出，當(dāng)試品中的氣隙放電時,，相當(dāng)于試品失去電荷(視在放電量)q,，并使其端電壓突然下降?U,，這個一般只有微伏級的電壓脈沖疊加在數(shù)量級為千伏的外施電壓上,。局部放電測試設(shè)備的工作原理就是把這種電壓脈沖檢測反映出來。圖3-11是目前國際上推薦的三種測量局部放電的基本回路,。
圖3-11 (a)及(b)電路的目的都是要把一定電壓作用下被試品CX中由于局部放電產(chǎn)生的脈沖電流作用到檢測用的阻抗Zm上,，然后將Zm上的電壓經(jīng)放大器A放大后送到測量儀器M中去，根據(jù)Zm上的電壓,，可推算出局部放電視在放電量q,。
為了達(dá)到上述目的，首先想到的是將測量阻抗Zm直接串聯(lián)接在被試品CX低壓端與地之間,，如圖3-11(b)所示的串聯(lián)測量回路,。由于變壓器繞組對高頻脈沖具有很大的感抗，阻塞高頻脈沖電流的流通,，所以必須另加耦合電容器CK形成低阻抗的通道,。
為了防止電源噪聲流入測量回路以及被試品局部放電脈沖電流流到電源去，在電源與測量回路間接入一個低通濾波器Z,，它可以讓工頻電壓作用到被試品上,，但阻止被測的高頻脈沖或電源的高頻成分通過。
測量時,，圖3-11(b)的串聯(lián)測量電路中,，被試品的低壓端必須與地絕緣，故不適用于現(xiàn)場試驗,。為此,，可將圖3-11(b)中的CX與CK的位置相互對調(diào),，組成圖3-11(a)所示的并聯(lián)測量電路，Zm與被試品CX并聯(lián),。不難看出,，兩者對高頻脈沖電流的回路是相同的，都是串聯(lián)地流經(jīng)CX,、CK與Zm三個元件,，在理論上兩者的靈敏度也是相等的，但并聯(lián)測試電路可適用于被試品一端接地的情況,，在實(shí)際測量中使用較多,。
直接法測量的缺點(diǎn)是抗干擾性能較差。為了提高抗外來干擾的能力,，可以采用圖3-11(c)所示的橋式測量回路(又稱平衡測量回路,，簡稱平衡法)。被試品CX及耦合電容器CK的低壓端與地之間,，測量儀器測量Zm和Z?m,。上的電壓差。因為電源及外部干擾在Zm及Z?m上產(chǎn)生的信號基本上可以互相抵消,，故此回路抗外部干擾的性能良好,。
所有上述回路，都希望阻抗Z及耦合電容器CK本身在試驗電壓下不發(fā)生局部放電,，一般情況下,，希望電容CK的值不小于CX，以增加Zm上的信號,，同時Zm的值應(yīng)小于Z,，使得在局部放電時，CK與CX之間能較快的轉(zhuǎn)換電荷,，但從電源重新充電的過程則較緩慢,。上述兩個過程，使Zm上出現(xiàn)電壓脈沖,，經(jīng)放大后,，用適當(dāng)?shù)膬x器(示波器、脈沖電壓表,、脈沖計數(shù)器)進(jìn)行測量,。為了知道測量儀器上顯示的信號在一定的測量靈敏度下代表多大的放電量，必須對測量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)(常用方波定量法校準(zhǔn)),。
局部放電的另一種測量方法是測tanδ的方法,，測量出tanδ=f(u)的曲線，曲線開始上升的電壓U0即為局部放電起始電壓,，但與上述測量放電脈沖法相比較,，測tanδ的靈敏度較低,，特別是對變電設(shè)備來說，由于測tanδ的QS1型電橋的額定電壓遠(yuǎn)低于設(shè)備的工作電壓,，故測量tanδ通常難以反映絕緣內(nèi)部在工作電壓下的局部放電缺陷,。
局部放電試驗用于測量套管、電機(jī),、變壓器,、電纜等絕緣的裂縫、氣泡等內(nèi)在的局部缺陷(特別是在程度上尚較輕時)是一個比較有效的方法,。經(jīng)過多年來的研究改進(jìn),，此項試驗方法已逐漸趨于成熟，很多制造廠和運(yùn)行廠已將測試局部放電列入試驗的項目,，并取得了較為顯著的成效,。
局部放電試驗用于測量套管、電機(jī),、變壓器,、電纜等絕緣的裂縫、氣泡等內(nèi)在的局部缺陷(特別是在程度上尚較輕時)是一個比較有效的方法,。經(jīng)過多年來的研究改進(jìn),，此項試驗方法已逐漸趨于成熟，很多制造廠和運(yùn)行廠已將測試局部放電列入試驗的項目,，并取得了較為顯著的成效,。
三、注意事項
測量局部放電時,，除了一些高壓試驗的注意事項外，還必須注意：
(1)試驗前,，被試品的絕緣表面應(yīng)當(dāng)清潔干燥,，大型油浸式試品移動后需停放一定時間，試驗時試樣的溫度應(yīng)處于環(huán)境溫度,。
(2)測量時應(yīng)盡量避免外界的干擾源,，有條件時最好用獨(dú)立電源。試驗最好在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行,。
(3)高壓試驗變壓器,、檢測回路和測量儀器二者的地線需連成一體，并應(yīng)單獨(dú)用一根地線,，以保證試驗安全和減少干擾,。高壓引線應(yīng)注意接觸可靠和靜電屏蔽，并遠(yuǎn)離測量線和地線,，以避免假信號引入儀器,，
(4)儀器的輸入單元應(yīng)接近被試品,，與被試品相連的線越短越好，試驗回路盡可能緊湊,，被試品周圍的物體應(yīng)良好接地,。
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