电缆局部放电试验学习资料

电缆局部放电试验学习资料保定华电电气有限公司电缆局部放电试验学习资料目录一、电工原理的有关基本概念1.什么叫交流电?2.什么叫正弦电流和电压及其有效值?3.放电脉冲信号基本特征4.什么叫容抗、感抗?5.什么叫电场强度、击穿场强?二、局部放电的基本概念1. 什么叫局部放电2. 局部放电的基本名词概念3. 局部放电出现的部位4. 局部放电产生的危害5. 局部放电产生的过程三、局部放电测试方法1．局部放电测试原理2. 局部放电测试设备3．局部放电测量步骤4．产品标准对局部放电考核指标要求的变化5. 典型的放电谱图一、电工原理的有关基本概念 1.什么叫交流电?在实际电路中（如仪器设备的工作回路、电力传输线路）电流、电压都随着时间而变动，有时不仅大小随时间在变动，而且方向也可能不断反复交替地变动着。

工程上所常遇到的变动电流，其方向和大小均随时间作周期性变化，这种电流称为周期电流。

图1中的曲线就表示一种周期电流，通常把这种曲线称为波形。

图1：周期电流i 的波形周期电流经过一定时间T ，电流的变动就完成一个循环，故T 称为周期；周期以秒（s ）为单位。

单位时间内电流变动所完成的循环（或周期）数称为频率，用字母f 表示。

根据这个定义，频率恰好是周期的倒数，即Tf 1频率的单位为1/秒，又称为赫兹（Hz ）,简称赫。

大小和方向都随时间变动，而在一定周期内平均值等于零的周期电流称为交变电流，简称交流。

当然如果上述是电压波形时我们称为交变电压，也简称交流电。

变动电流或电压在任何一个时刻的值叫它们的瞬时值，瞬时值是时间的函数。

在交流电路中，欧姆定律仍然适用。

2.什么叫正弦电流和电压及其有效值?电力工程中所用的交变电流和电压是按照正弦规律变动的，换句话説，这些交变量是时间的正弦函数，波形如图2。

例如交变电流的数学表达式为：i=I m sin(ωt+ψ) 式中i 是电流的瞬时值。

图2：正弦波形周期电流、电压的瞬时值都随时间而变，计算时很不方便。

因此，在实际进行计算时，常用一个称为有效值的量。

以周期电流i 为例，它的有效值（用大写字母I 来表示）定义为：mm T I I dt i T I 707.02102===⎰ 周期性变动量的有效值等于它的瞬时值的平方在一个周期内的平均值再取平方根，因此有效值又称为方均根值。

在工程上一般所説正弦电压、电流的大小都是指有效值来説的。

例如照明所用的交流电压是220V ，是指有效值来説的。

交流测量仪表上所指示的电压、电流都是有效值；交流电气设备名牌上的额定电压、额定电流也是指有效值。

3.放电脉冲信号基本特征当高压电气设备中绝缘体内（如电缆绝缘内部）或高压导体附近在高电压作用下，如果存在缺陷，在缺陷处出现局部放电，也就是在缺陷处会有瞬时的微小电压变化，那么在电气回路中会出现微小的脉冲信号（电压或电流），此脉冲信号叫放电脉冲信号。

放电脉冲信号的特点：放电信号的频谱非常宽，大约从数百Hz 到数百MHz 。

放电信号波形很陡、很尖。

一般情况下认为当电缆绝缘体内局部区域的电场强度到达击穿场强时，该区域就发生放电。

所谓的局部区一般是指类似于气泡、微孔、气隙和不同介质的界面等，在放电理论中都用气体放电的机理去分析，气体放电机理分为电子碰撞电离理论和流注理论。

在大气中当电极的距离比较大、气压比较高时或绝缘体的表面电阻很高、放电产生的空间电荷累积在气隙两端的介质表面上，使电场集中从而可能产生流注放电，放电波形图（见下图3a）；在绝缘内部的气隙，一般都是很薄的，通常都是电子碰撞电离放电，放电波形图（见下图3b）。

图3：气体放电波形图a)流注放电 b)电子碰撞电离放电从图中我们可以看出无论是流注放电还是电子碰撞电离放电，其放电脉冲的上升时间都小于100 ns。

4.什么叫容抗、感抗?大家知道在对任何无源电器设备电气参数进行分析时都可以看成电阻、电容和电感的串、并联形式，例如电力电缆。

当然有时为了分析简单起见，把电器设备中参数比较小的部分忽略，例如电力电缆认为是电容性负载，变压器认为是电感性负载。

所谓电容器是存放电荷的容器，如果一个容器二端的电压是u,所带的电荷为q，那么该容器的电容为：uq C =当然实际电容器中它的介质中往往会产生一定的损耗以及有一定绝缘电阻，所以在交流电压使用下会产生一定漏电流，例如电缆在施加一定的电压情况下，会产生一定的泄露电流。

因此电容器也是一个负载元件，既然是负载元件，就有阻抗。

对于电容器负载来讲，其阻抗就叫容抗。

容抗的大小fCC X c πω211==, I=2πfCU 上式中f 为交流电的频率，C 为电容器的电容。

当交流电的频率越高或电容器的电容越大时，其容抗就越小。

同样我们也可以説明电感元件的阻抗，叫感抗。

感抗的大小fL L X l πω2==上式中f 为交流电的频率，L 为电感元件的电感。

当交流电的频率越高或电感器的电感越大时，其感抗就越大。

在电路中如果既有电容器又有电感器，如图4所示，例如我们在进行局部放电试验时，在试验回路中被试电缆是电容器，变压器是电感器。

图4： 串联谐振原理图由于在交变电压作用下，电容器与电感器上的电流方向刚好相反，所以在此回路中容抗和感抗是相互抵消的，这就是串联或并联谐振的原理。

当电路中c l X X =时，回路发生谐振。

fL X fC X l c ππ221=== LCf 12==ωπ5.什么叫电场强度、击穿场强?所谓电场强度是指绝缘结构单位距离上所承受的电压。

而击穿场强是指绝缘结构所承受的最大电场强度。

绝缘材料在一定电场强度范围内电压和电流的关系符合欧姆定律，但当电场强度超过一极限值时，通过介质的电流与施加与介质的电压关系就不符合欧姆定律，而突然猛增，如图5所示，这时绝缘材料被破坏而失去了绝缘性能，这种现象称为介质的击穿。

发生击穿时的电压称为击穿电压。

对于绝缘材料通常是以平均击穿场强E B 来表徵绝缘强度 。

)/(m V dU E g g =式中：U B -击穿电压（V ）； d-击穿处绝缘厚度，（m ）。

击穿场强是绝缘材料的基本电性能参数之一。

如果一根电缆其绝缘发生了击穿，它就去了运行功能。

图5：电流与电压的关系平时进行电线电缆耐电压试验，与上述的击穿强度试验有所区别，耐电压试验在某种意义上讲是非破坏性的，而击穿强度试验是破坏性。

上述击穿场强计算公式是表徵绝缘材料的计算公式，而对于电缆产品来说，可以用下列公式计算电缆的击穿强度(仅对圆形线芯)。

)/()/ln(m V R R R U E Cc gg =式中：U B - 击穿电压（V ）；R C –导体半径，（m ）；R –绝缘线芯半径，（m ）。

局部放电的产生实际是绝缘结构中某部位（例如电缆绝缘内的缺陷）出现局部击穿，也就是説在外加电压逐步提高的时候，该部位的电场强度到达了击穿场强的数值。

二、局部放电的基本概念 1. 什么叫局部放电在电场作用下，绝缘体中部分区域发生放电短路的现象称为局部放电，但在电极之间不形成通道。

2. 局部放电的基本名词概念起始放电电压：当外加电压逐渐上升，达到能观察到局部放电时的最低电压，即为起始放电电压。

并以有效值U i 来表示。

这里讲的能观察到的局部放电，取决于系统的测试灵敏度。

几种典型绝缘结构的放电起始电压，可以大致估算如下：平板电容器中，固体介质内含有偏平小气泡时，如图6，起始放电电压：()[])(1kV d E U r rCBi δεε-+= E CB —气隙的击穿场强（kV /mm ）; εr —固体介质的相对介电常数； d —介质的厚度（mm ）；δ—气泡的厚度（mm ）。

图6: 固体介质内含有偏平小气泡示意图 在平板电容器中，若固体介质内含有球形气泡时，起始放电电压：())(312kV d E U r r CB i ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=εεδ 对于圆柱体绝缘结构，含有与圆柱体导体圆轴同一弧形的薄层气泡时（如图7），起始放电电压：)(1ln 111ln 112kV r r r r E U r r CB i ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=δεε图7：固体介质内含有球形气泡示意图熄灭电压：当外加电压逐渐降低到观察不到局部放电时，外加电压的最高值就是放电熄灭电压，并以有效值U e 来表示。

这里讲的观察不到局部放电，取决于系统的测试灵敏度。

视在放电电荷（q a ）:在绝缘体中发生局部放电时绝缘体上施加电压的两端出现的脉动电荷称之为视在放电电荷。

视在放电电荷的大小是这样测定的：将模拟实际放电的瞬变已知电荷注入试品的两端（施加电压的两端），在此两端出现的脉冲电压与局部放电时产生的脉冲电压相同，则注入的电荷量即为视在放电电荷量。

单位用皮库（pC ）表示，在一个试品中可能出现大小不同的视在放电电荷，通常以稳定出现的最大的视在放电电荷作为该试品的放电量。

视在放电电荷（q a ）与实际放电电荷(q c )的关系： 可以通过等效电路推导两者之间的关系c cb ba q C C C q ⨯+=由此可见，视在放电电荷总比实际放电电荷小。

在实际产品测量中，有时放电电荷只有实际放电电荷的几分之一甚至几十分之一。

放电重复率N:在测量时间内，每秒钟出现放电次数的平均值称为放电重复率，单位为次/秒。

实际上受到测试系统灵敏度和分辨率能力所限，测得的放电次数只能是视在放电电荷大于一定值时放电间隔时间足够大的放电脉冲数。

3. 局部放电出现的部位按照局部放电的位置分类，大致有三种形式。

如图8所示。

图8(a)-电极尖端附近的空气隙中发生局部放电，其余绝大部分气体仍然保持绝缘状态，这种绝缘结构以气体介质为主，例如高压架空线和针尖对平版间的电晕放电等。

图8(b)-电极与介质之间层状气隙中发生的放电，电极下气隙击穿后，全部电压加在其余介质上。

图8 ：局部放电的几种形式图8 (c)-介质内部存在的气隙或气泡放电，它不直接发生击穿，是各种绝缘结构中广泛出现的局部放电状况。

例如电缆导体屏蔽与绝缘的交界面、导体（电极）的边缘（毛刺）或绝缘内部气隙。

4. 局部放电产生的危害局部放电是绝缘介质中的一种强场效应，它在电介质现象和电气绝缘领域均有重要意义。

通常介质在局部放电的作用下能引起电气性能的老化（电老化）和击穿，它对绝缘的严重影响是不容忽视的。

大致有以下几方面的作用：第一，电的作用，亦既带电粒子（电子、离子等）的直接轰击作用。

空气中的局部放电从放电形式看属于流柱状的高压辉光放电，其中产生大量的带电粒子，在这些粒子的轰击下，对于固体介质来说，这些粒子在电场作用下加速运动轰击介质表面，使介质发生老化。

由于加速运动的电子之轰击作用能使高分子固体介质的分子主键断裂而分解成低分子，同时又使介质温度升高发生热降解外，还在介质表面形成凹坑且不断加深，最后导致介质击穿。