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局部放电试验
局部放电试验
第一节 局部放电特性及原理
一、局部放电测试目的及意义 局部放电：是指设备绝缘系统中部分被击穿的电气放电， 局部放电 ： 是指设备绝缘系统中部分被击穿的电气放电 ， 这种放电可以发生在导体(电极)附近， 这种放电可以发生在导体 ( 电极 ) 附近 ， 也可发生在其它 位置。 位置。 局部放电的种类： 局部放电的种类： 绝缘材料内部放电（固体-空穴 液体-气泡 空穴； 气泡） ①绝缘材料内部放电（固体 空穴；液体 气泡）； 表面放电； ②表面放电； 高压电极尖端放电。 ③高压电极尖端放电。 局部放电的产生： 局部放电的产生 ： 设备绝缘内部存在弱点或生产过程中 造成的缺陷， 造成的缺陷 ， 在高压电场作用下发生重复击穿和熄灭现 象-局部放电。 局部放电。 局部放电
局部放电的特点： 局部放电的特点： 放电能量很小， ① 放电能量很小 ， 短时间内存在不影响电气设备的绝缘 强度； 强度； 对绝缘的危害是逐渐加大的，它的发展需要一定时间②对绝缘的危害是逐渐加大的，它的发展需要一定时间 累计效应-缺陷扩大 绝缘击穿。 缺陷扩大-绝缘击穿 累计效应 缺陷扩大 绝缘击穿。 对绝缘系统寿命的评估分散性很大。 发展时间、 ③ 对绝缘系统寿命的评估分散性很大 。 发展时间 、 局放 种类、产生位置、绝缘种类等有关。 种类、产生位置、绝缘种类等有关。 局部放电试验属非破坏试验。不会造成绝缘损伤。 ④局部放电试验属非破坏试验。不会造成绝缘损伤。 局部放电测试的目的和意义： 局部放电测试的目的和意义： 确定试品是否存在放电及放电是否超标,确定局部放电起 确定试品是否存在放电及放电是否超标 确定局部放电起 始和熄灭电压。 始和熄灭电压 。 发现其它绝缘试验不能检查出来的绝缘 局部隐形缺陷及故障。 局部隐形缺陷及故障。
局部放电主要参量： 局部放电主要参量： 局部放电的视在电荷q： ①局部放电的视在电荷 ： 电荷瞬时注入试品两端时,试品两端电压的瞬时变化量与 电荷瞬时注入试品两端时 试品两端电压的瞬时变化量与 试品局部放电本身所引起的电压瞬变量相等的电荷量,一 试品局部放电本身所引起的电压瞬变量相等的电荷量 一 般用pC(皮库 表示。 皮库)表示 般用 皮库 表示。 ②局部放电试验电压： 局部放电试验电压： 按相关规定施加的局部放电试验电压， 按相关规定施加的局部放电试验电压 ， 在此电压下局部 放电量不应超过规定的局部放电量值。 放电量不应超过规定的局部放电量值。 规定的局部放电量值： ③规定的局部放电量值： 在规定的电压下，对给定的试品， 在规定的电压下 ， 对给定的试品， 在规程或规范中规定 的局部放电参量的数值。 的局部放电参量的数值。
④局部放电起始电压Ui： 局部放电起始电压 ： 试品两端出现局部放电时，施加在试品两端的电压值。 试品两端出现局部放电时，施加在试品两端的电压值。 局部放电熄灭电压Ui: ⑤局部放电熄灭电压 试品两端局部放电消失时 的电压值。 的电压值。（理论上比起始电 压低一半， 压低一半，但实际上要低很多 5%-20%甚至更低） 甚至更低） 甚至更低
二、局部放电机理： 局部放电机理： 内部放电：绝缘材料中含有气隙、油隙、杂质等， 内部放电：绝缘材料中含有气隙、油隙、杂质等，在电场 的作用下会出现介质内部或介质与电极之间的放电。 的作用下会出现介质内部或介质与电极之间的放电。等效 原理图： 原理图：
Ug
Cg Ca Cb
Ua
Cg: 空穴电容 Ca：介质其余部分电容 ： Cb：与空穴串联部分的电容 ： Ua：外施电压 ：
Ua Ug Cg放电 局部放电 放电的产生与介质内部电 放电 场分布有关，空穴与介质完好部分电压分布关系如下： 场分布有关，空穴与介质完好部分电压分布关系如下： 介质总电容: 介质总电容
C
X
= Ca +
C gC b Cg + Cb
g
设空穴与其串联部分介质的总电容Cn: 设空穴与其串联部分介质的总电容
C
n
=
C C
g
C
b b
+ C
因为介质电容充电电荷q=UC C=εS/d 因为介质电容充电电荷 Eg:空穴电场强度 εg:空穴介电常数 空穴电场强度 空穴介电常数 Eb:与空穴串联部分电场强度 与空穴串联部分电场强度 εb: 与空穴串联部分介电常数 Ug=qn/Cg 设qn为空穴充电电荷 空穴电场强度Eg= Ug/dg=q/dgCg 空穴电场强度
Cg Cb Ua U aε b Eg = ⋅ = d g Cg Cg + Cb ε g d b + ε bd g
dg:空穴距离 空穴距离 介质中平均场强
db:串联部分完好介质厚度 串联部分完好介质厚度
Eav
Ua = ( dg + db )
Eg Eav
=
ε ε
b g
E
g
ε = ε
b g
Eav
εg=1空穴大多为空气 εb>1 所以空穴的 高于完好介质 空穴大多为空气 所以空穴的E高于完好介质 高于完好介质, 同时，完好介质的临界场强远高于空气，如环氧树脂 Ec=200-300(kV/cm),而空气为 而空气为25-30(kV/cm)， 当外 而空气为 ， 施电压达一定值时空穴首先击穿,其它介质完好 其它介质完好,形成局部放 施电压达一定值时空穴首先击穿 其它介质完好 形成局部放 电。 局部放电脉冲: ug 空穴击穿 uc ur 放电 局部放电脉冲 ua uc uc重新建立 ug空穴击穿 熄灭 uc重新建立 ug空穴击穿 连续放电 由于放电时空 穴电压下降时间很短约10 相当一脉冲波 相当一脉冲波。 穴电压下降时间很短约 -7s相当一脉冲波。 内部放电总是出现在电源的 三象限， 一、三象限，脉冲次数随着 外施电压的上升而增多， 外施电压的上升而增多，放 电波形大多比较对称且较密， 电波形大多比较对称且较密， 一般呈线性关系。 一般呈线性关系。
2.表面放电： 表面放电： 表面放电 由于在套管法兰、 由于在套管法兰 、 电缆终端及导体与介质弯角处产生 一平行表面的场强分量，当场强较高时会产生表面放电。 一平行表面的场强分量，当场强较高时会产生表面放电。
Ed
Er
放电波形与电极形状有关，放电波形一般不对称且较稀。 放电波形与电极形状有关，放电波形一般不对称且较稀。
3. 电晕放电：在电场极不均匀的情 电晕放电： 况下， 况下，导体表面的电场强度达到附 近气体的击穿场强发生的放电。 近气体的击穿场强发生的放电。电 晕放电大多发生在电极边缘、 晕放电大多发生在电极边缘、导体 尖端周围， 尖端周围，电晕放电一般发生在负 半周。 半周。
三、放电量与各参数间的关系 一个脉冲真实放电量q ， 、 等参数在实际试品中 一个脉冲真实放电量 r，Ug、Ur等参数在实际试品中 是不可知的，同时绝缘缺陷各不相同， 是不可知的 ， 同时绝缘缺陷各不相同 ， 故真实放电量 是不可以直接测量的。 是不可以直接测量的。 局部放电将引起绝缘上所施加电压的变化,产生一个 局部放电将引起绝缘上所施加电压的变化 产生一个 ∆U,同时也引起绝缘介质中电荷 的转移 我们称之为视 同时也引起绝缘介质中电荷q的转移 同时也引起绝缘介质中电荷 的转移,我们称之为视 在放电量。 在放电量。
第二节 局部放电测量方法 局部放电会产生各种物理、化学变化， 局部放电会产生各种物理、化学变化，如发生 电荷转移交换，发射电磁波、声波、发热、 电荷转移交换，发射电磁波、声波、发热、发 产生分解物等， 光、产生分解物等，所以有很多测量局部放电 的方法，一般分为电测法和非电测法。 的方法，一般分为电测法和非电测法。 一、超声波局部放电测量原理 超声波是一种振荡频率高于20kHz的声波，超 的声波， 超声波是一种振荡频率高于 的声波 声波的波长较短，可以在气体、 声波的波长较短，可以在气体、液体和固体等 媒介中传播，传播的方向性较强、 媒介中传播，传播的方向性较强、故能量较集 中，因此通过超声波测试技术可以测定局部放 电的位置和放电程度。 电的位置和放电程度。
超声波局部放电测量特点： 超声波局部放电测量特点： 1. 可以较准确的测定局部放电的位置。 可以较准确的测定局部放电的位置。 2. 测量简便。可在被测设备外壳任意安装传感器。 测量简便。可在被测设备外壳任意安装传感器。 3. 不受电源信号的干扰。 不受电源信号的干扰。 4. 测试灵敏度低，不能直接定量。 测试灵敏度低， 一、 超声波传感器的原理及应用 1. 超声波传感器的原理 压电效应 超声波传感器的原理:压电效应 单片陶瓷振动子 f∝t/r2 ∝ t: 振动子厚度 r：振动子半径 ： 采用密封结构传感器 根据不同的尺寸作成不同频率的 传感器 。
局部放电超声测量
压 电 超 声 传 感 器 阻 抗 变 换 前 置 放 大 滤 波 放 大 器 数字 局部 放电 测试 仪
75Ω同轴电缆 同轴电缆
电测法与超声法联合测量 以电信号为时间零点测量与超声 信 号 的 时 间 差 ∆t 计 算 出 放 电 点 与 传 感 器 的 距 离 s=v∆t v=1.42mm/µs（油中） （油中） 1. 其他非电检测方法 ①光检测法 透明介质 电缆芯 水介质 光电倍增管观察 ②热检测法 严重放电 局部热效应 热电偶 测温升 ③放电产物分析法 分解气体 分析化学生成物 推断放程 度
第三节 脉冲电流测量原理及方法 局部放电电测法： 无线电干扰测量法 无线电干扰测量法RIV：直接耦合或 局部放电电测法：1.无线电干扰测量法 ： 天线 RIV表 读取 表 读取µv 不能直接读取放电量 2.放电能量法：放电有能量损耗 测量一个周期的放电能量 放电能量法： 放电能量法 3.脉冲电流法。IEC通用方法，直接通过检测回路测量电压 脉冲电流法。 通用方法， 脉冲电流法 通用方法 脉冲，灵敏度最高。 脉冲，灵敏度最高。 一、 脉冲电流测量法仪器及接线 测量仪器主要有脉冲显示仪和数字分析仪。 测量仪器主要有脉冲显示仪和数字分析仪。 1.测试接线： 测试接线： 测试接线
并联法试品一端接地， 并联法试品一端接地， 检测阻抗容量可较小。 检测阻抗容量可较小。
a并联法 并联法
试品一端可以不接地的 采用串联法。
b串联法 串联法
c平衡法 平衡法
平衡法： 将两台电容量相差不大的试品， 平衡法 ： 将两台电容量相差不大的试品 ， 相互作为耦合电 容并平衡抑制干扰。灵敏度略低于直测法。 容并平衡抑制干扰。灵敏度略低于直测法。 仪器测得的信号Uf=Ua-Ub 仪器测得的信号
检测阻抗： 检测阻抗： 测量阻抗是一个四端网络的元件， 测量阻抗Zm。测量阻抗是一个四端网络的元件，它可以是 电阻R 或电感L的单一元件，也可以是电阻电容并联或电阻 的单一元件， 电路，也可以由电阻、电感、 电感并联的RC 和RL 电路，也可以由电阻、电感、电容组 调谐回路。 成RLC 调谐回路。 调谐回路的频率特性应与测量仪器的工作频率相匹配。 调谐回路的频率特性应与测量仪器的工作频率相匹配。测 量阻抗应具有阻止试验电源频率进入仪器的频率响应。 量阻抗应具有阻止试验电源频率进入仪器的频率响应。连 接测量阻抗和测量仪器中的放大单元的连线， 接测量阻抗和测量仪器中的放大单元的连线，通常为单屏 蔽同轴电缆。 蔽同轴电缆 RC型频带宽、噪声大 试品电流大时阻抗上有工频分量。 型频带宽、 型频带宽 噪声大,试品电流大时阻抗上有工频分量 RCL型对工频呈低阻抗 ， 对放电脉冲检测灵敏度较高 ， 频 型对工频呈低阻抗， 型对工频呈低阻抗 对放电脉冲检测灵敏度较高， 带较窄，噪声水平较低。 型应用普遍。 带较窄，噪声水平较低。RCL型应用普遍。 型应用普遍
等效回路的校正： 在试品两端主入已知电荷量， 一 、 等效回路的校正 ： 在试品两端主入已知电荷量 ， 得到 需要的视在放电量， 测量比较试品放电量之间的换算系数。 需要的视在放电量 ， 测量比较试品放电量之间的换算系数 。
1.校正方法：注入q0=UN.Cq 校正方法：注入 校正方法 试 品 的 电 容 Cx 为 已 知 ， Cx 两 端 的 电 荷 ： q0=UN CxCq/Cx+Cq Cq<< Cx 所以 所以q0≈UN.Cq 一般 为固定值， 一般Cq为固定值 为固定值， 调节U 得到不同的q0值 不论采用何种接线， 调节 N得到不同的 值 。不论采用何种接线， 校准信号必 须从试品两端注入。 须从试品两端注入。 如采用示波器观察脉冲， 应先调节宽带放大器的增益， 如采用示波器观察脉冲 ， 应先调节宽带放大器的增益 ， 得到一个高度为L0mm的脉冲，然后计算单位刻度的放电量 的脉冲， 得到一个高度为 的脉冲 q0/ L 0， 此时 ， 此时L0= q0。 试品册得的视在放电量 。 试品册得的视在放电量q= UN.Cq （L/ L0）若放大器变档则： ）若放大器变档则： q= UN.Cq（L/ L0）×10(N1-N2) 示波器读数 （ ） L:测量信号高度 ；L0：校正信号高度 N1:测量档位 N2:校 测量信号高度 ： 测量档位 校 正档位