局部放电说明

发布于：2022-04-18 14:53:18 来自：电气工程/输变电工程 [复制转发]

背景

对电力系统进行测量时，局放幅度和速率的测量可能会有很大的变化。系统的性质对结果的解释有很大的不同。一种设备中非常糟糕的东西在另一种设备中可能只是可以接受的。因此，对局放活动的解释必须考虑到所有可能影响结果的因素。最大的影响来自局放活动的详细位置。因此，例如，如果局放起源于两个金属结构之间，其中一个没有接地，那么这对于设备的使用寿命可能是无害的。但是，如果局放起源于绝缘高应力部分的空腔，那么这是非常严重的，必须进行处理以避免故障。因此，主要是局放位点的位置决定了测量的局放活性的“不良”。下88面列出了影响局放测量权重的因素，以供指导。

局放水平指南确实适用于中压系统（通常为 11kV 和 33kV），因为处于较高电压的工厂应无放电运行。电力系统应无排放运行的建议是一个非常好的建议，尽管在实践中由于维护和运营预算有限，这通常不可行。此外，已知高压设备中的某些绝缘类型比下面的其他绝缘类型更能抵抗局放活动（参见绝缘材料）。例如，众所周知，中压电机中的基于云母的绝缘材料能够承受数万甚至数十万皮库仑（10,000 到 100,000pC）的局放活动，这是最具弹性的绝缘材料之一。高压设备对大多数基于聚合物的绝缘具有高弹性，现在具有由 IEC 指南（至少在工厂/型式测试中）设定的标准，其局放水平优于 10pC。很难看出排放量低于这个水平的正确安装的设备会因绝缘失效而失效。所有其他故障模式都可以通过维护程序进行分类，因此目标应该是运行任何新系统无排放（这可以在调试阶段进行测试，以提供“基线，安装时”的局放水平）。

局部放电产生的原因： 局部放电是指在电场作用下发生在绝缘体内局部区域中的放电现象，而绝缘体的整体部分并未发生贯穿性放电，仍然保持绝缘的性能。

在交变电场下，电场强度的分布与介质常数成反比。所以，如果在固体介质内含有气泡时，气泡内的电场强度要比周围介质的高，而气泡的击穿强度比固体低得多，故气泡首先放电，而其他介质仍然保持绝缘性能，这就形成了局部放电。

局部放电的特征：

Cc为气泡的等效电容，Cb是与气泡串联的介质的等效电容，Ca是其他部分介质的等效电容。由于气泡每次放电的时间都是很短的，约为10-8——10-7秒，即放电产生的脉冲频率很高，因此忽略了各部分的等效电阻，只考虑其等效电容。

当气泡放电时，放电便在这一区域产生了空间电荷，并形成了电荷积累，从而出现了一个与外加电场方向相反的内部电压，这就使得气泡放电变成断续的过程，并出现一系列电脉冲。

介质内部气泡的放电在正负两个半周内基本上是相同的的，而且出现在试验电压幅值绝对值上升部分的相位上，电压波过峰值的一段相位上没有出现放电。但是当放电剧烈时，也会扩展到这一段相位上来。

局部放电的危害：

局部放电电离的电子、正负离子在电场的作用下，具有的能量一般都比高聚物的键能大，这些带电质子撞击到气隙壁上，就可能打断绝缘体的化学键；放电点上介质发热可达很高的温度，使绝缘产生热裂解；局部放电过程中生成的许多活性生成物，而腐蚀绝缘体，使之介电性能劣化。

工作电压

随着电压的增加，同样大小的PD变得更加严重。这部分是因为在较大的电压设备中应力趋于增加，部分是因为有更多的电压可用，部分是由于几何形状。粗略的规则可能是对电压电平进行线性加权。因此，33kV 系统中 50pC 的放电比11kV 系统中相同大小的放电造成的破坏性大三倍。同样，这些取决于几何形状、局部放电事件的类型、位置等，但存在粗略的缩放比例。请注意，在传输电压下，局部放电事件在很小的水平上是显着的，并且往往更难以测量。中压（例如 11kV）的测量可能是最容易进行的，因为信噪比往往更小。

放电类型

这些可以是由电介质或金属限定的空腔、表面放电、分层介质中的局部放电、空气中的电晕等。介质腔中的内部局部放电事件往往是最具破坏性的。来自局放事件的子产物保留在腔内。（这些可以是酸、腐蚀性化学物质，或者只是排放气体中的活性元素）。没有通风是可能的，像这样的空腔几乎总是以失败告终。时间尺度是唯一的变量。这里的重要部分是局放事件对周围绝缘造成的损害。

绝缘材料

绝缘材料很关键。因此，带有瓷器和金属部件的旧开关设备几乎是坚不可摧的，除非老鼠窝将瓷绝缘子短路。在这种情况下，局放活动几乎没有影响。对于聚合物、纸、油、沥青等，情况不再如此，劣化速度将取决于绝缘材料劣化的性质。劣化的途径也将取决于材料。例如，在空气绝缘开关设备中，表面放电会破坏材料的疏水性，结果表面会变湿，使电场变形，并导致电痕、腐蚀故障。

热机械变化

负载（即温度）的影响对放电的发展至关重要。温度的变化可能仅仅是因为绝缘材料更热。聚合物（热固性和热塑性塑料）在加热时会变得更软，对局放的抵抗力也会降低。然而，大量浸渍非排水 (MIND) 浸渍纸电缆随着温度的升高而改善，因为蜡基油更容易流入任何腔体。随着组件的膨胀，温度变化会在设备的机械运动中产生很大的变化。终端和连接处的运动就是一个很好的例子。这些移动可以使局放活动发生很大变化，具体取决于它们移动或扭曲了高压区域的哪些部分。

机械运动

显然，高压系统中部件的运动会导致局放出现、增加或减少。分接开关选择器、开关柜断路器手车、接地触头、刀片开关等都可能导致设备发生变化，从而影响局放活动。对于电缆，外部损坏可能是最常见的故障原因。

环境条件

除温度外，还有一些环境条件会影响高压设备的性能。对于空气绝缘开关设备，温度和湿度的影响是局放活动损坏的重要组成部分。冷凝水是在空气绝缘开关设备表面感应局部放电的重要部分。事实上，所有高压设备都应避免结水。只有室外绝缘子设计用于在潮湿条件下运行，并且只能在完全通风的状态下运行。所有其他设备应干燥运行。

在这些情况下，电平以 dB 为单位。在这些情况下，1mV 到 50Ohms 是 0dB 的电平。以下是高于噪声和明显局放活动的测量值。它们用于开关设备，适用于固体绝缘放电。

开关设备（固体绝缘）

此类别也适用于填充沥青的电缆终端。