局部放电的基本知识

局部放电的类型及原理电介质的局部放电是一种非常复杂的物理现象，通常情况下，可以将局部放电的种类分为气隙放电、电晕放电和沿面放电三种。

实验表明，当放电量q<2×10 -8库仑时为脉冲状放电。

当放电量q>2×10 -8库仑时为持续火花放电。

1气隙放电绝缘介质在加工的过程中，由于工艺和材料的缺陷，绝缘体内会存在杂质或气隙，形成绝缘介质中的缺陷。

一般情况气隙中充满空气或碳氢气体，压力接近大气压。

当外施交变高压时，绝缘缺陷处将发生局部的、重复的击穿。

该现象通常是在高电场强度下，在绝缘体内电气强度较低的部位发生，产生局部放电的条件取决于绝缘装置中的电场分布和绝缘的电气物理性能。

2沿面放电电气设备中用来固定支撑带电部分的固体介质，多数是在空气中。

当电压超过一定限制时，常在固体介质和空气的分界面上出现沿着固体介质表面的放电现象，称为沿面放电。

3电晕放电电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式，是极不均匀电场的特征之一。

电力系统中所遇到的绝缘结构大多是不均匀的。

不均匀电场的形式很多，绝大多数是不对称电场。

在电场极不均匀时，随间隙上所加电压的升高，在大曲率电极附近很小范围内的电场足以使空气发生游离，而间隙中大部分区域的电场仍然很小。

于是在大曲率电极附近很薄一层空气中将具备自持放电的条件。

电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别，这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。

在直流电压作用下，负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。

在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子。

电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现一脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。

此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。

如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流。

若电压继续升高，电晕电流的脉冲频率增加、幅值增大，转变为负辉光放电。

局部放电测量的基本知识邱昌容徐阳西安交大科技园博源电气有限责任公司序言局部放电（PD）是表征高压电气设备绝缘性能的重要参数，也是发生绝缘故障的有效先兆信息。

通过局部放电的检测,特别是在线监测，将为避免事故的发生和实行状态检修创造条件。

因此PD在线监测已引起广泛的关注。

为了让用户基本上了解有关PD的机理，测量技术，测试结果的分析、判断，以及本公司生产的PD在线监测系统。

针对用户关心的问题，编写这本小册子。

目录一、什么是PD，如何产生 (1)二、为什么要测量局部放电？ (1)三、有哪些测量局部放电的方法 (3)四、有哪些PD表征参数 (5)五、什么是局部放电谱图 (7)六、视在放电电荷如何定量 (9)七、为什么要对变压器局部放电进行在线监测 (10)八、PD在线监测的关键技术是什么 (11)九、BYT-II系统的工作原理及其特点是什么 (15)十、如何进行绝缘诊断 (18)一、什么是PD，如何产生局部放电是指在绝缘系统中，只有局部区域发生放电，而没有击穿，即放电没有贯穿施加电压的导体之间。

局部放电可能出现在绝缘体内部、绝缘体与导体的界面上，以及绝缘体表面。

导体周围都是气体时，导体边缘的PD称为电晕。

产生局部放电的根本原因是电场不均匀。

这可能是由于导体尖端，或毛刺；也可能是绝缘体内部或界面存在气泡、裂纹、杂质、或是绝缘系统由多种介质复合组成。

只要在局部区域的电场强度超过该区域材料的击穿场强时，在该区域就会出现放电，即产生局部放电。

例如变压器油纸中含有气泡，则气泡中的电场强度E0 比其周围油纸中的电场强E p要大εp/ε0倍。

εp为油纸的相对介电常数约2.2；ε0为空气的相对介电常数约为1，故E0＝2.2E p而气体的击穿场E B0为3kV/mm(大气压力下)而油纸的击穿场强高达15kV/mm，很明显气泡首先放电而油纸仍然保持绝缘特性，这就出现局部放电。

此外还可能因导体接触不好或有浮动电位的金属体产生的PD。

局部放电对电力系统进行测量时，局放幅值和速率的测量可能会有很大的变化，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。

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，主要是局放的位置决定了测量的局放活性的好坏。

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，IEC 指南设定的标准局放水平优于 10pC。

很难看出放量低于这个水平的正确安装的设备会因此造成绝缘失效。

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。

变压器局部放电一、变压器局放的基础知识1 概述根据国家标准规定，110kV及以上大型电力变压器要做局部放电试验,现在合同要求变压器高中压局放量小于100PC。

局部放电对绝缘的影响，一是放电质点对绝缘的直接轰击造成局部绝缘破坏，逐步发展使绝缘击穿；二是绝缘内部的局部放电虽然不形成贯穿性通道，但放电产生的热，使介质出现局部的温度升高，甚至碳化。

由于放电的电解作用，会产生臭氧、一氧化氮等一些活性气体，使局部绝缘受到腐蚀，逐渐造成绝缘的损伤，最后导致热击穿。

通常，电气绝缘的破坏或局部老化，多是从局部放电开始的，所以，局部放电的危害性是使变压器绝缘寿命降低，影响变压器的安全运行。

2 什么是局部放电对于变压器绝缘结构中，可能存在着一些绝缘弱点，它在一定的外施电压作用下会首先发生放电，但并不随即形成整个绝缘贯穿性击穿。

这种只限于绝缘局部位置（弱点）处的放电就叫局部放电。

局部放电试验的目的：就是考核变压器在长期工作电压作用下，其产品绝缘能否长期安全运行的性能，发现变压器结构和制造工艺的缺陷。

如：（1）绝缘结构中局部电场强度过高，可能是局部绝缘（如油隙或固体绝缘）击穿或沿固体绝缘表面放电；（2）绝缘混入杂质或局部带有缺陷；如绝缘纸筒、层压纸板、层压木板等，由于热压干燥工艺处理不好，就会在其内部形成空腔，当浸油以后，变压器油往往不能浸入此空腔，从而形成了气穴。

如果浸入的变压器油处理不好时，油中会有气泡存在，同时存在着水分和杂质，在电场的作用下，杂质会形成“小桥“，泄漏电流的通过会使该处发热严重，促使水分汽化，形成气泡；同时也会使该处的油发生分解产生气体。

绝缘内部存在的这些气穴（气泡），其介电常数比绝缘材料的介电常数要小，所以气穴上承受的电场强度比邻近的绝缘材料上的电场强度要高。

气体（特别是空气）的绝缘强度却比绝缘材料低。

这样，当外施电压达到一定数值时，绝缘内所含气穴上的场强就会先达到使之击穿的程度，从而气穴先发生放电。

1述2分类12局部放电 局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，它是由于设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高电场强度作用下发生重复击穿和熄灭的现象。

局部放电表现为绝缘体中只有局部区域发生的放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，可以发生在导体附近，也可以发生在其他地方。

这种放电的能量是很小，短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。

但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电，这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿。

局部放电可能出现在固体绝缘的空穴中，也可能在液体绝缘的气泡中，也可能出现在不同介电特性的绝缘层间，或金属表面的边缘尖角部位等。

所以局部放电大致可分为内部放电、表面放电及电晕放电。

内部放电 在电气设备的绝缘系统中，各部位的电场强度往往是不相等的，当局部区域的电场强度达到电介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这种放电并没有贯穿施加电压的两导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然保持绝缘性能，发生在绝缘体内的称为内部局部放电。

表面放电 如在电场中介质有一平行于表面的场强分量，当其这个分量达到击穿场强时，则可能出现表面放电。

这种情况可能出现在套管法兰处、电缆终端部，也可能出现在导体和介质弯角表面处，表面局部放电的波形与电极的形状有关，如电极为不对称时，则正负半周的局部放电幅值是不等的。

33产生和危害4统的测量方法12电晕放电 电晕放电是在电场极不均匀的情况下，导体表面附近的电场强度达到气体的击穿场强时所发生的放电。

在高压电极边缘，尖端周围可能由于电场集中造成电晕放电。

电晕放电在负极性时较易发生，也即在交流时它们可能仅出现在负半周。

电晕放电是一种自持放电形式，发生电晕时，电极附近出现大量空间电荷，在电极附近形成流注放电。

在绝缘介质中，由于在制造或使用过程中会残留一些气泡或其他杂质，于是在绝缘体内部或表面就会出现某些区域的电场强度高于平均电场强度，而某些区域的电场强度低于平均电场强度，因此在某些区域就会首先发生放电，而其他区域仍然保持绝缘的特性。

局部放电特征及原理一、局部放电的特征局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电,它是由于设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷,在高电场强度作用下发生重复击穿和熄灭的现象。

它表现为绝缘内气体的击穿、小范围内固体或液体介质的局部击穿或金属表面的边缘及尖角部位场强集中引起局部击穿放电等。

这种放电的能量是很小的,所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。

但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电,这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大,最后导致整个绝缘击穿。

局部放电是一种复杂的物理过程除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外,还会产生电磁辐射、超声波、光、热以及新的生成物等。

从电性方面分析,产生放电时,在放电处有电荷交换、有电磁波辐射、有能量损耗。

最明显的是反映到试品施加电压的两端,有微弱的脉冲电压出现。

如果绝缘中存在有气泡,当工频高压施加于绝缘体的两端时,如果气泡上承受的电压没有达到气泡的击穿电压,则气泡上的电压就随外加电压的变化而变化。

若外加电压足够高,即上升到气泡的击穿电压时,气泡发生放电,放电过程使大量中性气体分子电离,变成正离子和电子或负离子,形成了大量的空间电荷,这些空间电荷,在外加电场作用下迁移到气泡壁上,形成了与外加电场方向相反的内部电压,这时气泡上剩余电压应是两者叠加的结果,当气泡上的实际电压小于气泡的击穿电压时,于是气泡的放电暂停,气泡上的电压又随外加电压的上升而上升,直到重新到达其击穿电压时,又出现第二次放电,如此出现多次放电。

当试品中的气隙放电时,相当于试品失去电荷q，并使其端电压突然下降■U,这个一般只有微伏级的电源脉冲叠加在千伏级的外施电压上。

所有局部放电测试设备的工作原理,就是将这种电压脉冲检测出来。

其中电荷q称为视在放电量。

二、局部放电的机理1.局部放电的发生机理局部放电的发生机理可以用放电间隙和电容组合的电气的等值回路来代替，在电极之间放有绝缘物,对它施加交流电压时,在电极之间局部出现的放电现象,可以看成是在导体之间串联放置着2个以上的电容，其中一个发生了火花放电。

局部放电特征及原理一、局部放电的特征局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，它是由于设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高电场强度作用下发生重复击穿和熄灭的现象。

它表现为绝缘内气体的击穿、小范围内固体或液体介质的局部击穿或金属表面的边缘及尖角部位场强集中引起局部击穿放电等。

这种放电的能量是很小的，所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。

但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电，这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿。

局部放电是一种复杂的物理过程除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、光、热以及新的生成物等。

从电性方面分析，产生放电时，在放电处有电荷交换、有电磁波辐射、有能量损耗。

最明显的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。

如果绝缘中存在有气泡，当工频高压施加于绝缘体的两端时，如果气泡上承受的电压没有达到气泡的击穿电压，则气泡上的电压就随外加电压的变化而变化。

若外加电压足够高，即上升到气泡的击穿电压时，气泡发生放电，放电过程使大量中性气体分子电离，变成正离子和电子或负离子，形成了大量的空间电荷，这些空间电荷，在外加电场作用下迁移到气泡壁上，形成了与外加电场方向相反的内部电压，这时气泡上剩余电压应是两者叠加的结果，当气泡上的实际电压小于气泡的击穿电压时，于是气泡的放电暂停，气泡上的电压又随外加电压的上升而上升，直到重新到达其击穿电压时，又出现第二次放电，如此出现多次放电。

当试品中的气隙放电时，相当于试品失去电荷q，并使其端电压突然下降△U，这个一般只有微伏级的电源脉冲叠加在千伏级的外施电压上。

所有局部放电测试设备的工作原理，就是将这种电压脉冲检测出来。

其中电荷q称为视在放电量。

二、局部放电的机理1．局部放电的发生机理局部放电的发生机理可以用放电间隙和电容组合的电气的等值回路来代替，在电极之间放有绝缘物，对它施加交流电压时，在电极之间局部出现的放电现象，可以看成是在导体之间串联放置着2个以上的电容，其中一个发生了火花放电。