应用在电火花、电弧、电晕检测中的紫外线探测器全面分析

紫外线带电测试技术应用研究摘要：本文从紫外线带电测试技术的基本原理着手，分析了影响紫外线带电测试技术的目前存在的主要因素，阐述了紫外线带电测试技术的方法。

结合在变电站带电检测中的应用等进行分析，给出了相应的方法，对今后紫外线带电测试技术应用起到了指导性的建议。

关键词：紫外线；带电测试；放电；绝缘1.紫外线带电测试技术原理紫外线带电测试技术主要适用于由于检测设备表层的局部放电产生的碳化通道与电蚀损，变电设备存在的一次设备外伤、高压设备的污染程度、绝缘缺陷检测等，紫外线检测还可以检测光子数量受到检测距离、增益、气压以及温度等原因使这项技术存在一定的局限性。

根据电力设备运行维护经验可以知道，高压导体粗糙的表面、终端锐角区域、绝缘层表面污秽区、高压套管及导体终端绝缘处理不良，以及高压一次设备断股、压接不良，绝缘体残缺、破损等有绝缘缺陷的电气设备，在高电压运行时，会因为电场集中而发生放电现象。

在高压设备电气放电时，根据电场强度的不同，会产生电晕、闪络或电弧。

在放电过程中，空气中的电子不断获得和释放能量，而当电子释放能量（即放电），便会放出紫外线。

2.紫外线带电测试检测应用存在的问题紫外线带电测试检测技术在中国电力系统中应用的时间较短，目前仍处于技术引进的初级阶段，影响测量结果的主要因素有所选增益、检测距离、气压、温度、湿度和风力等。

在实际应用中尚存在以下问题有待改进。

2.1紫外光子标定问题紫外线带电测试检测采用的标定方法为紫外光子计数来衡量放电程度。

但现场准确检测电气设备紫外光子数比较困难。

通常都是采用估算的方法，会对结果造成一定的偏差，略微偏离实际的结果，对于需要精确测量的时候会存在不确定性。

2.2放电强度的量化问题目前，利用紫外线带电测试仪在现场进行电晕放电检测时，通常是根据仪器所显示的单位时间内紫外光子数对电晕放电强度进行量化。

然而，这种方法并不能有效判断电气设备电晕放电处在什么阶段，是否存在即将发生闪络的危险，也不能有效判断电晕损失是否在正常的范围之内。

第一代元素半导体材料Si以及第二代化合物半导体GaAs、InP等材料
由于具有禁带宽度小、器件长波截止波长大、最高工作温度低等特点 而使得器件的特性及使用存在很大局限性，满足不了实用的要求。 第三代宽带隙半导体材料主要包括SiC、GaN、ZnO和金刚石等，具 有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小、导热性能好等特

从计算结果可以看出，GaN、4H-SiC材料的本征吸收
长波限都在紫外区。
内量子效率定义为入射至器件中的每一
个光子所产生的电子-空穴对数目，即：
产生的电子 空穴对个数 i 入射的光子数
光电响应度是表征探测器将入射光转换为电信号能力的一个参 数。光电响应度也称光电灵敏度，定义为单位入射光功率与所产
hν ⩾E g
探测器的响应度公式为
其 q中为电子电量， λ 为入射光波长， h为普 朗克常数， 为真空中光速 ， 为内量子效率, η 即每个入射光子产生电子空穴对的数目， g 为 增益因子，即每复合一个光生电子空穴对在电 极间经过的载流子数目
qλ R≡ ηg hc
c

从图中可以看到在250到360nm区间探测器有 较高的响应度。在363nm波长处达到最大值 0.12A/W量子效率为42.4%当波长超过GaN基紫 外光探测器的截止波长365nm左右探测器的响 应度减小了三个数量级以上。这说明紫外探测 器在紫外波段的光响应度高，而且GaN基肖特 基结构紫外光探测器在零偏压下的响应时间曲 线。零偏压时探测器的10%到90%上升时间约 为2us，与光脉冲的上升时间相当，这说明该 探测器的实际响应时间小于2us。

1.2.金属和半导体热敏电阻测辐射热计： 这是利用某些金属或半导体材料的电 阻率随温度有较大变化而制成的探测器。 当吸收紫外辐射而温度升高时，金属的电 阻率增加(即电阻率温度系数为正)；半导体 电阻率则降低(温度系数为负)。根据电阻变 化的大小可以测出被吸收的紫外辐射功率。

根据实 际的运 行发现 ， 设 备观 测距离 不符合规 定 ， 是 无法对 电晕的 实际情况进 行检测的 。
般采用 绑扎法 ， 或用 Ｕ形夹子夹住 。阻尼线花边 的弧垂与防振效果关系 幅减 小， 防振锤消耗 的能量随之下 降， 最后在 能量平 衡的条 件下导线 以 不大； 一般手牵阻尼线 自然形成弧垂 即可， 约取 １ ０ ～ １ ０ ０ ａｍ。 ｒ 很低的振幅振动 。从 防振锤 的防振原理可见， 要使防振锤 能最大 限度地 消耗 导线振动 的能量， 就 要 在 防振 锤 选 择 和 安装 时 ， 以防 振 锤 的 钢 绞 线 能 产 生 最 大 挠 度 为原 则 。
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图 ４ 阻尼 线 安 装 示 意 图
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５ 结束 语
综上所述 ， 为了确保输 电线 路的安全运行 ， 采取相应 措施 ， 防止导 、
２ ． １ 观 测 距 离 因素
当观测 的距离增加 时， 仪器设 备的检测 视角将会 有所减 少， 其灵敏 度也 会有所 降低 ， 在好 的环境 下， 点光源所 发射 出的光强度和距 离是 成 反比例关系 ， 因此实 际条件 与理想条件之 间的差别 是非常大 的， 根据 实
践 发现 ， 距 离越 大 ， 设 备 放 电 的次 数 也 就 越 小 。
根据 这样的原理 ， 人 类 设 计 了紫 外 线 成 像 设 备 与 技 术 ， 并对 紫 外 线 吸收的原理， 对高压设备进行放 电检测 。设备在工作时放 电产生 的紫外

紫外线传感器对高压电网电晕放电的监测
 高压输变电系统的绝缘子的性能下降时，会产生电晕放电，同时会发出紫外线，早期造成电能损耗和绝缘子性能的持续恶化，长期影响高压输变电系统的安全性，需要进行实时检测。

 目前针对输电线路上的电晕放电检测主要有：人工巡查检测、脉冲电流检测、红外检测、超声电晕检测和紫外检测等方法。

由于电晕放电的目标小、信号弱，而且许多输电线路架设在自然条件比较差的户外时，人工巡查检测不但费时费力，而且检测效果也不好；脉冲电流检测不太适合超高电压检测，而且仪器体积较大；红外检测受日光影响大，误检率高且响应速度慢，红外能检出时，往往线路已发热，属于后期检测，不能适应现在输变电的要求；超声电晕检测在户外也很难达到理想的效果。

高压电网电晕放电监测比较有效的是紫外线监测。

 现有的紫外检测设备主要是紫外光电管以及半导体式紫外线探测器，紫外光电的代表性产品是R2868，但是该产品在检测到UVC波段的紫外线时，光电管呈现的状态是开或者断，不能够实时的反映出电晕的强度大小。

现阶段半导体式的紫外线探测器主要是工采网从德国Sglux公司进口的紫外线传感器、UV传感器- UV-Arc。

一般的紫外线传感器在探测微弱的紫外线时，产生的电流都会很低，故要求传感器必须采用的是基于SiC材质的低暗电流传感器，在经过高倍放大后，暗电流对输出值影响才会降到最低。

同时由于放大。