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。局放儀的使用培訓(xùn)資料上海松寶科技發(fā)展有限公司上海電動工具研究所目 錄一、 局部放電的定義及產(chǎn)生原因二、 局部放電的原理、過程及危害三、 局部放電的表征參數(shù)四、 局部放電測量原理五、 測量中的干擾及抗干擾方法六、 局部放電試驗的電路主要接法及優(yōu)缺點七、 各種試品的測試接線及加壓方法八、 測試步驟九、 圖譜簡介一、 局部放電的定義及產(chǎn)生原因在電場作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生放電，而沒有擊穿施加電壓的導(dǎo)體之間，既尚未擊穿，這種現(xiàn)象稱之為局部放電。對于被氣體包圍的導(dǎo)體附近發(fā)生的局部放電稱之為電暈。局部放電可能發(fā)生在導(dǎo)體邊上，也可能發(fā)生在絕緣體的表面上和內(nèi)部，發(fā)生在表面的稱為表面局部放電，發(fā)生在內(nèi)部的稱為內(nèi)部局部放電，由此，總結(jié)一下局部放電的定義，指部分的橋接在導(dǎo)體間絕緣的一種電氣放電，局部放電產(chǎn)生原因主要有以下幾種：1、電場不均勻。2、電介質(zhì)不均勻。3、制造過程的氣泡或雜質(zhì)最經(jīng)常發(fā)生放電的原因是絕緣體內(nèi)部或表面存在氣泡，其次是有些設(shè)備的運行過程中會發(fā)生熱脹冷縮，不同材料特別是導(dǎo)體與介質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，也會逐漸出現(xiàn)裂縫，再有一些是在運行過程中有機高分子的老化，分解出各種揮發(fā)物，在高場強的作用下，電荷不斷的由導(dǎo)體進入介質(zhì)中，在注入點上就會使介質(zhì)氣化。二、局部放電的原理、過程及危害1、局部放電的原理電子碰撞電離理論，在電場被加速的自由電子與氣體中性分子碰撞，當(dāng)電子的動能足夠高時，就會使中性分子激發(fā)出電子，形成新的自由電子和正離子，由此循環(huán)形成電子雪崩。2、局放電的過程Gemant最早對模擬實際氣隙與人工氣隙作了大量研究，用電容器與火花間隙的各種組合來模擬，whitehead等人提出了氣隙放電的等值電路，后來mason用這個電路對放電的過程作了較好的描述，下面就對交流電壓下局部放電的abc等值模擬電路予以介紹。介質(zhì)內(nèi)部含有氣泡，在交流電壓下產(chǎn)生的內(nèi)部放電特性可由圖1-1的模擬電路（abc等值電路）予以表示；其中Cc是模擬介質(zhì)中產(chǎn)生放電間隙（如氣泡）的電容；Cb代表與Cc串連部分介質(zhì)的合成電容；Ca表示其余部分介質(zhì)的電容。（a）實際介質(zhì) （b）模擬電路介質(zhì)有缺陷（氣泡）的部分（虛線表示）介質(zhì)無缺陷部分圖1-1表示具有內(nèi)部放電的模擬電路圖1-1中以并聯(lián)一對火花間隙的電容c來模擬產(chǎn)生局部放電的內(nèi)部氣泡。圖1-2表示了在交流電壓下局部放電的發(fā)生過程。圖1-2介質(zhì)內(nèi)單氣泡對交流電壓下的局部放電過程u（t）外施交流電壓uc（t）氣泡不擊穿時在氣泡上的電壓uc（t）有局部放電時氣泡上的實際電壓vc氣泡的擊穿電壓vr氣泡的殘余電壓us局部放電起始電壓（瞬時值）ur與氣泡殘余電壓vr對應(yīng)的外施電壓ir氣泡中的放電電流電極間總電容cxca+（cbcc）/（cb+cc）=ca電極間施加交流電壓u（t）時，氣泡電容Cc上對應(yīng)的電壓為Uc（t）。如圖2-1所示，此時的uc（t）所代表的是氣泡被擊穿時的電壓的曲線。Uc（t）U（t）Cb/Cc+Cb外施電壓u（t）上升時，氣泡上電壓Uc（t）也上升，當(dāng)U（t）上升到Us時，氣泡上電壓Uc達到氣泡擊穿電壓，氣泡擊穿，產(chǎn)生大量的正、負離子，在電場作用下各自遷移到氣泡上下壁，形成空間電荷，建立反電場，削弱了氣泡內(nèi)的總電場強度，使放電熄滅，氣泡又恢復(fù)絕緣性能，這樣的一次放電持續(xù)時間是極短暫的，對一般的空氣氣泡來說，大約只有幾個毫微秒（10的負8次方到10的負9次方秒），所以電壓Uc（t）幾乎瞬間從Vc降到Vr，Vr是殘余電壓，而氣泡上電壓Uc（t）將隨U（t）的增大繼續(xù)由Vr再次升高到Vc時，氣泡再一次擊穿，發(fā)生又一次局部放電，但此時相應(yīng)的外施電壓比Us小，為（Us-Ur），這是因為氣泡上有殘余電壓Vr的內(nèi)電場作用的結(jié)果。Ur是與氣泡殘余電壓Vr相應(yīng)的外施電壓，如此反復(fù)上述過程，即外施電壓每增加（Us-Ur），就產(chǎn)生一次局部放電，直到前一次放電熄滅后，Uc（t）上升到峰值時共增加量不足以達Vc（相當(dāng)于外施電壓的增量比（Us-Ur）?。橹?。此后，隨著外施電壓U（t）經(jīng)過峰值Um后減小，外施電壓在氣泡中建立反方向電場，由于氣泡中原存的殘余電壓內(nèi)電場與外電場方向相反，故外施電壓須經(jīng)（Us+Ur）的電壓變化，才能使用氣泡上的電壓達到擊穿電壓Vc。假定正、負方向擊穿電壓Vc相等，產(chǎn)生一次局部放電，放電很快熄滅，氣泡中電壓瞬時降到殘余電壓Vr（也假定正、負方向相同），外施電壓連續(xù)下降，當(dāng)再下降（Us-Ur）時，氣泡電壓就又達到Vc從而又產(chǎn)生一次局部放電，如此重復(fù)上述過程，直到外施電壓升到反向峰值Um的增量不足以達到（Us-Ur）為止，外施電壓經(jīng)過一Um峰值后，氣泡上的外電場方向又變?yōu)檎较颍c氣泡殘余電壓方向相反，故外施電壓又須上升（Us+Ur）產(chǎn)生第一次放電，熄滅后每經(jīng)過（Us-Ur）的電壓上升就產(chǎn)生一次放電，重復(fù)前面所介紹的過程，如圖1-2所示。產(chǎn)生局放時，局部地區(qū)空間電荷密度變大，電流集中，可以發(fā)出光、熱、音響和電磁發(fā)射，在放電能量作用下，使絕緣高分子有機物質(zhì)產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)變化，造成表面侵蝕和局部過熱，使絕緣性能劣化，隨著局部放電的發(fā)展，放電點向前發(fā)展，放電通道漸漸增長，分枝增多，形成樹枝狀放電，最后形成貫穿性通道，即導(dǎo)致?lián)舸Ｔ谟图埥^緣中的局部放電，會在油中形成不同的X臘，散熱能力降低，易導(dǎo)致熱擊穿，局部放電也易使紙纖維斷裂、碳化，因此，局部放電對于加速絕緣老化、縮短絕緣壽命所造成的危害是不可低估的。三、局部放電的表征參數(shù)局部放電是比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象，必須通過多種表征參數(shù)才能全面的描繪其狀態(tài)，同時局部放電對絕緣破壞的機理也是很復(fù)雜的，也需要通過不同的參數(shù)來評定它對絕緣的損害，目前我們只關(guān)心兩個基本參數(shù)：1、視在放電電荷在絕緣中發(fā)生局部放電時，絕緣體上施加電壓的兩端出現(xiàn)的脈動電荷稱之為視在放電電荷，單位用皮庫（PC）表示，通常以穩(wěn)定出現(xiàn)的最大視在放電電荷作為該試品的放電量。2、放電重復(fù)率在測量時間內(nèi)每秒中出現(xiàn)的放電次數(shù)的平均值稱為放電重復(fù)率，單位為次/秒，放電重復(fù)率越高，對絕緣的損害越大。四、局部放電的測量原理：局放儀運用的原理是脈沖電流法原理，即產(chǎn)生一次局部放電時，試品Cx兩端產(chǎn)生一個瞬時電壓變化u，此時若經(jīng)過電容Ck耦合到一檢測阻抗Zd上，回路就會產(chǎn)生一脈沖電流I，將脈沖電流流經(jīng)檢測阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓信息予以檢測、放大和顯示等處理，就可以測定局部放電的一些基本參數(shù)（主要是電量q）。在這里需要指出的是，試品內(nèi)部實際的局部放電量是無法測量的，因為試品內(nèi)部的局部放電脈沖的傳輸路徑和方向是極其復(fù)雜的，因此我們只有通過對比法來檢測試品的視在放電電荷，即在測試之前先在試品兩端注入一定的電量，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)來建立標尺，然后在實際電壓下將收到的試品內(nèi)部的局部放電脈沖和標尺進行對比，以此來得到試品的視在放電電荷。五、測量中的干擾及抗干擾方法1、測量中的干擾分類干擾有來自電網(wǎng)的和來自空間的，按表現(xiàn)形式又分為固定的和移動的，主要的干擾有以下一些： 懸浮電位物體放電，通過對地雜散電容耦合。 外部尖端電暈。 可控硅元件在鄰近運行。 繼電器、接觸器、輝光管等動作。 接觸不良。 無線電干擾 熒光燈干擾 電動機干擾 中高頻工業(yè)設(shè)備2、抗干擾方法 采用帶調(diào)壓器、隔離變壓器和濾波器的控制電源。 設(shè)置屏蔽室，可只屏蔽試驗回路部分。 可靠的單點接地，將試驗回路系統(tǒng)設(shè)計成單點接地結(jié)構(gòu)，接地電阻要小，接地點要與一般試驗室的地網(wǎng)及電力網(wǎng)中線分開。 采用高壓濾波器。 用平衡法或橋式。 利用時間窗。 用干擾判別裝置。 采用較窄頻帶。 在高壓端加高壓屏蔽罩或半導(dǎo)體橡膠帽防電暈干擾。六、局放試驗電路的主要接法及優(yōu)缺點1、標準試驗電路，又稱并聯(lián)法，適用于必須接地的試品。其缺點是高壓引線對地雜散電容并聯(lián)在Cx上，會降低測試靈敏度。2、接法的串連法，其要求試品低壓端對地浮置。其優(yōu)點是變壓器入口電容、高壓線對地雜散電容與耦合電容Ck并聯(lián)，有利于提高試驗靈敏度，缺點是試品損壞時會損壞輸入單元。3、平衡法試驗電路：要求兩個試品相接近，至少電容量為同一數(shù)量級，其優(yōu)點是外干擾強烈的情況下，可取得較好抑制干擾的效果，并可消除變壓器雜散電容的影響，而且可做大電容試驗，缺點是須要兩個相似的試品，且當(dāng)產(chǎn)生放電時，需設(shè)法判別哪個試品放電。七、各種試品的測試接線及加壓方法1、發(fā)電機的局部放電測試方法A、接線圖如下：檢測阻抗隔離濾波器B、試驗電壓及允許局放量如下表：整相繞組（或分支）的局部放電量不大于下列值定子電壓等級（KV）6 KV10 KV最高試驗電壓（KV）6 KV10 KV局部放電試驗電壓（KV）4 KV6 KV最大放電量（PC）15000PC2、變壓器的局部放電測試方法：A、接線圖如下：局放儀局放儀a、單相勵磁基本接線局放儀局放儀局放儀局放儀b、三相勵磁基本接線B、試驗電壓及允許局放量如下表：試驗電壓允許局放量Um1.5Um/1.732Q 500PC1.3Um/1.732Q 10S測量電壓1min絕緣形式允許局部放電水平PC電網(wǎng)中性點絕緣或經(jīng)消弧線圈接地電流互感器和相對地電壓互感器1.3Um1.1 Um液體浸漬固體視放電量1002501.1 Um/1.732液體浸漬固體1050相對相電壓互感器1.3Um1.1 Um液體浸漬固體1050電網(wǎng)中性點有效接地電流互感器和相對地電壓互感器0.81.3Um1.1 Um/1.732液體浸漬固體1050相對相電壓互感器1.3Um1.1 Um液體浸漬固體10504、高壓套管的局部放電測試方法：A、接線圖如下：局放儀B、試驗電壓及允許局放量如下表：套管絕緣類型允許放電量（pC）1.05Un/1.7321.5Un/1.732油浸紙和膠浸紙1010膠粘紙100250澆鑄絕緣10氣體1010注：1.5Un/1.732的試驗電壓僅用于變壓器和電抗器套管。八、測試步驟簡介1、按照系統(tǒng)連接原理圖連接好系統(tǒng)。2、利用校正脈沖發(fā)生器進行系統(tǒng)放電量校正，例如用校正脈沖發(fā)生器（JZF-9）在試品兩端（即Cx兩端）注入50pC，調(diào)節(jié)放大器增益粗調(diào)（22）及細調(diào)（23）和PC設(shè)定按鈕（21）使數(shù)字表顯示50.0PC，至此校正完畢，關(guān)掉方波并取下。3、利用升壓裝置進行升壓，升至試驗電壓時，調(diào)節(jié)放大器粗調(diào)，使局部放電脈沖顯示在示波器上，大小適中。4、打開判別開關(guān)（16），調(diào)節(jié)閾電平粗調(diào)（17）和閾電平細調(diào)（15），使有效指示燈（19）閃亮，記下此時的數(shù)字表值即為放電量值，將PD-KV開關(guān)（2）撥至KV，即可讀取電壓值，記下試驗結(jié)果。5、將電壓調(diào)至零，測試完畢。敘述當(dāng)中括號內(nèi)數(shù)字代表開關(guān)編號，參照說明書前、后面板圖。九、圖譜簡介放電類型和干擾的初步辨認先介紹一下示波屏上的橢圓掃描，它是順時針方向旋轉(zhuǎn)，正零標脈沖表示驗電壓開始由負變向正極性；負零標脈沖則與之相反。兩零標間的中點為試驗電壓的正、負峰值部位。所以，根據(jù)放電的原理，可以知道放電應(yīng)出現(xiàn)在正零標脈沖和負零標脈沖順時針轉(zhuǎn)到峰值處，即橢圓上的第一和第三象限。一 典型的內(nèi)部氣泡放電的波形特點：(圖 801)1 放電主要顯示在試驗電壓由零升到峰值的兩個橢圓象限內(nèi)。2 在起始電壓Ui時，放電通常發(fā)生在峰值附近，試驗電壓超過Ui時，放 電向零相位延伸。3 兩個相反半周上放電次數(shù)和幅值大致相同（最大相差至31）。4 放電波形可辯。5 q與試驗電壓關(guān)系不大，但放電重復(fù)率n隨試驗電壓上升而加大。6 局部放電起始電壓Ui和熄滅電壓Ue基本相等。7 放電量q與時間關(guān)系不大。如果放電量隨試驗電壓上升而增大，并且放電波形變得模糊不可分辨，則往往是介質(zhì)內(nèi)含有多種大小氣泡，或是介質(zhì)表面放電。如果除了上述情況，而且放電幅 值隨加壓時間而迅速增長（可達100倍或更多），則往往是絕緣液體中的氣泡放電，典型例子是油浸紙電容器的放電。(圖 801)二 金屬與介質(zhì)間氣泡的放電波形特點： 正半周有許多幅值小的放電，負半周有很少幅值大的放電。幅值相差可達101，其他同上。典型例子：絕緣與導(dǎo)體粘附不良的聚乙烯電纜的放電。q與試驗電壓關(guān)系不大。（圖 802）（圖 802） 如果隨試驗電壓升高，放電幅值也增大，而且放電波形變得模糊，則往往是含有不同大小多個氣泡，或是外露的 金屬與介質(zhì)表面之間出現(xiàn)的表面放電。（圖 803） 下面介紹一些主要視為干擾或非正常放電的情況：（1）懸浮電位物體放電波形特點： 在電壓峰值前的正負半周兩個象限里出現(xiàn)幅值。脈沖數(shù)和位置均相同，成對出現(xiàn)。放電可移動，但它們間的相互間隔不變，電壓升高時，根數(shù)增 加，間隔縮小，但幅值不變。有時電壓升到一定值時會消失，但降至此值又重新出現(xiàn)。原因：金屬間的間隙產(chǎn)生的放電，間隙可能是地面上兩個獨立的金屬體間（通過雜散電容耦合）也可能在樣品 （圖 804）內(nèi)，例如屏蔽松散。（圖 804） （2）外部尖端電暈放電波形特點：起始放電僅出現(xiàn)在試驗電壓的一個半周上，并對稱地分布在峰值兩側(cè)。試驗電壓升高時，放電脈沖數(shù)急劇增加，但幅值不變，并向兩側(cè)伸展。 原因：空氣中高壓尖端或邊緣放電。如果放電出現(xiàn)在負半周，表示尖端處于高壓，如果放電出現(xiàn)在正半周則尖端處于地電位。(圖 805)(圖 805) （3）液體介質(zhì)中的尖端電暈放電波形特點： （圖 806）放電出現(xiàn)在兩個半周上，對稱地分布在峰值兩側(cè)。每一組放電均為等間隔，但一組幅值較大的放電先出現(xiàn)，隨試驗 電壓升高而幅值增大，不一定等幅值；一組幅值小的放電幅值相等，并且不隨電壓變化。 原因：絕緣液體中尖端或邊緣放電。如一組大的放電出現(xiàn)在正半周，則尖端處于高壓；如出現(xiàn)在負半周，則尖端地電位。（圖 806）（4）接觸不良的干擾圖形（圖 807） 波形特點：對稱地分布在實驗電壓 零點兩側(cè)，幅值大致不變，但在實驗電壓峰值附近下降為零。波形粗糙不清晰，低電壓下即出現(xiàn)。電壓升高時，幅值緩慢增加，有時在電壓達到一定值后會完全消失。原因：實驗回路中金屬與金屬不良接觸的連接點；塑料電纜屏蔽層半導(dǎo)體粒子的不良接觸；電容器鋁箔的插接片 （圖 807）等（可將電容器充電然后短路來消除）。 （5）可控硅元件的干擾圖形（圖 808） 波形特點：位置固定，每只元件產(chǎn)生一個獨立訊號。電路接通，電磁耦合效應(yīng)增強時訊號幅值增加，試驗調(diào)壓時，該脈沖訊號會發(fā)生高頻波形展寬，從而占位增加。 原因：鄰近有可控硅元件在運行。（圖 808）（6）繼電器、接觸器、輝光管等動作的干擾。圖形（圖 809）波形特點：分布不規(guī)則或間斷出現(xiàn)， 同試驗電壓無關(guān)。原因：熱繼電器、接觸器和各種火花試驗器及有火花放電的記錄器動作時產(chǎn)生。（圖 809）（7）異步電機的干擾圖形（圖 810） 波形特點：正負半周出現(xiàn)對稱的兩簇訊號，沿橢圓時基逆向以不變的速度 旋轉(zhuǎn)。 原因：異步電機運行訊號耦合到檢測回路中來。（圖 810）（8）熒光燈的干擾圖形（圖 811） 波形特點：欄柵狀，幅值大致相同的脈沖，伴有正負半波對稱出現(xiàn)的兩簇脈沖組。 原因：熒光燈照明 （圖 811）（9）無線電干擾的干擾圖形（圖 812） 波形特點：幅值有調(diào)制的高頻正弦 波，同試驗電壓無關(guān)。 原因：無線電話、廣播話筒、載波通訊等。（圖 812）（10）電動機干擾的