局部放電基本特性

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第2章 局部放電基本特性2.1 局部放電的機(jī)理2.1.1 氣隙放電等值電路U+-dcbbaadCcCbRcRbCaRaUucub氣隙厚度 d整個(gè)介質(zhì)的厚度 Rc、Cc氣泡的電阻和電容Rb、Cb與氣泡串聯(lián)部分介質(zhì)的電阻和電容 Ra、Ca一其余部分介質(zhì)的電阻和電容圖2.1 含有單氣隙的絕緣介質(zhì)，（a）絕緣介質(zhì)中的氣隙，（b）放電等效電路（a）（b）絕緣介質(zhì)內(nèi)部含有一個(gè)氣隙時(shí)的放電情況是最簡(jiǎn)單的，如圖1.1(a)所示。圖中c代表氣隙，b是與氣隙串聯(lián)部分的介質(zhì)，a是除了b之外其他部分的介質(zhì)。假定這一介質(zhì)是處在平行板電極之中，在交流電場(chǎng)作用下氣隙和介質(zhì)中的放電過(guò)程可以用圖l.1

2、(b)所示的等效電路來(lái)分析。假定在介質(zhì)中的氣隙是扁平狀而且是與電場(chǎng)方向相垂直，則按電流連續(xù)性原理可得 （2.1）式中、分別氣隙和介質(zhì)上的電壓, 、分別為氣隙和介質(zhì)的等效電導(dǎo) 。工頻電場(chǎng)中若和均小于1011(W·m)-1，則氣隙和b部分絕緣上的電壓的數(shù)值關(guān)系可簡(jiǎn)化為 （2.2）式中、分別為氣隙和絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，氣隙和介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度Ec、Eb 的關(guān)系為 （2.3）由式（2.3）可見(jiàn)：(1) 氣隙放電在工頻電場(chǎng)中氣隙中的電場(chǎng)強(qiáng)度是介質(zhì)中電場(chǎng)強(qiáng)度的倍。通常情況下，而，即氣隙中的場(chǎng)強(qiáng)要比介質(zhì)中的高，而另一方面氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般都比介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)低，因此，在外加電壓足夠高時(shí)，

3、氣隙首先被擊穿，而周圍的介質(zhì)仍然保持其絕緣特性，電極之間并沒(méi)有形成貫穿性的通道。(2) 油隙放電在液體和固體的組合絕緣結(jié)構(gòu)中，如油紙電纜、油紙電容器、油紙?zhí)坠艿?，由于在制造中采取了真空干燥浸漬等工藝，可以使絕緣體中基本上不含有氣隙，但卻不可避免地存在著充滿絕緣油的間隙，這些油的介電常數(shù)通常也比固體介質(zhì)為小，而擊穿場(chǎng)強(qiáng)又比固體介質(zhì)為低，因此，在油隙中也會(huì)發(fā)生局部放電，不過(guò)與氣隙相比要在高得多的電場(chǎng)強(qiáng)度下才會(huì)發(fā)生。(3) 在介質(zhì)中極不均勻電場(chǎng)分布的情況下，即使在介質(zhì)中不含有氣隙或油隙，只要是介質(zhì)中的電場(chǎng)分布是極不均勻的，也就可能發(fā)生局部放電。例如埋在介質(zhì)中的針尖電極或電極表面上的毛刺，或其它金屬屑

4、等異物附近的電場(chǎng)強(qiáng)度要比介質(zhì)中其他部位的電場(chǎng)強(qiáng)度高得多。當(dāng)此處局部電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到介質(zhì)本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，則介質(zhì)局部擊穿而形成了局部放電。u+- - -+ + +E內(nèi) E外 uC(a)(b)uumu3u2u1qttuc0us-us-urur1 2 3 4圖2.2 放電過(guò)程示意圖（a）絕緣介質(zhì)內(nèi)氣隙放電空間電荷分布（b）外部電壓u、空間電荷q、氣隙電壓uc的時(shí)間變化圖2.1.2 放電過(guò)程在氣隙發(fā)生放電時(shí)，氣隙中的氣體產(chǎn)生游離，使中性分子分離為帶電的質(zhì)點(diǎn)，在外加電場(chǎng)作用下，正離子沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，電子(或負(fù)離子)沿相反方向移動(dòng)，于是這些空間電荷建立了與外施電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng) (如圖2.2（a）所示)，這時(shí)氣

5、隙內(nèi)的實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)為 (2.4)即氣隙上的電場(chǎng)強(qiáng)度下降了E內(nèi)，或者說(shuō)氣隙上的電壓降低了DUc。于是氣隙中的實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)低于氣體擊穿場(chǎng)強(qiáng)ECB，氣隙中放電暫停。在氣隙中發(fā)生這樣一次放電過(guò)程的時(shí)間很短，約為10-8數(shù)量級(jí)，在油隙中發(fā)生這樣一次放電過(guò)程的時(shí)間比較長(zhǎng)，可達(dá)10-6數(shù)量級(jí)。 如果對(duì)照?qǐng)D2.2（b）分析放電過(guò)程，外施電壓是正弦交流電壓，當(dāng)電壓瞬時(shí)值上升使得氣隙上的電壓uc達(dá)到氣隙的擊穿電壓UCB時(shí)，氣隙發(fā)生放電。由于放電的時(shí)間極短，可以看作氣隙上的電壓由于放電而在瞬間下降了Duc，于是氣隙上的實(shí)際電壓低于氣隙的擊穿電壓，放電暫停（這相應(yīng)于圖2.2(b)中的點(diǎn)1）。此后氣隙上的電壓隨外加電壓瞬時(shí)值的

6、上升而上升，直到氣隙上的電壓又回升到氣隙的擊穿電壓UCB時(shí)，氣隙又發(fā)生放電，在此瞬間氣隙上的電壓又下降Duc，于是放電又暫停。假定氣隙表面電阻很高，前一次放電產(chǎn)生的空間電荷沒(méi)有泄漏掉，則這時(shí)氣隙中放電電荷建立的反向電壓為-2Duc。依此類推如果在外加電壓的瞬時(shí)值達(dá)到峰值之前發(fā)生了n次放電，每次放電產(chǎn)生的電荷都是相等的，則在氣隙中放電電荷建立的電壓為-nDuc。在外加電壓過(guò)峰值后，氣隙上的外加電壓分量u外逐漸減小，當(dāng)u外=nDuc時(shí)，氣隙上的實(shí)際電壓為零(圖2.2(b)中點(diǎn)2)。 外施電壓的瞬時(shí)值繼續(xù)下降，當(dāng)êu外-nDuc ê=UCB時(shí)，即氣隙上實(shí)際的電壓達(dá)到擊穿電壓時(shí)，氣

7、隙又發(fā)生放電，不過(guò)放電電荷移動(dòng)的方向決定于此前放電電荷所建立的電場(chǎng)E內(nèi)，于是減少了原來(lái)放電所積累的電荷，使氣隙上的實(shí)際電壓為êu外-nDuc ê<UCB時(shí)，于是放電暫停(相應(yīng)圖2.2(b)中的點(diǎn)3)。此后隨外施電壓繼續(xù)下降到負(fù)半周，當(dāng)重新達(dá)到ê-u外-(n-1)Duc ê=UCB時(shí)，氣隙又發(fā)生放電，放電后氣隙上的電壓為ê-u外-(n-2)Duc ê<UCB，放電又停止。依此類推直到外加電壓達(dá)到負(fù)峰值，這時(shí)氣隙中放電電荷建立的電壓為nDuc。隨著電壓回升，在一段時(shí)間內(nèi)êu外+nDuc ê<UCB不會(huì)

8、出現(xiàn)放電，直到êu外+nDuc ê=UCB時(shí)氣隙又發(fā)生放電。放電后氣隙上的電壓為êu外+(n-1)Duc ê<UCB，于是放電又暫停(相應(yīng)圖2.2(b)中點(diǎn)4)。此后隨著外加電壓升高放電又繼續(xù)出現(xiàn)。由此可見(jiàn)，在正弦交流電壓下，局部放電是出現(xiàn)在外加電壓的一定相位上，當(dāng)外加電壓足夠高時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)可能出現(xiàn)多次放電，每次放電有一定間隔時(shí)間。2.2 表征局部放電的參數(shù) 局部放電是比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象，必須通過(guò)多種表征參數(shù)才能全面地描繪其狀態(tài)。在氣隙中產(chǎn)生局部放電時(shí)，氣隙中的氣體分子被游離而形成正負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)，在一次放電中這些質(zhì)點(diǎn)所帶的正或負(fù)電荷總和稱為實(shí)際放電

9、量qr。 根據(jù)圖2.1(b)所示的等效電路可以推算出，由于Cc上電荷改變了qr所引起的Cc上的電壓變化uc。 （2.5）通常氣隙總是很小的，且Ca>>Cb，因此上式可寫作 (2.6) 由于氣隙經(jīng)常是處于介質(zhì)內(nèi)部，因而無(wú)法直接測(cè)得qr或Uc。但根據(jù)圖2.1(b)所示的等效電路當(dāng)Cc上有電荷變化時(shí)，必然會(huì)反映到Ca上電荷和電壓的變化，即試樣兩端出現(xiàn)電荷和電壓的變化，因此可以根據(jù)這種變化來(lái)表征局部放電。通常有以下表征局部放電的參數(shù)。一、視在放電電荷 視在放電電荷是指產(chǎn)生局部放電時(shí)，一次放電在試樣兩端出現(xiàn)的瞬變電荷。 根據(jù)圖2.1(b)所示的等效電路，并考慮到介質(zhì)電阻Ra、Rb以及氣隙電阻

10、Rc都很大，而局部放電的放電時(shí)間又極短，可以假定在放電過(guò)程中，一方面電源來(lái)不及供給補(bǔ)充電荷，另一方面各個(gè)電容上的電荷也沒(méi)有泄漏掉。因此當(dāng)氣隙放電而造成Cc上電壓下降uc時(shí)，各電容上的電荷重新分配，因此Ca上的電壓也下降了ua，且 (2.7)這時(shí)Ca上的電荷變化為 (2.8)將(2.7)代入上式可得 (2.8)將(2.6)代入上式得 (2.9)其中qa就是視在放電電荷，(2.9)表明了視在放電電荷與實(shí)際放電電荷的關(guān)系，可以看到：（1）通常氣隙是很薄的，即Cc>>Cb，因此qa往往比qr小得多；（2）應(yīng)當(dāng)注意，真正代表放電大小的是qr，只有在Cb/(Cb+CC)相同時(shí)才能通過(guò)qa的大小

11、來(lái)比較實(shí)際放電的大??；（3）兩個(gè)視在放電量qa相同的產(chǎn)品，如果Cb/(Cb+CC)差別很大，則qa的差別也很大，因此，對(duì)材料的破壞作用也就可能大不相同。這點(diǎn)在局部放電的實(shí)際測(cè)試中要做具體分析。二、放電重復(fù)率放電重復(fù)率是指單位時(shí)間內(nèi)局部放電的平均脈沖個(gè)數(shù)。通常以每秒放電次數(shù)來(lái)表示。從圖2.2可以看出，假定氣隙中每次放電后殘留的電壓ur可以忽略，則在外施電壓的1/4周期內(nèi)放電的次數(shù)約為 （2.10）式中ucm為氣隙中不放電時(shí)電壓的峰值。如果外施電壓的頻率為f，則一秒鐘內(nèi)放電次數(shù)為 （2.11） 在氣隙中的放電次數(shù)與反映到試樣兩端電壓脈沖的次數(shù)是完全相等的，但要注意的是實(shí)際測(cè)量中脈沖計(jì)數(shù)器需要大于一

12、定電平的信號(hào)才能觸發(fā)計(jì)數(shù)，因此，測(cè)得的放電次數(shù)只是放電量大于一定值或在一定范圍的放電次數(shù)。三、放電的能量 放電能量是指在一次放電中所消耗的能量。單位用焦耳表示(J)。假定在氣隙中發(fā)生放電時(shí)，氣隙上的電壓從UCB下降到零，即uc=UCB。則在這一次放電中消耗的能量為 （2.12） 設(shè)當(dāng)氣隙上的電壓達(dá)到UCB時(shí)，施加在試樣兩端的電壓峰值為uim（即起始放電電壓的峰值），則 （2.13）將上式代入式（2.12）得 （2.14） 上式表明放電能量為視在放電電荷與起始放電電壓（峰值)乘積的一半。同時(shí)也是實(shí)際放電電荷和氣隙的擊穿電壓乘積的一半。四、放電的平均電流 平均電流是指在一定時(shí)間間隔T內(nèi)視在放電電荷

13、絕對(duì)值的總和除以時(shí)間間隔T。 （2.15）當(dāng)qa單位為庫(kù)侖（C）、T單位為秒（s）時(shí)，放電的平均電流I為安培（A）。五、放電的均方率 均方率是指在一定時(shí)間間隔T內(nèi)視在放電電荷的平方之和除以時(shí)間間隔T。 （2.16）當(dāng)qa單位為庫(kù)侖（C）、T單位為秒（s）時(shí)，均方率D的單位為C2/s。六、放電功率 放電功率是指局部放電時(shí)，從試樣兩端輸入的功率，也就是在一定時(shí)間內(nèi)視在放電電荷與相應(yīng)的試樣兩端電壓的瞬時(shí)值之乘積除以時(shí)間間隔T。 （2.17）當(dāng)qa單位為庫(kù)侖（C）、T單位為秒（s）時(shí)，放電功率P的單位為W。七、局部放電起始電壓Ui局部放電起始電壓是指試樣產(chǎn)生局部放電時(shí)，在試樣兩端施加的電壓值。在交流電

14、壓下用有效值表示。在實(shí)際測(cè)量中，施加電壓必須從低于起始放電的電壓開(kāi)始，按一定速度上升。同時(shí)，為了能在靈敏度不同的測(cè)試裝置上所測(cè)的起始電壓進(jìn)行比較，一般是以視在放電電荷超過(guò)某一規(guī)定值時(shí)的最小電壓值為起始放電電壓。八、放電的熄滅電壓Ue放電熄滅電壓是指試樣中局部放電消失時(shí)試樣兩端的電壓值。在交流電壓下是以有效值來(lái)表示。在實(shí)際測(cè)量中電壓應(yīng)從稍高于起始放電電壓值開(kāi)始下降。為了能在不同靈敏度的測(cè)試裝置上測(cè)得的放電熄滅電壓進(jìn)行比較，一般是以視在放電電荷低于某一規(guī)定值時(shí)的最高電壓為放電熄滅電壓。上述八個(gè)表征局部放電的參數(shù)中，視在放電電荷、放電重復(fù)率和放電能量是基本的表征參數(shù)。平均電流、均方率和放電功率是表征

15、放電量和放電次數(shù)的綜合效應(yīng)，并且是在一定時(shí)間內(nèi)局部放電累積的平均效應(yīng)。放電起始電壓和熄滅電壓則是以施加在試樣兩端的電壓特征值來(lái)表示局部放電起始和熄滅的。2.3 影響局部放電的因素 局部放電的特性與很多因素有關(guān)。如介質(zhì)和氣隙（油隙）的特性、形狀、尺寸，電場(chǎng)的均勻程度，外施電壓的波形以及環(huán)境條件等。它們都是影響局部放電特性各參數(shù)的因素。一、影響視在放電電荷的因素 由前述可知 （2.18）式中h=0.10.8，表示當(dāng)氣隙比較大時(shí)，每次放電只是發(fā)生在一部分氣隙面積當(dāng)中。因此實(shí)際放電的面積應(yīng)以h·A來(lái)表示，其中A為氣隙的面積。從(2.18)可以看出：1、氣隙面積增大時(shí)，qa也增大；2、當(dāng)外加電

16、壓升高時(shí)，h值增大，即實(shí)際放電面積增大，qa也增大。如果介質(zhì)中存在多個(gè)氣隙，則電壓升高時(shí)就會(huì)有更多的氣隙同時(shí)放電，這時(shí)qa增加更為明顯；3、氣隙的擊穿電壓增高，qa也增大。在氣隙中氣體的性質(zhì)和氣體的壓力都會(huì)影響氣隙的擊穿電壓。在同樣尺寸的間隙中，油的擊穿電壓比氣體高一到二個(gè)數(shù)量級(jí)。所以油隙的放電量一般比氣隙的放電量大12個(gè)數(shù)量級(jí)；4、介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)大，介質(zhì)的厚度小，氣隙的厚度大，都會(huì)使qa增大。這時(shí)qa就比較接近于實(shí)際放電電荷qr ，反之就遠(yuǎn)小于qr；5、當(dāng)氣隙表面形成半導(dǎo)電層或?qū)щ妼訒r(shí)，會(huì)使放電量顯著減小，甚至于停止放電。二、影響放電重復(fù)率的因素根據(jù)(2.11)式可以進(jìn)一步推導(dǎo)出放電重復(fù)

17、率 （2.19）由此可見(jiàn)：1、增加試驗(yàn)電壓的頻率和峰值，都會(huì)使放電重復(fù)率增加；2、氣隙的擊穿電壓低，放電的重復(fù)牽就大。從圖2.2可以清楚地看到，當(dāng)外加電壓一定時(shí)，每周期內(nèi)放電次數(shù)隨UCB的減少而增加。因此，在其他條件相同時(shí)，油隙的放電重復(fù)率要比氣隙的??；3、在試驗(yàn)電壓峰值不變的條件下，介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)越大，介質(zhì)厚度與氣隙厚度之比越小，則氣隙所承受的電壓峰值就越高，因此，放電重復(fù)率也就增大；4、氣隙表面電阻小，放電電荷容易泄漏掉，氣隙中由于每次放電所建立的反電場(chǎng)Uc就比較小，因此，在一周期中放電次數(shù)增多，即重復(fù)率增大。這在交流電壓下尤為明顯；5、介質(zhì)中存在許多氣隙時(shí)，由于各次放電的時(shí)間比放電間

18、隔的時(shí)間短得多，各氣隙的放電正好疊加在一起的幾率很小。因此，放電的次數(shù)也會(huì)增多。三、影響放電能量和放電功率的因素假定在1秒鐘內(nèi)各次放電的能量都一樣，則每次發(fā)生放電功率為 (2.20)式中N為放電重復(fù)率，uim實(shí)際上就是用峰值表示的起始放電電壓。將式(2.14)與(2.20)比較可以看出放電能量W與放電功率P都與視在放電電荷及起始放電電壓有關(guān)。因此，所有影響視在放電電荷和放電電壓的因素都會(huì)影響放電功率或放電能量。此外，放電功率還與放電重復(fù)率有關(guān)，因此，影響放電重復(fù)率的因素也會(huì)影響放電功率。四、影響放電平均電流和均方率的因素 根據(jù)平均電流和均方率的定義，可以看出每秒鐘內(nèi)放電的次數(shù)越多，每次放電的放

19、電量越大，則平均電流或均方率就越大。因此，影響放電次數(shù)和放電量的因素也都會(huì)影響平均電流和均方率。五、影響放電起始電壓和放電熄滅電壓的因素凡是對(duì)氣隙中的電場(chǎng)分布和氣隙中氣體擊穿場(chǎng)強(qiáng)有影響的因素，如介質(zhì)和氣體的相對(duì)介電系數(shù)、介質(zhì)和氣隙的厚度、氣隙的形狀、氣隙中氣體的性質(zhì)及壓力等都會(huì)影響放電起始電壓和放電熄滅電壓。有些絕緣材料中的氣隙放電起始電壓還與施加電壓的時(shí)間有關(guān)，如環(huán)氧紙板在20時(shí)，用快速升壓測(cè)得的放電起始電壓比逐級(jí)升壓測(cè)得的高3.5倍。而在溫度為60時(shí)這種差別就小得多。有的實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)氣隙直徑小時(shí)，這種起始放電的延遲效應(yīng)更為明顯。在有延遲效應(yīng)的情況下，起始放電電壓的測(cè)定最好補(bǔ)充規(guī)定電壓上升到

20、起始放電時(shí)所需的時(shí)間不少于某一規(guī)定值，或者規(guī)定采用逐級(jí)升壓法升壓，并規(guī)定每級(jí)停留的時(shí)間。放電熄滅電壓一般略低于放電起始電壓，在放電過(guò)程，氣隙狀態(tài)發(fā)生了變化，或由于局部放電產(chǎn)生了新的氣隙，則在較低的電壓下仍然可以保持放電，這時(shí)放電熄滅電壓將明顯地降低。2.4 各類局部放電的特點(diǎn)根據(jù)局部放電發(fā)生的位置和機(jī)理的不同，電氣設(shè)備中發(fā)生的局部放電大致可分為三種類型：(1)絕緣介質(zhì)內(nèi)部的局部放電；(2)絕緣介質(zhì)表面的局部放電；(3)高壓電極尖端的電暈放電。各種局部放電的起始條件、放電波形以及放電隨施加電壓的變化規(guī)律各不相同，以下將分別予以討論。2.4.1 絕緣介質(zhì)內(nèi)部的局部放電在絕緣介質(zhì)內(nèi)部或介質(zhì)與電極之間

21、的氣隙放電，都屬于內(nèi)部局部放電，這種放電的特性與介質(zhì)的特性和氣隙的形狀、大小、位置以及氣隙中氣體的性質(zhì)有關(guān)。一、內(nèi)部局部放電的起始電壓對(duì)于不同的絕緣結(jié)構(gòu)和不同形狀的氣隙，內(nèi)部放電的起始電壓估算方法也各不相同?，F(xiàn)以平板結(jié)構(gòu)為例討論其放電起始電壓的估算公式。圖2.1中，外加電壓為u時(shí)有 (2.21)可以推出 (2.22)當(dāng)氣隙上電壓升到氣隙擊穿電壓UCB時(shí)，施加于試樣兩端的電壓ui為起始放電電壓，則 (2.23)式中ECB為氣隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)，通常由巴申定律ECB=f(P·d)曲線查得，其中P為氣隙內(nèi)氣壓。由于介質(zhì)內(nèi)部氣隙的放電與金屬電極間形成的均勻電場(chǎng)中的氣體放電有區(qū)別，例如：（1）氣

22、隙的上下表面不一定象金屬電極間那樣完全處于等位面中；（2）氣隙中前次放電留下的空間電荷會(huì)影響氣隙中的電場(chǎng)分布，從而使氣隙的實(shí)際擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降；（3）氣隙中前次放電在氣隙表面形成的半導(dǎo)體層也會(huì)使實(shí)際擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降；（4）實(shí)際試樣中氣隙不完全是扁平或不是垂直于電場(chǎng)方向的。所以用巴申曲線查得的ECB來(lái)計(jì)算的起始電壓值與實(shí)際測(cè)得值往往不完全相符，但差別一般不超過(guò)士15%。二、放電波形通常絕緣介質(zhì)內(nèi)部的氣泡放電，在橢圓示波器上可以看到正負(fù)半周放電脈沖的圖形基本上是對(duì)稱的，如圖1.8所示。在放電初始（外加電壓較低時(shí)），局部放電總是出現(xiàn)在試驗(yàn)電壓瞬時(shí)值上升接近90°或270°的相位上；隨著外

23、加電壓的增高，出現(xiàn)放電脈沖的相位范圍逐漸擴(kuò)展，甚至可以超過(guò) 0°和180°，但在90°和270°之后的一段相位內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)放電脈沖。另外，各次放電大小不等、疏密度不均勻，放電量小的間隔時(shí)間短、放電次數(shù)多；放電量大的間隔時(shí)間長(zhǎng)、放電次數(shù)較少。這些現(xiàn)象說(shuō)明介質(zhì)內(nèi)部氣隙的實(shí)際放電過(guò)程要比前面理論分析的更復(fù)雜。當(dāng)氣隙處于金屬（電極）與絕緣介質(zhì)之間時(shí)，橢圓示波圖上的工頻正負(fù)半周放電波形是不對(duì)稱的。如果靠氣隙一邊的導(dǎo)體是高壓端，則放電的波形是正半周放電大而稀，負(fù)半周放電小而密，如圖2.4所示。如果靠氣隙一邊的導(dǎo)體是接地的，則放電波形也反過(guò)來(lái)，即負(fù)半周是大而稀正半周是小

24、而密。這是由于導(dǎo)體為負(fù)極性時(shí)發(fā)射電子容易，氣隙的擊穿電壓UCB降低，因此出現(xiàn)小而密。更容易發(fā)生放電現(xiàn)象圖2.5所示的是絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙一次放電的波形。這種放電波形與氣隙的形狀、氣隙內(nèi)表面的狀態(tài)以及氣隙中氣體的性質(zhì)都有關(guān)。圖2.5(a)是氣隙內(nèi)表面電阻高(1016W)的放電波形；圖2.5(b)是氣隙內(nèi)表面電阻低(109W)的放電波形。前者時(shí)間較短，后者波尾較長(zhǎng)。這種差別反映了兩種不同的放電機(jī)理。（a） (b)圖2.5 絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電脈沖波形，（a）氣隙內(nèi)表面電阻高，（b）氣隙內(nèi)表面電阻低 當(dāng)氣隙內(nèi)表面電阻高時(shí)，由于放電而產(chǎn)生的電荷只是集中在放電通道所對(duì)應(yīng)的氣隙表面上，而不會(huì)均勻分布在氣隙的

25、上下底的整個(gè)表面上。因此，在電荷聚集的地方產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，使整個(gè)氣隙中的電場(chǎng)畸變而產(chǎn)生流柱型放電。這種放電是由光子激勵(lì)發(fā)展電子崩而形成通道。電子、離子是均勻產(chǎn)生于通道之中，靠陰極近的正離子很快移向陰極，而靠陰極遠(yuǎn)的正離子被放電所積聚的負(fù)電荷吸引，因此在通道中正離子消失得比較快，即放電波形的波尾比較短，但這種放電的放電量比較大，即放電波形的幅值高。一次流柱放電至少需106個(gè)電子崩，每一電子崩約需104個(gè)自由電子組成，一次流柱放電最少需要7.6×108個(gè)電子，這相當(dāng)于122pC的放電電荷。 當(dāng)氣隙表面電阻較小時(shí)，放電產(chǎn)生的電荷能較快地分散到整個(gè)氣隙表面，使氣隙中的電場(chǎng)比較均勻。這時(shí)氣隙中

26、的放電屬于碰撞電離（湯姆遜放電）。由于大部分正離子要向負(fù)電極移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)（只有少數(shù)被負(fù)離子中和而消失），故放電波尾較長(zhǎng)。2.4.2 表面局部放電 沿介質(zhì)表面的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到其擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生的局部放電稱為表面局部放電。這主要存在于不均勻電場(chǎng)中（電極邊緣處），如圖2.6(a)，電場(chǎng)可以分解為具有平行于介質(zhì)表面的電場(chǎng)分量Ea和垂直于介質(zhì)表面的電場(chǎng)分量Eb；又因介質(zhì)的沿面擊穿電壓遠(yuǎn)低于介質(zhì)內(nèi)部的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，因此，電極邊緣具有較高的Ea分量時(shí)，沿介質(zhì)表面就會(huì)發(fā)生局部放電。圖2.6(b)為沿介質(zhì)表面發(fā)生滑閃放電時(shí)電極邊緣處介質(zhì)的等值電路。圖中各參數(shù)分別定義為：（1） C1=e1/d，為介質(zhì)表面單位長(zhǎng)度下

27、，單位面積相對(duì)于下部電極的等值電容；（2） C2=ke2，為介質(zhì)表面相鄰單位面積之間的等值電容；（3） R1=rvd，為介質(zhì)柱體的電阻，rv為介質(zhì)等值體積電阻率，柱體高度即為d，柱端面積為單位面積；（4） R2=rs，為介質(zhì)表面相鄰單位面積之間的等值電阻，rs為為介質(zhì)表面電阻率；（5） e1、e2分別為絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)及周圍物質(zhì)的介電常數(shù)。 以下按圖2.6 (b)的鏈?zhǔn)降戎惦娐穪?lái)分析介質(zhì)表面局部放電。一、表面局部放電起始放電電壓ui及平均場(chǎng)強(qiáng)Ei 根據(jù)圖2.6(b)的等值電路，以電極a1的邊緣作為坐標(biāo)原點(diǎn)O，沿電極表面介質(zhì)的長(zhǎng)度為l。a1、a2間施加交流電壓，距O點(diǎn)x處的電壓為，則 （2.2

28、4）式中。沿 介質(zhì)表面的電場(chǎng)強(qiáng)度為 （2.25）在x=0，即電極a1的邊緣處場(chǎng)強(qiáng)最大， （2.26） 當(dāng)達(dá)到介質(zhì)的表面擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，電極邊緣介質(zhì)表面發(fā)生局部放電，則表面局部放電的起始電壓為 （2.27） 對(duì)工業(yè)電介質(zhì)而言，工頻下，R1可以忽略不計(jì)；如果介質(zhì)周圍物質(zhì)的電阻率很高，其表面電阻率rs 很大（rs >1012·m），工頻下，R2也可以忽略不計(jì)，則 （2.28）通常l足夠長(zhǎng)，th(al)1，因而式(2.27)可簡(jiǎn)化為 （2.29）則 （2.30） 當(dāng)rs1012·m時(shí)（用工業(yè)液體電介質(zhì)浸漬的絕緣都是如此），可近似忽略C2，則 （2.31） （2.32）則 （2.33） 由（2.30） 、（2.33）可見(jiàn)，表面局部放電的起始電壓ui與介質(zhì)厚度有關(guān)，可用下式表達(dá)為 （2.34）式中B為與介質(zhì)的形狀、尺寸、材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。表面局部放電的平均起始場(chǎng)強(qiáng)為 （2.35） 由（2.35）可見(jiàn)，局部放電的起始電場(chǎng)強(qiáng)度Ei隨絕緣厚度d的減小而增大。