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由于空气游离就会发生放电,2 电晕负载特性分析

发布时间 : 2020-03-29 23:46    点击量:

发布时间:14-08-13 17:35分类:技术文章 标签:局部放电特征 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,*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。*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*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,*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。按照这样的考虑方法,将电极组合的等值回路如图所示。 图3-1电极组合的电气等值回路 在图3-1中,Cg:是串入绝缘物中放电间隙(比如气泡)的电容;Cb:是和Cg串联的绝缘物部分的电容;Cm:除了Cb和Cg以外的电极之间的电容。 设电极间总的电容为Ca,则 (3-1) 在这样的等值回路中,当对电极间施加交流电压Vt(瞬时值)时,在Cg上不发生火花放电的情况下,加在Cg上的电压vt由下式表示 (3-2) 在图中,随着外施电压Vt的升高,vt也随着增大,vt达到Cg的火花电压vp时,在Cg上*产生火花放电。这时,Cg间的电压和式中的vt逐渐发生差异,如设它为vg由于放电的原因,vg迅速地从vp下降到vr(剩余电压)。现设在Cg间,经过t秒后放出的电荷为Q(t),则 (3-3) 式中,Cgr是从Cg两端看到的电容,它等于 (3-4) 所以得到 (3-5) 这里,将vg从vp大致变成vr的时间称为局部放电脉冲的形成时间。当将这些量表示成时间的函数时,成为图3-2的曲线。 图3-2 Cg间的放电电荷和电压随时间变化的曲线 局部放电脉冲的形成时间,除了极端不均匀电场和油中放电的情况之外,一般是在0.01s以下,而且认为vr大致是零。在上述前提下,观察一下各个电气量的情况(局部放电几个主要参量)。 (1)视在放电电荷q。它是指将该电荷瞬时注入试品两端时,引起试品两端电压的瞬时变化量与局部放电本身所引起的电压瞬时变化量相等的电荷量,视在电荷一般用pC(皮库)来表示。 (2)局部放电的试验电压。它是指在规定的试验程序中施加的规定电压,在此电压下,试品不呈现超过规定量值的局部放电。 (3)局部放电能量。是指因局部放电脉冲所消耗的能量。 (4)局部放电起始电压Vi。当加于试品上的电压从未测量到局部放电的较低值逐渐增加时,直至在试验测试回路中观察到产生这个放电值的*低电压。实际上,起始电压ui是局部放电量值等于或超过某一规定的低值的*低电压。 (5)局部放电熄灭电压Ve。当加于试品上的电压从已测到局部放电的较高值逐渐降低时,直至在试验测量回路中观察不到这个放电值的*低电压。实际上,熄灭电压ue是局部放电量值等于或小于某一规定值时的*低电压。 下面所述的电压,电容,电荷及电能的单位分别采用(V),(F),(C)及(J)表示。 根据式(3-5),各个局部放电脉冲的放电电荷为 (3-6) 设,,则可得 (3-7) 应用式(3-4)及式(3-6),各个局部放电的能量为 (3-8) 设(即),,则可得 (3-9) 其次,设由于局部放电引起试品电极间的电压变化为,则 (3-10) 利用式(3-6),消去,可得 (3-11) 引入新的参数q (3-12) 利用式(3-1),经过变换后,可写成下列形式 (3-13) 从电极间来看,*好像是q的电荷已经放掉一样,发生了的电压变化。 q称为视在的放电电荷。由式可知,。在,或时,q为 (3-14) 在实际测量中,由于测量和是可能的,所以,能够求出q,但是qr一般是求不出的。 由式(3-8),放电能量为 (3-15) 利用式(3-6)和式(3-13),可得 (3-16) 现设,Cg放电时的外施电压瞬时值为Vs(局部放电起始电压的波峰值),利用式(3-2),w成为下列形式。 (3-17) 当时,w近似为 (3-18) 即,对于单一气泡放电的情况,若能测量局部放电起始电压和q的话,*可求出放电能量。 2、局部放电的分类 局部放电是由于电气设备绝缘内部存在的弱点,在一定外施电压下发生的局部的和重复的击穿和熄灭现象。随着绝缘内部局部放电的发生,将伴随着如光、热、噪音、电脉冲、介质损耗的增大和电磁波放射等现象的发生。这种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,或不同介电特性的绝缘层间,或金属表面的边缘尖角部位。所以以放电类型来分,大致可分为绝缘材料内部放电、表面放电及电晕放电。 (1)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*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。 当绝缘介质内出现局部放电后,外施电压在低于起始电压的情况下,放电也能继续维持。该电压在理论上可比起始电压低一半,也即绝缘介质两端的电压仅为起始电压的一半,这个维持到放电消失时的电压称之为局放熄灭电压。而实际情况与理论分析有差别,在固体绝缘中,熄灭电压比起始电压约低5%-20%。在油浸纸绝缘中,由于局部放电引起气泡迅速形成,所以熄灭电压低得多。这也说明在某种情况下电气设备存在局部缺陷而正常运行时,局部放电量较小,也*是运行电压尚不足以激发大放电量的放电。当其系统有一过电压干扰时,则触发幅值大的局部放电,并在过电压消失后如果放电继续维持.*后导致绝缘加速劣化及损坏。 (2)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,见图3-3。内介质与电极间的边缘处,在r点的电场有一平行于介质表面的分量,当电场足够强时则产生表面放电。在某些情况下,可以计算空气中的起始放电电压。 图3-3介质表面出现的局部放电 图3-4表面局部放电波形 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,见图3-4。当产生表面放电的电极处于高电位时,在负半周出现的放电脉冲较大、较稀;正半周出现的放电脉冲较密,但幅值小。此时若将高压端与低压端对调,则放电图形亦相反。 (3)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,*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。现以棒—板电极为例来解释,在负电晕情况下,如果正离子出现在棒电极附近,则由电场吸引并向负极运动,离子冲击电极并释放出大量的电子,在*附近形成正离子云。负电子则向正极运动,然后离子区域扩展,棒极附近出现比较集中的正空间电荷而较远离电场的负空间面电荷则较分散,这样正空间电荷使电场畸变。因此负棒时,棒极附近的电场增强,较易形成。 在交流电压下,当高压电极存在*,电场强度集中时,电晕一般出现在负半周,或当接地电极也有*点时,则出现负半周幅值较大,正半周幅值较小的放电。

②火花放电,是一种脉冲型放电

图6中7为7根电极,9为9根电极,从图6可以看出,在开始出现电晕放电时,电流增大较快,当达到几乎完全放电时,加大输出电压,电流增大速度减慢。此时消耗的大部分能量在气隙放电上。负载的谐振频率随输出功率的增大而降低,原因是前述的等效电容增大的缘故。电晕放电的输出功率与谐振频率f有关,在同样条件下,频率越高输出功率就越大,所以若要获得足够的处理功率得设法提高谐振频率,其中方法之一是减小升压变压器的漏感。

校准脉冲电压发生器电压波形上升时间为从0.1U0到0.9U0的时间,衰减时间定义为从峰值下降到0.1U0的时间。

可能很多朋友并不了解电晕这个词,电工学习网小编先来和朋友们讲讲什么是电晕。很多路边和小区中都有箱变和变压器,这些变压器都是110KV以上的高压电,很多朋友可能听到过在这些线路上有 “陛哩”的放电声,还有些朋友看见过上面有淡蓝色的光环,这就是电晕。 电晕是极不均匀电场中所特有的电子崩:流注形式的稳定放电。电晕现象是怎么产生的呢? 电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场,在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时,由于空气游离就会发生放电,形成电晕。因为在电晕的外围电场很弱,不发生碰撞游离,电晕外围带电粒子基本都是电离子,这些离子便形成了电晕放电电流。简单地说,曲率半径小的导体电极对空气放电,便产生了电晕。 电晕放电的特点:出现与日晕相似的光层,发出嗤嗤的声音,产生臭氧、氧化氮等。电晕引起电能的损耗,并对通讯和广播发生干扰。例如,雷雨时尖端电晕发电,避雷针即用此法中和带电的云层而防止雷击。 电晕多发生在导体壳的曲率半径小的地方,因为这些地方,特别是尖端,其电荷密度很大。而在紧邻带电表面处,电场E与电荷密度σ成正比,故在导体的尖端处场强很强。所以在空气周围的导体电势升高时,这些尖端之处能产生电晕放电。 长期以来,电晕被默认是“永不消失的”,电晕真的永不消失吗?电晕是带电体表面在气体或液体介质中局部放电的现象。常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内(例如高压导线的周围,带电体的尖端附近)。 通常均将空气视为非导体,但空气中含有少数由宇宙线照射而产生的离子,带正电的导体会吸引周围空气中的负离子而自行徐徐中和。若带电导体有尖端,该处附近空气中的电场强度E可变得很高。当离子被吸向导体时将获得很大的加速度,这些离子与空气碰撞时,将会产生大量的离子,使空气变成极易导电,同时借电晕放电而加速导体放电。因空气分子在碰撞时会发光,故电晕时在导体尖端处可见亮光。 高压电机定于线困在通风槽口及出槽口处,其绝缘表面的电场分布是极不均匀的。当局部场强达到一定数值时,气体发生局部游离,在电窝处出现蓝色晕光,产生电晕。电晕的发生伴随着热、奥、氧、氮的氧化物的产生,这些对电机绝缘都是极其有害的。另外由于热固性绝缘表面与槽壁接触不良或不稳定时,在电磁振动的作用下,将引起槽内间隙火花放电。这种火花放电造成的局部温升将使绝缘表面受到严重侵蚀。这一切都将对电机绝缘造成极大的损害。 所以电晕现象并不可怕,我们人类只要认识电晕、了解电晕,就可以采用一些措施或者方法来避免电晕现象。

③亚辉光放电,具有幅度比较小的离散脉冲,属于之前两类放电的中间过渡;

摘要:塑料薄膜的电晕处理技术广泛应用于包装及印刷工业中。为了增强塑料薄膜表面粘附力,必须进行表面电晕处理。介绍了电晕处理过程中气体放电的特性,对工作于串联谐振模式下的电晕负载等效电路及伏安特性作了详细的分析,给出了等效电路模型,通过对模型的仿真,与实验测试进行了比较。

1、局部放电测量法的理论分析

电晕放电图

(b)实验波形

在试品两端瞬时注入一定电荷量,使试品端电压的变化和由局部放电本身引起的端电压的变化相同,此注入量即为局部放电的视在电荷量。

电力变压器局部放电存在以下几种形式:

图4(b)是另外一种等效电路,考虑了气隙的损耗,用Rg来近似等效气隙中的能量损耗,Rs是表示负载导线电阻及电容漏电阻。此电路虽然考虑了气体放电过程中的能量损耗,但对于放电过程中的恒压特性未表示出来。

视在放电量校准器由校准脉冲电压发生器和校准电容串联组成,其参数主要包括:脉冲波形上升时间、衰减时间、内阻、脉冲峰值、校准电容值等。

④线圈间纵绝缘油通道击穿;

由图5等效电路建立仿真模型,用PSPICE9.2针对某种特定条件进行仿真,整个电路的谐振频率主要由Lp和Cg决定,取其参数为Lp=38mH,Cg=1.67nF,Cd=500nF,Rg=10kΩ,此时电路的谐振频率约为20kHz,升压变压器模型略去,直接用20kHz,200V方波电源代替,两个稳压管击穿电压设定为500V。

脉冲电流法的测试原理是试品产生一次局部放电,在其两端就会产生一个瞬时的电压变化,此时在被试品、耦合电容和检测阻抗组成的回路中产生一脉冲电流。脉冲电流经过检测阻抗会在其两端长生一脉冲电压,将此脉冲电压进行采集、放大、显示等处理,就可产生拒不放点的一些基本量,尤其是局部放电量。

a)放电模型 b)起始放电时 c)电压很高时

于是 Vs=LdEd+LgEg

校正电量发生器是测量局部放电时必备的仪器,它的性能参数直接关系到测试结果的准确性。

①辉光放电,属于非脉冲型放电

图1 介质阻挡放电示意图

2、局部放电测量仪常用的名词术语

③紧靠着绝缘导线和电工纸的油间隙击穿;

电晕放电性质相当于一个非线性有损电容,用Cg、Rg模拟,表面包有电介质的滚筒用Cb模拟,等效电路如图4所示。对于图4(a)电路,在气隙被击穿前Cg、Cb串联;击穿后非线性气体放电与Cb串联。此电路只是粗略的等效,对于气体放电过程中的特性未能等效出。

视在放电量校准器是一标准电量发生器,试验前它以输出某固定电量加之试品两端,模拟该试品在此电量下放电时局部放电测试仪的响应,此时调整刻度系数,确定局部放电检测仪的量程,以便在试验时测量该试品在额定电压下的视在放电量。因该放电量时以标准电量发生器比较后间接测出,而非直接测出,故此放电量称为“视在放电量”。

⑥其他固体绝缘的放电;

图3是气隙电压与外界作用电压的关系。在介质阻挡放电的电特性中,放电电压Vd是一个重要的电学参量,它的大小直接与放电的功率有关。可以定义一个平均放电电压Vd,它在放电作用周期内是一个常量。当放电间隙上的电压Vg小于Vd时,不发生放电现象。这时电路是由介质电容Cd和间隙电容Cg串联组成。当放电间隙电压Vg达到Vd时,就出现微放电,而且一直维持到外界电压达到最大值Vop为止。在存在微放电的整个时间过程内VgVd,放电电压Vd的数值在微放电出现时和截止后的电压值之间。该数值是一个平均值,主要决定于放电气体的成份,间隙中的粒子浓度以及间隙宽度等。

(1)局部放电

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