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局部放电的机理

发布时间:2020-05-28 00:50:46人气:

绝缘体中只有局部区域发生放电,而没有贯穿施加电压的导体之间,这种现象称之为局部放电。局部放电可能发生在绝缘体的内部,也可能发生在表面,前者称为内部局部放电,后者称为表面局部放电。发生在被气体包围的导体附近的放电称为电晕放电。

当绝缘体中局部地区的电场强度达到击穿场强时,该区域就发生放电。在实际的绝缘体系中,有的是由复合材料构成的,在不同的材料中的电场强度不同,而且击穿场强也不同,这就可能在某种材料中首先出现局部放电。有的绝缘体系虽然是由单一的材料做成,但由于在制造中残留,或在使用中绝缘老化而产生气泡、裂缝或其它杂质,在这些绝缘的缺陷中往往会首先发生放电,其中最常发生的是气泡的放电。因为气体的介电常数总是小于液体或固体材料的介电常数。在交变电场下,电场强度是与介电常数成反比的,所以气泡内的电场强度达到击穿场强时,气泡就首先发生放电,而其它介质仍然保持绝缘性能,这就形成了局部放电。

产生局部放电的主要原因是电介质不均匀时,绝缘体各区域承受的电场强度不均匀,在某些区域电场强度达到击穿场强而发生放电,而其它区域仍然保持绝缘的特性。大型电力变压器基本采用油一纸复合绝缘及油一屏障绝缘结构,局部放电一般发生在绝缘薄弱或电场强度偏高的部位。

油纸绝缘的气隙以及油中气泡里产生局部放电需要具备两个必要条件:其一是气隙中的电场强度超过放电起始场强;其二是气隙内存在有效的自由电子。二者必须同时存在,缺一不可。按照放电机理,局部放电分为三类:

1)汤逊放电,以电子碰撞电离为主,电子崩中电子数目小于10^8个。放电条件是当空隙中场强E在放电起始场强Es和临界场强Ec之间时存在有效自由电子。临界场强Ec是指当电子崩由于空隙壁上沉积的表面电荷足够多而使放电停止时,这些表面电荷产生的场强。
2)流注放电,以光电离为主,空隙中存在起始电子且流注条件得以满足时发生的放电。要求空隙直径必须大于流注直径四倍以上,以便于流注的传播。
3)热电离放电,以热电离为主,当温度大于1000℃以上时发生。

加拿大的R. Bartnikas等根据放电的表现形式将小间隙局部放电分为三类:
1)火花放电,持续时间1-100ns,属于脉冲型放电。包括低幅度、慢上升时间的汤逊型火花放电和大幅度、快上升时间的似流注火花放电;
2)辉光放电,具有无脉冲性质,放电时观察不到单个分离脉冲,但可以观察到放电时产生的辉光,占据半个工频周期的大部分区域;
3)亚辉光放电,这种放电是由一群小幅度的离散脉冲组成,脉冲的上升时间很慢,是辉光放电和火花放电之间的过渡形式。三种放电形式的存在和转变与气隙大小、气隙上的过电压、气压等有关。

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