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浅谈局部放电产生的原因和危害

浏览次数:    发布日期:2018-07-16


1、局部放电产生的原因

所谓“局部放电”是指在电场作用下,绝缘系统中只有部分区域发生放电而并没有形成贯穿性放电通道的一种放电。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。大型电气设备的绝缘结构比较复杂,使用的材料多种多样,整个绝缘系统电场分布很不均匀。由于设计或制造工艺上不尽完善使绝缘系统中含有气隙,或是在长期运行过程中绝缘受潮,水分在电场作用下发生分解产生气体而形成气泡。因为空气的介电常数比绝缘材料的介电常数小,即使绝缘材料在不太高的电场作用下,气隙气泡部位的场强也会很高,当场强达到一定值后就会发生局部放电。另外绝缘内部存在缺陷或混入各种杂质,或者在绝缘结构中存在某些电气连接不良,都会使局部电场集中,在电场集中的地方就有可能发生固体绝缘表面放电和悬浮电位放电。

2、局部放电的类型

从局部放电发生的位置、放电过程和现象来看,局部放电可以分为三种类型:内部放电、表面放电和电晕放电。

1) 内部放电

造成内部局部放电的常见原因是固体绝缘体内部存在气隙或液体绝缘内部存在气泡。绝缘内部气隙发生放电的机理随气压和电极系统的变化而异,从放电过程而论,可分为电子碰撞电离放电和流注放电两类;在放电形式上可分为脉冲型(火花型)放电和非脉冲型(辉光型)放电两种基本形式。一般情况下,局部放电都属于脉冲型放电,可以在外加工频电压的一定相位上观察到单个分离的放电脉冲。在理论上,内部放电的放电图形在工频正、负半波是对称的,但由于气隙或气泡周围绝缘材料的绝缘电阻并非理想情况下的无穷大,同时由于在放电中可能发生沿气隙或气泡壁表面放电等原因,实际的正、负工频周期放电图形是不完全对称的,而且与电极系统的形式有很大的关系:电极系统结构越对称,正、负工频周期放电图形就越对称。

2) 表面放电

在电气设备的高电压端,由于电场集中,沿面放电场强又比较低,往往会产生表面局部放电;绝缘体表面放电的过程及机理与绝缘内部气隙或气泡放电的过程及机理相似,不同的是放电空间一端是绝缘介质,另一端是电极。如果电极系统是不对称的,发生在工频正、负半波的放电图形也是不对称的。当放电的一端是高压电极,不放电的电极接地时,正半周放电量大而次数少,负半周放电次数多而放电量小。如果电极系统相反,则放电图形也相反。

3) 电晕放电

电晕放电通常发生在高压导体周围完全是气体的情况下。由于气体中的分子自由移动,放电产生的带电质点不会固定在空间某一位置上。对于针-板电极系统,针尖附近场强最高而发生放电,由于负极性时容易发射电子,同时正离子撞击阴极发生二次电子发射,使得放电在负极性时最先出现。当外加电压较低时,电晕放电脉冲出现在外加电压负半周90°相位附近,并几乎对称于90°;当电压升高时,正半周会出现少量幅值大而数量少的放电脉冲。

以上是三种最基本的局部放电形式。此外,绝缘体中存在水珠、导电杂质、电气设备内部存在悬浮电位体也会引起局部放电;液体绝缘内部也可能出现固体表面局部放电和电晕放电。

3、局部放电的危害

局部放电对绝缘结构起着一种侵蚀作用,它对绝缘的破坏机理有以下几个方面:①带电粒子(电子、离子等)冲击绝缘,破坏其分子结构,如纤维碎裂,因而绝缘受到损伤;②由于带电离子的撞击作用,使该绝缘出现局部温度升高,从而易引起绝缘的过热,严重时就会出现碳化;③局部放电产生的臭氧(O3)及氮的氧化物(NO、NO2)会侵蚀绝缘,当遇有水分则产生硝酸,对绝缘的侵蚀更为剧烈;④在局部放电时,油因电解及电极的肖特基辐射效应使油分解,加上油中原来存在些杂质,故易使纸层处凝集着因聚合作用生成的油泥(多在匝绝缘或其他绝缘的油楔处),油泥生成将使绝缘的介质损伤角tgδ激增,散热能力降低,甚至导致热击穿的可能性。局部放电的持续发展会使绝缘的劣化损伤逐步扩大,最终使绝缘正常寿命缩短、短时绝缘强度降低,甚至可能使整个绝缘击穿。