摘 要：如今，隨著科技的飛速發(fā)展，變壓器運(yùn)用于各個領(lǐng)域，四處可見各式各樣的變壓器。本文主要針對在直流電壓下油紙絕緣中局部放電的高頻特性，設(shè)計(jì)了油紙絕緣模型和局部放電檢測實(shí)驗(yàn)，闡述了油紙絕緣介質(zhì)的放電特性，根據(jù)其輸出的脈沖電流信號分析出此實(shí)驗(yàn)的高頻特性，更加了解絕緣材料的絕緣情況。

關(guān)鍵詞：直流電壓;油紙絕緣;局部放電

1? 油紙絕緣及局部放電的概述

1.1? 絕緣簡介

將帶電物體通過使用不導(dǎo)電的物質(zhì)進(jìn)行隔離或包裹起來，不與其他導(dǎo)電體產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移，良好的絕緣對線路和人身安全起到重要的作用，是日常生活和工作不可或缺的器件，我們成為絕緣。

1.2? 局部放電簡介

局部放電（partial discharge）是在外加電壓下電氣設(shè)備產(chǎn)生的場強(qiáng)使絕緣部分產(chǎn)生局部區(qū)域發(fā)生的放電，但是在放電區(qū)域內(nèi)未形成放電通道的放電現(xiàn)象。

高壓設(shè)備常規(guī)性損壞的主要原因有：每一次的局部放電都對高壓設(shè)備的絕緣材料產(chǎn)生一定的損耗，輕微的局部放電對設(shè)備絕緣產(chǎn)生的影響較小，絕緣強(qiáng)度下降較慢，然而強(qiáng)烈的局部放電對設(shè)備絕緣產(chǎn)生的影響較大，絕緣強(qiáng)度下降很快。

2? 實(shí)驗(yàn)概述

2.1? 局部放電實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

直流下局部放電的實(shí)驗(yàn)原理圖如圖1所示，其中R為200MΩ的理想型電阻，C為30nF的理想電容，電阻R0與R1組成了一個1：10000的電阻分壓器，在R0兩端便可以測出直流電壓的值，Rd是100Ω的無感電阻，Rz是數(shù)百kΩ阻值的水電阻，R50為50Ω的匹配電阻，P是電壓抑制器，Cx是試品電容，Ck是85pF的耦合電容。超高頻傳感器則是為了提高局部放電檢測的靈敏度和可靠性。

當(dāng)輸入220V交流電壓后，電流經(jīng)過直流高壓發(fā)生器將交流轉(zhuǎn)化為直流信號向后輸入，電阻分壓器進(jìn)行了一部分電流的分流，經(jīng)過水電阻后又分流，一部分進(jìn)入耦合電容直接接地，另一部分經(jīng)過試品電容進(jìn)入屏蔽盒，屏蔽盒是為了屏蔽背景噪聲，減少所帶來的測試偏差，屏蔽盒輸出的電流直接輸入示波器CH1;超高頻傳感器直接接示波器的CH2，示波器的O、T直接接地，通過示波器記錄下波形及其他參數(shù)。

2.2? 油紙絕緣模型

油紙絕緣模型如圖2所示，試驗(yàn)電極模型如圖3所示，主要由三層1mm的相同材質(zhì)絕緣紙板粘接而成，其結(jié)構(gòu)為邊長為125mm的正方形;絕緣紙板中間層的幾何中心處有一半徑為15mm的理想圓孔，高壓電極位于圓孔的正上方，加入電流后高壓電極擊打油紙絕緣紙板，產(chǎn)生脈沖波形，同時產(chǎn)生噪聲。

當(dāng)直流電壓達(dá)到一定值時，圖2試品電容在直流電壓下會產(chǎn)生局部放電信號，通過超高頻傳感器傳到示波器進(jìn)行顯示，記錄下顯示的波形方便后期進(jìn)行比較;逐漸升高電壓，高壓電極不停地?fù)舸蛴图埥^緣紙板，由于電壓值得不同產(chǎn)生的脈沖電流波形信號也不同;當(dāng)電壓升高到某個值時，會出現(xiàn)明顯的放電的聲音，這是油紙絕緣紙板被頻繁擊穿的現(xiàn)象;油紙絕緣紙板在直流高壓作用下在電極電蝕的作用下，發(fā)生了明顯的變化，實(shí)驗(yàn)后可發(fā)現(xiàn)油紙絕緣紙板中心處出現(xiàn)凹陷。

3? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)原理及步驟，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證可得如下類所示的直流局部脈沖圖。

如圖4所示，直流局部放電所發(fā)生的時間段為橫坐標(biāo)，雙坐標(biāo)分別為流經(jīng)試品電容的電流信號im與發(fā)生局部放電時試品電容兩端的電壓信號um;如圖5所示，無感電阻采集直流局部放電電流波形展開圖中，橫坐標(biāo)任然為時間，縱坐標(biāo)為放電脈沖電流;分析無感電阻采集的典型直流局部放電波形，以及其展開圖可知隨著時間的持續(xù)，脈沖波形逐漸衰弱趨于平滑，首脈沖持續(xù)的時間約為500ns。

經(jīng)過多次反復(fù)的測試，得到圖6的脈沖電流信號頻譜特性，由圖可知：無感電阻采集的脈沖電流信號的頻譜特性主要集中在低頻段1～25MHz范圍內(nèi)，隨著信號頻率的逐漸增大，信號強(qiáng)度逐漸衰弱直至消失甚至難以測量。

4? 結(jié)束語

進(jìn)入新世紀(jì)，變壓器成為生活不可或缺的一部分，“電”也是我們幾乎每時每刻都在使用的“工具”，絕緣材料是保障人身安全的一種重要器件，在這樣的社會背景下，對絕緣材料的要求越來越精，根據(jù)不同的絕緣材料在直流電壓中局部放電的高頻特性，可運(yùn)用于不同的器件中，達(dá)到成本低、效率高、節(jié)能環(huán)保的效果;好的絕緣材料不僅能帶來便利，也能為工業(yè)發(fā)展、科學(xué)研究、航空航天等提供更好的技術(shù)支持。

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作者簡介：

孫活，男，副教授，四川鐵道職業(yè)學(xué)院，研究領(lǐng)域：信息與通信工程、電子技術(shù).

（四川鐵道職業(yè)學(xué)院）