局部放電
??局部放電是由于在絕緣材料層或屏蔽表面界面上的空隙的空氣分解。這個(gè)放電導(dǎo)致聚合物最終退化和擊穿。這一過程涉及的電子和離子的撞擊是電纜中絕緣擊穿的主要原因。空隙存在可能是由于雜質(zhì)導(dǎo)致的界面接觸不好，老化引發(fā)的退化也許與制造過程相關(guān)。該部分包括聚合物絕緣電性能基本原理。在這里指出局部放電方面沒有直接關(guān)系的絕緣材料現(xiàn)象，但在本章中不包括：這些包括沿著導(dǎo)體和屏蔽傳輸?shù)母哳l信號(hào)，周圍區(qū)域輻射的電磁波，以及發(fā)射的光波和聲波。應(yīng)該查閱參考文獻(xiàn)來研究放電類型或脈沖幅值的重要性。
??1.空隙里發(fā)生了什么
??擠出電纜絕緣里可能會(huì)存在小的空隙，由于老化引起的改變導(dǎo)致它們的發(fā)展。符合工業(yè)規(guī)范要求的擠出電纜中不應(yīng)存在超過一定尺寸的空隙。在新制作電纜上進(jìn)行局部放電測試能防止帶有一定尺寸（和數(shù)量）空隙的電纜到達(dá)用戶的手上。
??必須知道空氣（在空隙里）的介電強(qiáng)度。絕緣的介電強(qiáng)度越大，在放電條件下的電阻就越大。因此，當(dāng)（聚乙烯或XLPE）絕緣薄膜的介電強(qiáng)度本身很高時(shí) （也許高達(dá)16000V/mil），而空氣的介電強(qiáng)度則低2~3個(gè)數(shù)量級(jí)，這是最容易受加速電子老化的。
??對已發(fā)生的放電，空隙的尺寸（直徑）、形狀、壓強(qiáng)和溫度都有顯著影響。當(dāng)遭遇帶電的電子時(shí)不同的絕緣材料會(huì)有不同的響應(yīng)，但是空氣的基本老化響應(yīng)是不變的。
??空氣的老化過程會(huì)導(dǎo)致形成額外的電子和離子，如圖6-11所示。
??約含有80%氮?dú)獾目諝獾慕到饪赡軙?huì)導(dǎo)致形成離子和其他有氮的（例如氮氧化物）降解產(chǎn)生物一旦產(chǎn)生新形成的離子和電子，它們會(huì)繼續(xù)這個(gè)過程；攻擊空隙中剩余的空氣，如圖6-12所示。
??在某一時(shí)刻，臨界值一過就會(huì)發(fā)生擊穿；這個(gè)擊穿被稱為是局部放電起始電壓 （PDIV）。在擊穿之后，穿過空隙的電壓立即降為0 （或接近 0）。這就是局部放電熄滅電壓（PDEV）。如要繼續(xù)放電過程和發(fā)生額外的擊穿， 電壓必須再次建立起來?？障吨锌諝獾慕到饩褪侵貜?fù)這一過程，是非常有害的。因 此，放電導(dǎo)致空隙的擊穿，引起空氣降解。
??2.局部放電過程
??在雪崩過程發(fā)生時(shí)，絕緣層的固/氣界面會(huì)受到大量電子轟擊。這會(huì)導(dǎo)致絕緣 分子鏈斷裂并產(chǎn)生解離副產(chǎn)物，如一氧化碳、二氧化碳、甲烷以及其他低分子量碳?xì)浠衔铮瑫r(shí)也會(huì)生成無機(jī)碳酸鹽。這些生成物會(huì)與氣體解離產(chǎn)物混雜在一起。解離出來的電子、離子以及其他產(chǎn)物將沉積在絕緣表面（這將大大增強(qiáng)絕緣表面的極性）。電子可能被束縛在表面上一段時(shí)間，然后再釋放出來。如果這一過程持續(xù)發(fā)生，解離過程將會(huì)導(dǎo)致從絕緣/氣孔界面向絕緣內(nèi)部發(fā)展，而不僅限于初始放電的氣孔。部分本來完好的聚合物絕緣將被解離后的聚合物取代。解離產(chǎn)生的高氧化性炭黑會(huì)破壞聚合物的連續(xù)性，形成電樹。在電樹發(fā)展的路徑里，充斥著放電產(chǎn)生的各種氣體。如果局部放電一直存在，電樹最終會(huì)延展到絕緣表面形成放電通道，導(dǎo)致材料的擊穿。
??相對于同種聚合物制成的薄膜或薄片，這一放電機(jī)制更容易發(fā)生在電纜絕緣中。因?yàn)榧庸け∧せ虮∑ㄈ缱⑺埽┑姆椒ǜ子谙^緣內(nèi)部缺陷，而電纜的擠出工藝常常不可避免地會(huì)在絕緣內(nèi)留下一些微小的氣孔，例如，傳統(tǒng)的中壓電纜絕緣厚度一般為175mil，而薄膜的厚度通常只有1 ~5mil。薄片的針刺測試會(huì)導(dǎo)致空洞的產(chǎn)生。
??在局部放電發(fā)生時(shí)，氣孔中的放電機(jī)理和絕緣內(nèi)放電常常是同時(shí)發(fā)生的。
??3. 局部放電的主要參數(shù)
??影響PDIV的主要因素：
??·氣孔形狀：大多數(shù)情況下，氣孔是球形或是橢圓形的。然而，氣孔在靠近 一個(gè)高能表面例如金屬顆粒時(shí)會(huì)被拉長。氣孔的形狀越尖銳，PDIV越低。
??·在電纜絕緣層內(nèi)的位置：對形狀和大小均相同的氣孔，離導(dǎo)體越近，PDIV 越低。
??·氣孔內(nèi)的氣壓：增大氣壓會(huì)提高PDIV，但是這一參數(shù)會(huì)隨著放電過程發(fā)生 變化，因?yàn)榉烹姰a(chǎn)生的氣體會(huì)導(dǎo)致氣壓的動(dòng)態(tài)改變。
??·孔洞大小：越大的孔洞越容易產(chǎn)生放電（在其他因素相同的情況下），因?yàn)?越大體積的氣體受到電子轟擊的可能性越大。
??在放電發(fā)生后，電壓降低，到一定程度時(shí)，放電停止，此時(shí)對應(yīng)的電壓被稱為 PDEV。經(jīng)過一段時(shí)間后，放電會(huì)反復(fù)發(fā)生。
??（2） 延遲時(shí)間
??一旦外加電壓達(dá)到擊穿電壓時(shí)，自由電子加速到產(chǎn)生放電所需要的時(shí)間被稱為 靜態(tài)延遲時(shí)間。（延遲時(shí)間越長，擊穿發(fā)生前所積累的實(shí)際擊穿電壓越高。）延遲時(shí)間由幾個(gè)主要因素決定：空氣（氧氣和氮?dú)猓┖徒^緣材料的擊穿機(jī)理。氧氣是電負(fù)性氣體，這意味著它比氮?dú)飧菀孜针娮?。在放電早期，電子被電?fù)性氣體如氧氣所束縛，這使得放電發(fā)生前有一段相對較長的等待時(shí)間。當(dāng)氧氣被消耗完時(shí)，等待時(shí)間就結(jié)束了。這段時(shí)間可能剛開始是幾分鐘，之后會(huì)急劇下降到微秒級(jí)。
??這一現(xiàn)象不僅存在于內(nèi)部氣孔放電，也存在于聚合物表面放電。當(dāng)聚合物表 面的分子鏈被氧化后，束縛電子的能力上升。被束縛的電子隨著放電的進(jìn)行會(huì)逐 步釋放。在放電的起始階段，只有很少的電子能夠脫離束縛。但是當(dāng)時(shí)間積累到 一定程度時(shí)，大量電子脫陷就導(dǎo)致整體放電的產(chǎn)生，這一時(shí)間對應(yīng)的就是延遲時(shí)間，在放電開始時(shí)，延遲時(shí)間很長，但隨著束縛電子逐步釋放后，延遲時(shí)間就會(huì)大大縮短。
??需要牢記的是，在放電發(fā)生時(shí)，正負(fù)離子會(huì)分別沉積在氣孔的相反兩側(cè)。
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