局部放電的種類

局部放電是指僅發生在部分橋接導體間絕緣的電氣放電，此現象可能發生在固 體絕緣的空洞中，也可能在液體絕緣的氣泡中，或發生於不同介電特性的絕緣層間，

或金屬表面的邊緣尖端部位等。若以放電類型概略上可以區分成下列三種類型：電 暈 放 電(corona discharges) 、 表 面 放 電 (surface discharges) 、 內 部 放 電 (internal discharges)。

1. 電暈放電

電暈放電是一種局部化的放電現象，導因於絕緣系統之局部電壓應力超過臨界值 時所產生之氣體電離化現象。因此，電暈放電一般係指存在導體表面之氣中放電 現象，當帶電體表面電位梯度超過空氣的絕緣強度(約 30kV/cm)時，會使空氣游 離產生電暈放電現象，特別是高壓電力設備，其常因設計、製造、安裝及維護工 作不良而形成電暈放電問題。通常發生位置為氣體或液體中電極的尖端凸出部份，

電暈放電示意圖及橢圓軌跡如圖 2-8 所示。

圖 2-8 電暈放電示意圖及橢圓軌跡圖 2. 表面放電

表面放電沿著不同型態絕緣體表面進行的放電現象，當介質在電場中的電場分量 比擊穿電場強時會出現表面放電，表面放電示意及橢圓軌跡如圖 2-9 所示。此 類放電可能出現在電纜終端處、絕緣碍子、套管、電力設備表面，或出現在導體 和介質彎角表面處。

圖 2-9 表面放電示意及橢圓軌跡圖 3. 內部放電

若絕緣材料內含有氣隙、痕裂、雜質等，此時可能會出現介質內部或介質與電極 之間的放電，其放電情況與介質特性及夾雜物的形狀、大小及位置皆有關係。

以下簡介五種絕緣材料內的局部放電現象[5, 17]:

(1) 單一空洞的內部放電

油浸絕緣紙及模鑄型絕緣物，若絕緣介質內含有空洞，單一空洞示意圖及橢 圓軌跡圖如圖 2-10 所示，均發生於正負半週之電壓峰值前。

圖 2-10 單一空洞示意圖及橢圓軌跡圖 (2) 橡膠絕緣裂縫的內部放電

橡膠絕緣電纜等若在電場方向有裂縫，其示意圖及橢圓軌跡如圖 2-11 所示，

發生於正負半週之電壓峰值處，正負半週之放電量大小及次數相當接近。

圖 2-11 絕緣裂縫示意圖及放電軌跡圖

(3) 樹脂模鑄絕緣內多空洞的內部放電

樹脂模鑄絕緣設備生產過程中若產生缺陷，於介質內有許多大小及形狀不一 之空洞，其放電示意圖及橢圓軌跡如圖 2-12 示，放電集中於 I、III 象限且分 佈角度較廣。

圖 2-12 多空洞多空洞放電示意圖及橢圓軌跡圖 (4) 介質內扁平空洞之放電

雲母及其他片狀絕緣物內若有扁平空洞，局部放電示意圖及橢圓軌跡圖如圖 2-13 所示，發生於各半週之電壓峰值前，且放電量大小各半週均相似。

圖 2-13 扁平空洞放電示意圖及橢圓軌跡圖 (5) 電樹

從導體尖端開始，或是從固體絕緣體內部瑕疵，開始產生像樹枝的形狀。電 樹的成長是在加壓後經過一段時間而形成，其樹幹與樹枝變成中空，在其中 空內就會發生特殊情況的內部放電現象，當電樹尚未長成的潛伏期，很難偵 察出放電的現象；一旦電樹長成，就可看到放電，而由於電樹成長快速，它 可能在很短期間內造成崩潰，使得電力設備崩壞，其放電示意圖及橢圓軌跡 圖如圖 2-14 所示。

圖 2-14 電數放電示意圖及橢圓軌跡圖

2. 局部放電的檢測電路

(1) 並聯法

(c) 平衡法

圖 2-16 脈衝電流法之接線方式 2.6

本章結論

絕緣材料的內部放電特性主要與絕緣材質及夾雜物形狀、位置和大小有關，在 電力設備的製程中，若絕緣材料存有瑕疵，將引起明顯的局部放電現象，進而加速 絕緣劣化，造成設備故障。若設備放電之起始和熄滅電壓越高則危害越小；反之若 放電起始和熄滅電壓越低，對於設備危害越大。倘若正確檢測到局部放電的特性資 料，加以統整分析，就可進一步辨識絕緣材料內存有何種絕緣缺陷，同時也可以掌 握絕緣的狀態，並對設備做適時的維護與檢修，以延長使用壽命，減少故障發生機 率，

所

以對電力設備例行週期性檢測有其必要性。

與被試物 被試物 同級電容

Cx

Ck

檢測阻抗 線路阻抗

V

局放檢測儀

Zd1 Zd2

高壓 AC

第三章 XLPE 電力電纜局部放電量測

3.1

前言

本研究製作含有人工瑕疵之XLPE 電力電纜接頭，將電壓加至額定電壓，利用 商業化局部放電檢測器LDP-5 利用電磁耦合檢測 XLPE 電力電纜瑕疵接頭之局部放 電，並將原始信號轉為局部放電3D (n-q-



)圖譜。本章將對試驗模型、試驗設備與 環境、局部放電3D 圖譜作一說明。

3.2

試驗模型

根據相關文獻指出電力電纜除了終端接頭較常發生故障外，使用中外在環境造 成之絕緣缺陷或是人為施工疏失對電力電纜故障佔有重要比例，其中電纜故障又以 電纜終端接頭連接處佔大部分比例[20]。有鑒於此，本試驗待測物為 25kV 等級之 XLPE 電力電纜，且製作常見人工瑕疵之電纜接頭，試驗模型分別為良好電纜接頭 (Type A 模型)、外半導電層過長(Type B 模型)、外半導電層過短(Type C 模型)與絕緣 層刀傷(Type D 模型)等四類電力電纜模型，XLPE 電力電纜試驗模型如圖 3-1 所示，

圖 3-2 至圖 3-4 為 Type B ~ Type D 瑕疵示意圖。

圖 3-2 外半導電層過長示意圖

圖 3-3 外半導電層過短示意圖

圖 3-4 絕緣層刀割傷示意圖 TD: 絕緣層刀割傷

標準外半導電層長度

披覆層 遮蔽銅線

絕緣層 銅導體

3.3

檢測環境與設備

3.3.1 局部放電檢測系統

本檢測量測環境主要分為高壓室與控制室兩部份，圖 3-5 為局部放電檢測系統 方塊圖。檢測流程為在控制室利用高壓控制盤對隔離變壓器加壓，隔離變壓器電壓 再送至升壓變壓器，升壓變壓器高壓端加在電力電纜的導體層，接地端與遮蔽銅線 連接在一起。利用LDP-5 局部放電檢測器配用電感型感測器(L sensor)與高頻電流傳 感器(HFCT)量測電纜遮蔽銅線上之電流信號，高壓室內電纜實際量測圖如圖 3-6 所 示。最後利用資料擷取卡(PXI-5105)將信號傳送至電腦，並用 LABVIEW 編撰量測 人機介面，做為局部放電信號即時檢測與儲存。

圖 3-5 局部放電檢測系統方塊圖

圖 3-6 高壓室內電纜實際量測環境

3.3.2 局部放電檢測器

本檢測利用德國LDIC 公司研製之商業化 LDP-5 局部放電檢測器來檢測 XLPE 電力電纜局部放電的信號，此設備外觀如圖 3-7 所示。其優點包括靈敏度可達 0.05pC、

體積小適合戶外在線量測、依照量測對象不同可選用不同感測器。本檢測選用電感 型感測器(L sensor)量測電力電纜遮蔽銅線上電流，當局部放電發生時，遮蔽銅線會 有電流流過，電感型感測器會感應遮蔽銅線附近磁場的變化，LDP-5 會將此信號轉 為正向的電流脈衝信號，典型局部放電電流脈衝信號如圖 3-8 所示，局部放電電流 脈衝信號上升時間會比下降時間快。

圖 3-7 LDP-5 局部放電檢測器

圖 3-8 典型局部放電電流脈衝信號

3.3.3 量測人機介面建立

本檢測利用資料擷取卡 PXI-5105 配合外接箱來將量測到的局部放電信號擷取 進電腦，外觀如圖 3-9 所示，優點有取樣率可高達 60MHz、12bit 解析度、8 個同 步取樣通道。本實驗利用電感型感測器量測局部放電信號並與台電 60Hz 電源週期 作比較，本檢測所設定取樣率為2M/s，共擷取 24 個電源週期，即 80 萬個資料點。

本檢測對每種瑕疵電纜共量測 40 筆測試數據。局部放電量測人機介面，利用 LABVIEW 編撰如圖 3-10 所示，圖中藍色線為台電電源，紅色線為局部放電電流脈 衝信號，將此原始信號儲存作後續分析使用。

0.145815 0.145825 0.145835 0.145845 0.145855 0

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Time (sec)

Voltage (V)

圖 3-10 局部放電量測人機介面

3.4

局部放電

3D 圖譜

根據前述電纜的檢測可量測原始局部放電信號，接著將原始放電信號轉為局部 放電3D 圖譜，該圖譜由 n-q-



三種分量所構成，n 為放電次數，q 為放電量，



為 放電相位。圖 3-11 至圖 3-14 分別為 Type A 至 Type D 四種電力電纜檢測所測得之 3D 圖譜。

於3D 圖譜中可觀察出各瑕疵模型之差異:Type A 為良好之電纜試驗模型，發生 於負半週，因為放電量小於10pC 不至於對電纜絕緣發生危害；Type B 為外半導電 層過長，放電分佈於負半週期，其放電次數高，最大放電量約37pC; Type C 為外半 導電層過短，此類瑕疵放電主要分佈於 0°~90°與 180°~270°之間，且放電次數小，

但最大放電量可達200pC，於本實驗中屬於嚴重之人為瑕疵類型；Type D 為絕緣層 有刀割傷，放電分佈類似於Type C，其最大放電量不超過 100pC。

本檢測量測到之局部放電3D 圖譜為 90×200 矩陣大小，在圖譜辨識時，若直接 將 3D 圖譜整個載入辨識系統，將會嚴重影響辨識系統整體運作效率，所以本研究 將從 3D 圖譜中萃取重要特徵，以提高後續辨識分析效果，此特徵萃取方法將於第 四章做介紹。

圖 3-11 Type A 試驗模型之 3D 圖譜

圖 3-12 Type B 試驗模型之 3D 圖譜

圖 3-13 Type C 試驗模型之 3D 圖譜

圖 3-14 Type D 試驗模型之 3D 圖譜

本試驗訓練與測試用之數據規畫，其中進行訓練與測試的試驗數據共120 組，

訓練用數據有60 組，測試用數據有 60 組，表 3-1 所敘述四種放電模型量測的試驗 數據組數及應用於類神經網路時所代表的目標輸出值。

表 3-1 試驗模型量測描述

模型編號 描述說明 試驗數據(120 組)

Type A 良品 30

Type B 外半導電層過長 30

Type C 外半導電層過長 30

Type D 絕緣層刀傷 30

3.5 本章結論

局部放電檢測目的為了解設備故障程度及故障種類，根據相關文獻指出，不同 種類的放電模式其放電特性會不同，不同的檢測方法適用於不同電力設備。若同一 設備其放電起始和熄滅電壓越高則危害越小；反之若放電起始和熄滅電壓越低，表 示設備危害越大。局部放電檢測對於電力設備健康是一重要指標，若設備在製作過 程中若設備絕緣材料中有瑕疵，或是現場人員施工中未注意施工規則而產生瑕疵，

則會發生局部放電現象。局部放電會導致絕緣系統老化，更進一步會導致設備故障，

則會發生局部放電現象。局部放電會導致絕緣系統老化，更進一步會導致設備故障，

在文檔中 電力電纜絕緣狀態評估研究---基於局部放電的地下電纜中間接頭瑕疵特徵辨識系統及故障點定位之研究 (頁 22-0)