从一朵电花到贯穿通道：局部放电起始电压与击穿电压差多远

标准解读 · 局部放电

从一朵电花到贯穿通道：局部放电起始电压与击穿电压差多远

同一条升压曲线上的两个节点，隔着气隙，也隔着工艺

一、两个电压，两件事

把一块绝缘件接上电，慢慢升高电压，会先后遇到两个节点。低处的那个叫局部放电起始电压，记作 Ui；高处的那个叫击穿电压，记作 Ub。

Ui 的定义写在 GB/T 7354—2018《高电压试验技术 局部放电测量》里：把明显低于预期值的电压加在试品上，逐步升压，直到出现超过规定判据的放电，这一点的电压就是起始电压。反向降压，放电降到同一判据以下时的电压叫熄灭电压 Ue。

Ub 的定义写在 GB/T 1408.1—2016 里：连续升压，直到试样击穿，记录那一瞬间的电压。

两个定义都清楚，但指向的不是同一件事：一个标志着“局部开始放电"，一个标志着“通道贯穿"。它们之间的差值，就是这篇文章要谈的那段距离。

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二、差多远，先看有没有气隙

问“差几倍"，答案取决于结构里有没有气隙，而这个答案的跨度很大。

先说气隙少的情形。薄膜浸在变压器油中试验，油把表面与层间的空隙填满，局部放电的起始点被压到很高的电压；真空浇注良好的环氧件也接近这一类。此时 Ui 往往达到 Ub 的七八成以上，两者靠得比较近。这类试品的危险在于“突发"——平时不放电，一放电就是击穿，缺少预警。

再说有气隙的情形。气隙的相对介电常数接近 1，而环氧约为 4，有机硅约为 3。串联分压下，气隙内的场强约为固体内的四倍，而空气在薄气隙里每毫米几个千伏就会放电。于是气隙先放电，固体还没到极限。

表 1　三类结构的两个电压相对位置（定性）

这一点还可以进一步量化。以 2 mm 厚、相对介电常数约 4 的环氧试样为例，按气隙串联分压与空气放电特性估算，气隙厚度对起始电压的影响如下表。

表 2　气隙厚度与起始电压的估算示例

表中为估算示例，用于说明趋势，不作为验收依据。同期环氧的短时击穿强度通常在 20 kV/mm 以上；按平均场强算，起始电压只有击穿强度的十分之一上下——这就是为什么浇注件的样机常常“耐压通过、局放超标"。

三、读数本身也不是常数

即便同一试品，Ui 也会因测法而变。标准里特意点明：Ui 受升压速率影响，Ue 受施加电压幅值、持续时间与降压速率影响。

影响因素至少有五条：升压速率、观测灵敏度与背景噪声、判据阈值（多少 pC 算“起"）、耦合方式与校准、试品表面状态与温湿度。背景噪声 5 pC 与 2 pC 的两套系统，读数不会一样。

所以报告里孤立地写一个 Ui 值，用处有限。有意义的是把它写全：判据阈值、升压程序、背景噪声、耦合电容、环境条件。缺了这些，跨实验室比对基本无法进行。

还有一个常被忽略的现象：Ue 通常低于 Ui。升到 Ui 起放，再降回 Ui 以下，放电未必立刻停，要降到更低才熄灭。这段滞回，说明放电一旦建立，就带着某种自持性。

四、击穿电压不能替代 Ui

GB/T 1408.1—2016 的短时升压试验，判据是“击穿"，过程中并不检测局部放电。击穿值合格，只说明材料扛住了那一瞬间的场强，不说明运行电压下不放电。

反过来，Ui 也不能换算成击穿值。视在电荷 pC 是回路等效量，不是气隙里真实转移的电荷，更不等于缺陷尺寸。把 5 pC 换算成“气隙多大"，在方法上不成立。

两者只能各自表述，不能互相推导。

五、工程上该盯哪个

答案是 Ui。因为决定长期寿命的是放电，而不是那一次击穿。

电老化寿命与场致服从反幂关系：电压的 n 次方乘时间近似为常数，n 取 7 至 12。按 n 等于 9 估算，运行电压降到起始电压的 70%，寿命大约延长二十余倍。这个数量级解释了为什么设计上宁可在 Ui 之下多留一截，也不愿去挤击穿强度的余量。

也有研究指出，低于 Ui 时仍存在微弱放电，材料并非全不老化。这一争议尚无定论，实践上的处理是留裕量，而不是卡在阈值线上。

六、把差值当作诊断指标

把 Ub 减去 Ui，得到的不是一个物理常数，而是一条工艺信息。

差值大，说明内部有明显的放电起始点：气隙、分层、界面剥离、尖角。差值越大，越值得回头查真空浇注的真空度与保压时间、界面处理、嵌件倒圆。

差值小、Ui 又高，说明材料致密，工艺到位；但这类结构的失效往往来得突然，巡检和局放监测的意义更大。

真正好用的做法是看分布，而不是看单台：同一型号、同一工艺的若干试品，把 Ui 与 Ub 的散点画出来，异常点会自己浮出来。单看一台的数值，很难判断是工艺波动还是测量波动。

七、结语：那段距离，一头是工艺，一头是裕量

局部放电起始电压与击穿电压之间隔着多远，没有统一答案。有气隙，可能差近一个数量级；气隙被油或树脂填实，可能只差两三成。

这段距离既反映工艺的密实程度，也决定设计能留出多少裕量。所以拿到两个数时，除了问“差多少倍"，更该问一句：这个差值，在同型号里处于什么位置。

参考标准

［1］GB/T 7354—2018　高电压试验技术　局部放电测量

［2］GB/T 1408.1—2016　绝缘材料　电气强度试验方法　第 1 部分：工频下试验

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