怎样使用PicoScope示波器来帮您进行局部放电分析测试

局部放电是指电荷在绝缘屏障的一部分之间跳跃。通常，这种放电发生在绝缘存在缺陷、局部介电强度降低的区域。这些缺陷在早期可能不会导致设备立即故障，但会逐渐劣化绝缘性能。通过检测局部放电，可以在绝缘完全击穿前发现隐患，避免突发性故障。

局部放电最常见于电力系统组件，如开关设备、绝缘子、变压器和电缆。当局部放电发生时，缺陷处的电场局部崩溃，产生极短的高电流脉冲，因为缺陷的电容被迅速放电。这种快速放电会产生高频信号，通过连接的导体传播，并可被钳在其中一个导体上的高频电流互感器检测到。高频电流互感器可以连接到PicoScope来记录这些局部放电脉冲，PicoScope 7软件提供了广泛的分析工具，可用于即时分析和导出到外部程序。

局部放电主要可分为三种类型：内部放电、表面放电和电晕放电：

1、电晕放电：发生在导体上的尖点向周围气体放电的情况。

2、内部放电（或空隙放电）：发生在固体或液体绝缘中的空隙、气泡或其他缺陷之间的放电。

3、表面放电：发生在绝缘表面的放电。

下图1显示了一段电缆的横截面视图。高压导体和接地之间的绝缘层中显示的缺陷可能导致内部放电：

图1：同轴电缆固体绝缘中的缺陷

局部放电测试

有几种方法可用于测试局部放电，例如超声波法、电磁场法和高频电流互感器法。高频电流互感器法使用高频电流互感器和示波器来获取局部放电期间产生的高频电流脉冲。如图2所示，电缆固体绝缘中的空隙可以看作是三个串联的电容器。C1和C3具有绝缘材料的高介电强度，而C2具有空隙较低得多的介电强度。随着导体和地之间电压的增加，电压会像任何三个串联电容器一样分布在这三个电容器上。一旦C2两端的电压超过其较低的介电强度，C2就会被迅速放电。C2的放电就是"局部放电"现象所指的实际事件。此时，电流从导体涌入C1和C3，为这些电容器重新充电，使得C1+C2+C3两端的电压恢复到局部放电事件之前的水平。由于这些电容器的快速放电和充电，在相关导体上会产生高频电流脉冲。

图2右侧显示了一个示例波形，这是一个用PicoScope 7通过PicoScope和高频电流互感器捕获的高频电流脉冲。图3展示了高频电流互感器和测试设备如何连接到电力设备以产生类似图2结果的示意图。

图2：使用PicoScope和电流互感器测试高频电流脉冲

图3：使用高频电流互感器法进行电力设备局部放电检测的示意图

采用高频电流互感器法的局部放电检测系统通常由高频电流传感器、工频相位单元、信号采集单元以及信号处理和分析单元组成。PicoScope被广泛用作局部放电检测系统中的数据采集单元。图4展示了一个典型的局部放电检测系统的示意图：

图4：使用高频电流互感器法的局部放电检测系统示意图

相分辨局部放电图和相分辨脉冲序列图是局部放电测试或检测系统需要测试的两种典型图形。相分辨局部放电图显示了相对于交流电周期360度的局部放电活动。随着电力系统上主电压随时间升高和降低，施加在每个缺陷上的电压也随之升降，这导致缺陷仅在特定的时间和幅度下放电。这就形成了相分辨局部放电图。图5显示了一个局部放电的相分辨局部放电图。不同颜色代表在特定相位角和幅度发生的局部放电事件数量。水平X轴是被测电力系统的相位角，垂直Y轴是局部放电脉冲的幅度：

图5：局部放电的相分辨局部放电图

相分辨脉冲序列图是一种三维图（见图6）。Z轴代表从0到50的工频周期，X轴代表从0到360度的相位，Y轴代表放电幅度：

图6：局部放电的三维相分辨脉冲序列图

为何使用PicoScope示波器进行局部放电分析？PicoScope示波器不仅适用，而且针对此应用进行了优化，因为它们充当纯粹的数据采集前端。这使得测试系统制造商能够完全在软件中定义信号处理和用户界面，同时依靠PicoScope进行高保真信号数字化。

图7显示了广泛用于不同类型局部放电测试的PicoScope示波器选择：

图7：广泛用于不同类型局部放电测试的PicoScope示波器

使用PicoScope示波器进行局部放电分析中的主要优势：

高性价比：

与台式仪器不同，PicoScope示波器内部不集成PC，这赋予了其独特的硬件优势，包括结构简单、高带宽/采样率、深存储、高且灵活的ADC分辨率、多路模拟和数字输入以及快速速度。外部PC的性能为PicoScope提供了额外的基于软件的功能，包括40多种串行解码器和高级数学功能（FFT、滤波器、测量绘图等）。此外，数十种PicoScope型号使客户更容易选择适合其应用且价格适中的型号。

高/灵活的ADC分辨率：

PicoScope示波器提供从8位到16位的广泛垂直分辨率选项。分辨率越高，垂直精度和动态范围就越大。它的灵活分辨率功能基于Pico突破性的ADC技术，允许用户在单个设备上在8位和16位之间切换。

紧凑便携的单元：

与传统的台式仪器不同，PicoScope示波器紧凑、轻便且便携。当与笔记本电脑一起使用时，它让您可以将一个完整的电子工具套装在包中随身携带，它们的小尺寸也使得其更容易集成到系统中。