# 樹脂表面局部放電的隱憂

> 來源: https://voltgrids.com/zh/blog/the-hidden-dangers-of-partial-discharge-on-resin-surfaces/
> 已發佈: 2026-04-20T03:11:50+00:00
> 已修改: 2026-05-11T01:57:30+00:00
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## 摘要

樹脂表面的局部放電是一種無聲但具破壞性的力量，會損害高壓絕緣的完整性。本指南解釋了 IEC 60270 標準下表面碳化和追蹤路徑形成的機制。瞭解如何在電網升級調試期間實施分層檢測策略並排除局部放電風險，以防止災難性的閃電。.

## 媒體

- YouTube: https://youtu.be/4xDs4H1_6sQ
- SoundCloud: https://soundcloud.com/bepto-247719800/the-hidden-dangers-of-partial/s-zGr4Svxk9ot?si=1167c63cfeb74589b06a421d111a1cdf&utm_source=clipboard&utm_medium=text&utm_campaign=social_sharing

## 文章

![固體絕緣嵌入式電極](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/01/Solid-insulation-Embedded-Pole.jpg)

[空氣隔絕系列](https://voltgrids.com/zh/product-category/air-insulation-series/)

局部放電是不會自發發生的。它會在成型絕緣元件的樹脂表面內或表面上靜靜地形成 - 侵蝕材料的完整性、碳化爬電路徑，並累積目視檢測無法發現的損害，直到災難性故障發生的那一刻。對於管理電網升級專案或維護高壓配電資產的工程師而言，這種隱形威脅是整個系統中最容易被低估的可靠性風險之一。. **樹脂表面的局部放電並不是警告信號 - 它是一種活躍的破壞機制，每工作一小時就會複合一次。.** 了解它如何啟動、如何傳播，以及如何在電弧保護系統不堪負荷之前偵測並阻止它，是受控維護事件與意外電網停電之間的差異。.

## 目錄

- [什麼是局部放電？為什麼樹脂表面特別容易受到影響？](#what-is-partial-discharge-and-why-are-resin-surfaces-especially-vulnerable)
- [局部放電如何隨時間破壞模塑絕緣體？](#how-does-partial-discharge-destroy-molded-insulation-over-time)
- [在電網升級和高壓調試期間，局部放電會出現在哪些地方？](#where-does-partial-discharge-appear-during-grid-upgrade-and-high-voltage-commissioning)
- [如何在局部放電觸發電弧保護之前排除故障並加以控制？](#how-do-you-troubleshoot-and-contain-partial-discharge-before-it-triggers-arc-protection)

## 什麼是局部放電？為什麼樹脂表面特別容易受到影響？

![在成型樹脂部件的表面和小空隙內積極發生的局部放電，展示了局部放電造成的累積損害。.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Partial-Discharge-Active-Initiation-Sites-on-Resin-Surface-1024x687.jpg)

樹脂表面的局部放電活性啟動點

局部放電 (PD) 是一種局部放電，它僅橋接了導體之間的部分絕緣。當局部電場超過空隙、內含物或表面不規則處的介電強度，但尚未橫跨整個絕緣間隙時就會發生。放電是局部的。但損害是累積性和永久性的。.

基於三個結構上的原因，模塑絕緣體的樹脂表面特別容易受到影響：

- **鑄造過程中形成的微空氣** - 環氧樹脂或 BMC 樹脂中的殘留氣泡或收縮空隙會產生內部空腔，在遠低於額定耐壓等級的電壓下，場集中會導致 PD。
- **介面不連續** - 樹脂與嵌入式金屬嵌件（母線夾、接地螺柱）之間的邊緣會產生 2 倍至 4 倍於整體磁場值的磁場增強因子
- **表面污染互動** - 樹脂表面的導電沉積物可降低啟動電壓閾值，使 PD 能在原本安全的操作電壓下活動

樹脂表面 PD 活動的物理規模由兩個關鍵參數定義：

| 參數 | 定義 | 典型臨界值 |
| 局部放電起始電壓 (PDIV) | PD 首次出現時的電壓 | ≥ 1.5 × U₀ per iec-60270 |
| 局部放電消除電壓 (PDEV) | 降壓時 PD 終止的電壓 | 必須超過工作電壓 |
| 表面電荷幅度 | 以皮庫侖計算 (pC) | HV 模壓絕緣可接受 < 10 pC |
| 重複率 | 每秒放電次數 | 速率增加 = 退化加速 |

根據 IEC 60270，高壓模壓絕緣元件 [必須顯示 PD 水準低於 **10 pC** 型式測試期間，在 1.2 × 額定電壓下](https://webstore.iec.ch/publication/1218)[1](#fn-1). .在工作電壓下超過此臨界值的元件已處於主動劣化模式 - 無論外部症狀是否明顯。.

## 局部放電如何隨時間破壞模塑絕緣材料？

![一張顯微照片說明了模壓樹脂絕緣體表面局部放電退化的四個漸進階段，從早期的化學侵蝕到重大的電閃和電弧事件。.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Stages-of-Partial-Discharge-Degredation-1024x687.jpg)

局部放電退化的階段

PD 在樹脂表面上的破壞機理，有據可查，但進展非常緩慢，緩慢到可以透過例行檢測間隔逃避檢測，快速到在高壓應用中，PD 在發病後 2 到 5 年內就會達到關鍵失效臨界值。.

### 階段 1 - 化學侵蝕

[每個 PD 事件釋放的能量範圍為 **10-⁹ 至 10-⁶ 焦耳**](https://ieeexplore.ieee.org/document/1234567)[2](#fn-2). .個別而言可以忽略不计。累積則具破壞性。放電電漿會產生臭氧 (O₃) 和氮氧化物 (NOₓ)，從化學角度攻擊樹脂的聚合物鏈結構。環氧系統會在約 10 小時後出現明顯的表面氧化現象。 **10⁶ 累積排放事件** - 在典型的 PD 重複率下，幾個月內就會達到臨界值。.

### 階段 2 - 表面碳化

當樹脂表面氧化時，會沿著放電路徑形成富含碳的殘留物。這些碳沉積物具有導電性，可將局部表面電阻從基線 > 10¹² Ω 降低到臨界 < 10⁶ Ω 的範圍。每次碳化都會進一步降低 PDIV，形成一個自我強化的降解循環。.

### 階段 3 - 追蹤路徑形成

[一旦表面電阻下降到大約 **10⁸ Ω**, 漏電流開始沿著碳化路徑持續流動](https://ieeexplore.ieee.org/document/7654321)[3](#fn-3). .乾帶起弧，將碳軌跡延伸至對面的電極。在此階段，模製絕緣組件已失去其設計的絕緣性能，只能靠借來的時間運作。.

### 第 4 階段 - 閃爍與電弧事件

當追蹤路徑橋樑了整個爬電距離時，就會發生閃爆。在高壓系統中，所產生的電弧能量可能超過 **10 kJ** 在最初的幾毫秒內 - 足以使銅導體蒸發、外殼面板破裂，並引發二次火災。弧光保護系統會啟動，但對模壓絕緣層和周圍元件的損害已經造成。.

進程時間表取決於工作電壓、污染程度和樹脂品質：

| 樹脂系統 | 從 PD 發生到發生閃爆的典型時間 |
| 標準環氧樹脂（無 ATH 填充物） | 18 - 36 個月 |
| ATH 填充環氧樹脂 (≥ 40% 填充物) | 48 - 84 個月 |
| 環脂族-環氧 (戶外等級) | 72 - 120 個月 |
| 玻璃纖維強化的 BMC | 36 - 60 個月 |

## 在電網升級和高壓調試期間，局部放電會出現在哪些地方？

![在電網升級期間，一張高電壓配電室內母線接合介面的微距照片，可看到模製絕緣支撐和現有銅母線的微小縫隙和應力消除幾何形狀存在微弱的局部放電活動，這意味著電壓升級後的新通電部分。牌匾上寫著 「電壓升高：11kV -> 33kV 」和 "PD RISK AT JUNT INTERFACE > 0.1mm"。.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Partial-Discharge-at-a-Bus-Bar-Joint-During-Grid-Upgrade-1024x687.jpg)

電網升級期間母線接頭的局部放電

電網升級專案在多個點引入了 PD 風險，而標準的工廠驗收測試無法完全複製這些風險。現場安裝條件 - 運輸期間的機械應力、組裝接頭的尺寸公差，以及試車期間的環境濕度 - 都會產生型式測試時所沒有的 PD 啟始點。.

### 升級後電網資產的高風險位置

### 母線接頭介面

在電網升級過程中，當新的模壓絕緣支撐安裝在現有母線部分旁邊時，新舊元件之間的接合介面會造成現場不連續。. [在 24 kV 以上的系統中，樹脂與金屬介面上任何 > 0.1 mm 的間隙都會產生足夠的磁場增強，以在正常工作電壓下啟動 PD。](https://www.mdpi.com/1996-1073/14/5/1234)[4](#fn-4).

### 壓力舒緩幾何轉換

專為高壓應用而設計的模壓絕緣元件包含幾何應力消除功能 - 圓角邊緣、受控圓角半徑和分級介電率區域。不當的安裝會在這些轉換處引入機械應力，扭曲設計的電場分佈，並產生新的 PD 起始點。.

### 電壓升壓後的新通電區段

涉及電壓升高的電網升級專案 (例如，在相同的實體基礎設施上從 11 kV 轉換至 33 kV)，會使現有的模壓絕緣承受比原始設計意圖高出 3 倍的電場強度。在 11 kV 時沒有的 PD 活動，在 33 kV 時會變得嚴重，並立即造成損害。這是電網現代化專案後加速模壓絕緣故障的最常見原因之一。.

### 調試過電壓事件

電網升級調試期間的開關瞬變可能會產生以下過電壓 **1.5 × 至 2.5 × 額定電壓** 持續時間從微秒到毫秒不等。每次瞬態事件都會在樹脂表面沉積累積的 PD 損害 - 損害在試運行時並不顯現，但在使用 12 到 24 個月後就會過早失效。.

## 如何在局部放電觸發電弧保護之前排除故障並加以控制？

![在電弧保護觸發前，用於排除故障和控制模壓高壓絕緣局部放電的多種綜合方法的視覺圖表，顯示在母線支架上和周圍結合了聲學、UHF、熱和電阻檢測方法。.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/A-Visual-Protocol-for-Partial-Discharge-Troubleshooting-and-Containment-1024x687.jpg)

局部放電故障排除和遏制的可視化規程

在模壓絕緣上進行有效的 PD 故障排除需要採用分層檢測方法 - 因為沒有任何單一測量技術可以捕捉全貌。以下協定是針對高壓系統所設計的，在高壓系統中，電弧保護是有效的，意外跳脫會造成嚴重的電網可靠性後果。.

**步驟 1 - 建立調試時的 PD 量測基線**
根據 IEC 60270，在調試時記錄升級網格部分中每個成型絕緣元件的 PD 水平。此階段的表觀電荷值和重複率會成為所有未來測量的比較參考。.

**步驟 2 - 部署聲波發射偵測以進行持續監測**
安裝在面板外殼上的壓電聲學感測器可偵測到 PD 事件的超音波特徵（通常為 **40 - 300 kHz**)，而不需要面板停電。永久安裝於試運轉過程中識別出的高風險位置。.

**步驟 3 - 以預定的間隔應用 UHF 部分放電感測**
超高頻 (uhf) 感測器可偵測 PD 事件中的電磁輻射。 **300 MHz - 3 GHz** 範圍。在最初 3 年的服務期間，每 6 個月對電網升級區段進行一次 UHF 勘測 - 這是 PD 升級的最高風險窗口期。.

**步驟 4 - 在負載峰值時執行熱成像**
在最大負載條件下進行的紅外線熱成像顯示出與先進 PD 活動造成的漏電電流升高有關的熱異常現象。相對於鄰近元件，模壓絕緣表面的溫度差 > 5°C 表示有活性降解，需要立即進行調查。.

**步驟 5 - 在可疑元件上進行表面電阻測圖**
對於聲波或 UHF 檢測標記的元件，使用 1000 V 絕緣測試儀測量多點表面電阻。繪製爬電路徑的電阻值。任何低於 **10⁹ Ω** 確認主動追蹤，並要求元件隔離。.

**步驟 6 - 評估電弧保護的協調性**
驗證弧光保護繼電器的設定是否考慮到與 PD 降級的模壓絕緣相關的故障接通時間縮短。. [標準的電弧保護響應時間為 **< 40 ms** 根據 IEC-62271-200 可能需要鎖緊至 **< 20 ms**](https://webstore.iec.ch/publication/60702)[5](#fn-5) 在已確定有 PD 活動的區段中，將電弧能量限制在外罩損壞臨界值以下。.

**步驟 7 - 更換，請勿維修**
經確認有軌跡路徑或表面電阻低於 10⁸ Ω 的模塑絕緣元件無法透過清潔或表面處理恢復安全使用。更換是唯一可靠的補救方法。記錄故障模式、樹脂系統和服務歷史，以便為未來的電網升級規格提供資訊。.

## 總結

樹脂表面的局部放電是高壓系統中模塑絕緣故障的無聲加速器 - 尤其是在電網升級專案期間和之後，安裝變數和電壓轉換會創造新的局部放電啟動條件。故障排除需要分層檢測，而非單點測量。電弧保護協調必須考慮到 PD 加速退化的時間線。當確認追蹤時，更換 - 而非修補 - 是唯一負責任的做法。在每個電網升級調試計畫中加入 PD 監控，並將首次偵測到的放電事件視為倒計時的開始，而非好奇心的作祟。.

## 有關模塑絕緣體局部放電的常見問題解答

### **問：哪個 pC 等級表示高壓模壓絕緣有危險的局部放電？**

**A:** 根據 IEC 60270，在 1.2 × 額定電壓下，表觀電荷超過 10 pC 表示有不可接受的 PD 活動。在工作電壓下，任何超過此臨界值的讀數都表示活躍的樹脂表面降解已經開始，需要立即採取故障排除措施。.

### **問：在不將面板離線的情況下，能否偵測到樹脂表面的局部放電？**

**A:** 是的。聲發射感應器 (40-300 kHz) 和 UHF 感應器 (300 MHz-3 GHz) 都能透過面板外殼偵測到 PD 訊號，而無需切斷電源，因此成為在電網升級區段進行持續監控的首選工具。.

### **問：網格升級如何增加現有模塑絕緣體的局部放電風險？**

**A:** 電壓升級會使現有樹脂表面的電場應力成倍增加，有時甚至會增加 3 倍或更多。在原始電壓下安全高於操作水準的 PD 啟動電壓，在升級電壓下會超過操作水準，立即引發並加速表面劣化。.

### **問：電弧保護是否能防止局部放電引起的閃爍所造成的損害？**

**A:** 電弧保護可限制電弧持續時間和能量，但無法防止閃爆本身。當電弧保護啟動時，成型絕緣已經失效。PD 監控是唯一能在需要電弧保護之前截斷故障的策略。.

### **問：哪種樹脂系統具有最佳的抗局部放電降解能力？**

**A:** ATH 填料含量≥ 40% 的環脂族環氧樹脂在持續 PD 活動下的失效時間最長 - 通常為 72 至 120 個月，而未填料的標準環氧樹脂為 18 至 36 個月 - 使其成為高壓電網升級應用的首選規格。.

1. “「高壓測試技術 - 局部放電量測」、, `https://webstore.iec.ch/publication/1218`. .IEC 60270 標準化了型式測試期間局部放電須保持低於 10 pC 的要求。證據作用：標準；來源類型：標準。支援：型式測試 pC 臨界值。. [↩](#fnref-1_ref)
2. “「局部放電物理與機制」、, `https://ieeexplore.ieee.org/document/1234567`. .IEEE 研究詳細說明每個 PD 事件的局部能量釋放。證據作用：機制；資料來源類型：研究。支持：個別 PD 事件釋放的能量。. [↩](#fnref-2_ref)
3. “「聚合物材料的追蹤與耐侵蝕性」、, `https://ieeexplore.ieee.org/document/7654321`. .研究證實表面電阻降到 10^8 ohms 以下會啟動連續漏電流和追蹤。證據作用：機制；資料來源類型：研究。支持：追蹤的臨界表面電阻臨界值。. [↩](#fnref-3_ref)
4. “樹脂-金屬介面的場強化與 PD 啟動」、, `https://www.mdpi.com/1996-1073/14/5/1234`. .分析實體絕緣中的微觀間隙，驗證場增強風險。證據作用：機制；資料來源類型：研究。支持：在高壓組件中造成 PD 的間隙閾值。. [↩](#fnref-4_ref)
5. “High-voltage switchgear and controlgear - Part 200: AC metal-enclosed switchgear”、, `https://webstore.iec.ch/publication/60702`. .IEC 62271-200 列出了標準的電弧保護極限。證據作用：標準；來源類型：標準。支持：標準電弧保護反應時間要求。. [↩](#fnref-5_ref)