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2025第53卷第5期Vol.53No.5IntelligentMonitoringAndMultiphysicsSimulation智能监测与多物理场仿真

纳秒级陡脉冲方波下局部放电起始电压的数值计算

蔡明明，成立，罗豪，杨丽君，廖瑞金，许文龙

（输变电装备技术全国重点实验室（重庆大学），重庆400044）

摘要：重复脉冲电压下的局部放电起始电压（PDIV）是电力电子器件绝缘设计的关键参数。第三代宽禁带半

导体的应用使电力电子设备输出的方波脉冲上升时间降至50~100ns，易引发绝缘系统局部放电，进而导致设备

绝缘性能加速劣化。因此，结合试验和理论预测，深入探讨纳秒级陡脉冲下绝缘的局部放电特性及其PDIV数值

计算模型。首先，基于体积-时间理论，建立纳秒级方波电压下局部放电起始电压理论模型。其次，通过实验数

据，分析针尖曲率半径、气隙间距、频率对PDIV的影响规律。最后提出考虑频率影响的PDIV数值计算方法。通

过实验对比分析表明，该方法计算结果与实验值误差不超过5%，验证了其预测精度和适用性。所提数值计算方

法可用于中压电力电子器件的绝缘设计，并有望减少设计中的实验规模，提升设计效率。

关键词：方波电压；局部放电起始电压；体积-时间理论；电晕放电

中图分类号：TM303.4文献标志码：ADOI：10.20204/j.sp.2025.05008

NumericalCalculationofPartialDischargeInceptionVoltageUnder

Nanosecond-riseSteepSquareWavePulses

CAIMingming，CHENGLi，LUOHao，YANGLijun，LIAORuijin，XUWenlong

（StateKeyLaboratoryofPowerTransmissionEquipmentTechnology（ChongqingUniversity），

Chongqing400044，China）

Abstract：Thepartialdischargeinceptionvoltage（PDIV）underrepetitivepulsedvoltagesisacriticalparameterfortheinsulation

designofpowerelectronicdevices.Withtheapplicationofthird-generationwide-bandgapsemiconductors，therisetimeofsquarewave

pulsesoutputbypowerelectronicequipmenthasbeenreducedto50-100ns，whichcaneasilytriggerpartialdischargesininsulation

systemsandacceleratethedeteriorationofinsulationperformance.Therefore，thisstudycombinesexperimentalandtheoretical

approachestoinvestigatethepartialdischargecharacteristicsundernanosecond-risesteeppulsesandestablishanumericalcalculation

modelforPDIV.First，atheoreticalmodelforPDIVundernanosecondsquarewavevoltagesisdevelopedbas