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電壓擊穿試驗(yàn)儀測(cè)試原理及整機(jī)結(jié)構(gòu)
閱讀：1723發(fā)布時(shí)間：2023-5-25
一、電壓擊穿試驗(yàn)儀測(cè)試原理
固體電介質(zhì)擊穿有3種形式：電擊穿,、熱擊穿和電化學(xué)擊穿,。
電擊穿
電擊穿是因電場(chǎng)使電介質(zhì)中積聚起足夠數(shù)量和能量的帶電質(zhì)點(diǎn)而導(dǎo)致電介質(zhì)失去絕緣性能。熱擊穿是因在電場(chǎng)作用下,，電介質(zhì)內(nèi)部熱量積累,、溫度過(guò)高而導(dǎo)致失去絕緣能力。電化學(xué)擊穿是在電場(chǎng),、溫度等因素作用下,，電介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)變化，性能逐漸劣化,，最終喪失絕緣能力,。固體電介質(zhì)的化學(xué)變化通常使其電導(dǎo)增加，這會(huì)使介質(zhì)的溫度上升,，因而電化學(xué)擊穿的最終形式是熱擊穿,。溫度和電壓作用時(shí)間對(duì)電擊穿的影響小，對(duì)熱擊穿和電化學(xué)擊穿的影響大,；電場(chǎng)局部不均勻性對(duì)熱擊穿的影響小,，對(duì)其他兩種影響大。
熱擊穿
當(dāng)固體電介質(zhì)承受電壓作用時(shí),，介質(zhì)損耗是電介質(zhì)發(fā)熱,、溫度升高；而電介質(zhì)的電阻具有負(fù)溫度系數(shù),，所以電流進(jìn)一步增大,，損耗發(fā)熱也隨之增加。電介質(zhì)的熱擊穿是由電介質(zhì)內(nèi)部的熱不平衡過(guò)程造成的,。如果發(fā)熱量大于散熱量,，電介質(zhì)溫度就會(huì)不斷上升，形成惡性循環(huán),，引起電介質(zhì)分解,、炭化等，電氣強(qiáng)度下降，最終導(dǎo)致?lián)舸?/span>
熱擊穿的特點(diǎn)是：擊穿電壓隨溫度的升高而下降,，擊穿電壓與散熱條件有關(guān),，如電介質(zhì)厚度大，則散熱困難,，因此擊穿電壓并不隨電介質(zhì)厚度成正比增加,；當(dāng)外施電壓頻率增高時(shí)，擊穿電壓將下降,。
電化學(xué)擊穿
固體電介質(zhì)受到電、熱,、化學(xué)和機(jī)械力的長(zhǎng)期作用時(shí),，其物理和化學(xué)性能會(huì)發(fā)生不可逆的老化，擊穿電壓逐漸下降,，長(zhǎng)時(shí)間擊穿電壓常常只有短時(shí)擊穿電壓的幾分之一,，這種絕緣擊穿成為電化學(xué)擊穿。當(dāng)加在某絕緣介質(zhì)上的電壓高于過(guò)一定程度（擊穿電壓）后,，這時(shí)絕緣介質(zhì)會(huì)發(fā)生突崩潰而使其電阻迅速下降,，繼而使得一部分絕緣介質(zhì)變?yōu)閷?dǎo)體。在有效的擊穿電壓下,，電擊穿現(xiàn)象可以發(fā)生在固體,、流體、氣體或者真空等不同的介質(zhì)中,。
電樹枝（預(yù)擊穿）
在電氣工程中,，樹化是固體絕緣中的一種電氣預(yù)擊穿現(xiàn)象。這是由于局部放電而造成的破壞性過(guò)程,，并通過(guò)受應(yīng)力的介電絕緣層,，在類似于樹枝的路徑中進(jìn)行。固體高壓電纜絕緣的樹化是地下電力電纜中常見(jiàn)的擊穿機(jī)制和電氣故障來(lái)源,。當(dāng)干介電材料在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)受到高且發(fā)散的電場(chǎng)應(yīng)力時(shí),，首先發(fā)生并傳播電樹。觀察到電樹化起源于雜質(zhì),、氣孔,、機(jī)械缺陷或?qū)щ娡黄鹪陔娊橘|(zhì)的小區(qū)域內(nèi)引起過(guò)度電場(chǎng)應(yīng)力的點(diǎn)。這可以使體電介質(zhì)內(nèi)的空隙內(nèi)的氣體電離,，從而在空隙的壁之間產(chǎn)生小的放電,。雜質(zhì)或缺陷甚至可能導(dǎo)致固體電介質(zhì)本身的部分擊穿。這些局部放電(PD)產(chǎn)生的紫外線和臭氧隨后與附近的電介質(zhì)發(fā)生反應(yīng),，分解并進(jìn)一步降低其絕緣能力,。隨著電介質(zhì)的降解，氣體通常會(huì)釋放出來(lái),，從而產(chǎn)生新的空隙和裂縫,。這些缺陷進(jìn)一步削弱了材料的介電強(qiáng)度,，增強(qiáng)了電應(yīng)力，加速了PD過(guò)程,。
2.2試品
如表1所示,，電壓擊穿實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可用于（1）TO封裝、（2）剛性壓接封裝,、（3）彈性壓接封裝（4）焊接封裝,、（5）用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的簡(jiǎn)易封裝、（6）襯板,、（7）子單元框架,、（8）板狀絕緣材料、（9）管殼,、（10）硅凝膠的擊穿強(qiáng)度測(cè)量和驗(yàn)證,。
表1 電壓擊穿實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試對(duì)象
1 | TO封裝 |
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2 | 剛性壓接封裝 |
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3 | 彈性壓接封裝 |
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4 | 焊接封裝 |
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5 | 用于實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)易封裝 |
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6 | 襯板 |
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7 | 子單元框架 |
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8 | 板狀絕緣材料 |
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9 | 管殼 |
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10 | 硅凝膠 |
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二、整機(jī)結(jié)構(gòu)
主機(jī)型號(hào)：中航時(shí)代儀器ZJC-100KV電壓擊穿試驗(yàn)儀,，如圖1所示,；
配件備件：各種型號(hào)電極2套；放電棒一個(gè),；隔熱手套1副詳情見(jiàn)價(jià)格,。
1 外觀示意圖
2 整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
上圖中，
（1）結(jié)構(gòu)示意圖所示為濾波器與主機(jī)分開的狀態(tài),，直流試驗(yàn)時(shí)須連接濾波器,，交流時(shí)需要分開濾波器；
（2）交流試驗(yàn)時(shí),，拔出濾波器與高壓變壓器的連接線,，分開濾波器；
（3）直流試驗(yàn)時(shí),，合上濾波器,，插上濾波器與高壓變壓器的連接線；
（4）外部電源正負(fù)接口,，用來(lái)通過(guò)外接電源的正負(fù)線,，穿過(guò)之后可以直接插入試樣架正負(fù)極；
（5）外部采樣接口會(huì)輸出采樣信號(hào),，采樣信號(hào)包括高壓電流和高壓電壓,，信號(hào)為0-5V；
（6）其他相關(guān)的部分,，如高壓采樣等請(qǐng)參考電路設(shè)計(jì)框圖,，在此不做展示。
圖 3 高溫油槽結(jié)構(gòu)圖
圖 4 二次側(cè)測(cè)試電路示意圖
圖 5 擊穿強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)原理框圖
關(guān)于電壓擊穿試驗(yàn)儀的一般說(shuō)明：
（1）使用計(jì)算機(jī)控制，并采集所有信號(hào),；
（2）通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)壓控制箱生成需要的波形并且輸出0-200V電壓,，通過(guò)外部觸發(fā)按鍵切換50Hz正弦波和100Hz方波；
（3）通過(guò)高壓變壓器生成需要的0-100kV電壓,，并且通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)切換交直流,；
（4）在試樣架正負(fù)極預(yù)留外部電源輸入接口；
（5）直流電壓通過(guò)0.5uF高壓采樣電容濾波,，使紋波系數(shù)≤2%,；
（6）高壓采樣部分采集電壓和電流，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換傳遞給計(jì)算機(jī),，同時(shí)預(yù)留出外部取樣接口,；
（7）在直流試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)電感限制電容放電,，防止放電電流過(guò)大造成干擾；
（8）整機(jī)接線如下圖所示,，包含計(jì)算機(jī)和放電,、照明等系統(tǒng)的接線方式。
圖 6 擊穿強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整機(jī)接線圖
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