電壓擊穿實驗儀器的實驗原理及選型判斷依據

電壓擊穿實驗儀器的實驗原理是由高壓試驗變壓器產生高電壓，通過電機改變調壓器的輸出給高壓試驗變壓器原邊，從而得到連續可調的交流電壓。即可得到連續可調的高電壓。

由于交流調壓通常是通過自耦調壓器來完成調壓的精度受自耦調壓器的總匝數有關，理論上有△U=U0/n。式中△U表示調壓可得到zui小調壓增量值；U0是調壓器的輸入電壓；n是自耦調壓器線圈匝數。

例如：自耦調壓器線圈匝數為1500匝，輸入電壓220V，若高壓變壓器輸出為100KV。用此調壓器可得到的zui小高壓調壓增量為220*100*1000/1500/200=73（v）。

既在此時的實驗條件下調壓的zui小電壓增量要達到73V之多。若高壓變壓器輸出為50KV時，其它條件還是上述，則調壓的zui小電壓增量也要有73/2=36.5V。

從以上分析可看出，若想較小增量間隔就要增大n的數值，但增大n會迅速增大設備體積和成本。

若想滿足GB1408中的第10.3條之規定，僅能通過電子式調壓實現。此時會有另一個問題，通過電子式調壓進行材料的工頻試驗時會引起較大的高次諧波，高次諧波對材料電氣強度產生影響還有待商榷。

　　
　　擊穿電壓：高分子材料在一定電壓范圍內是絕緣體，當在材料上施加的電壓逐漸增加，致使材料zui薄弱點失去絕緣能力而產生電弧材料被破壞。此時的zui大電壓稱為擊穿電壓。我們把擊穿電壓和此時材料的厚度比稱為介電強度也稱為電氣強度。
　　
　　介電強度：試樣擊穿時，單位厚度承受的擊穿電壓值，單位為kv/mm或Mv/m。有時也稱為電氣強度或擊穿強度。通常介電強度越高，材料的絕緣質量越好。介電強度是表征了材料所能承受的zui大電場強度，是高聚物絕緣材料的一項重要指標。
　　
　　耐壓電壓：在規定的試驗條件下，對試樣施加規定的電壓及時間，試樣不被擊穿所能承受的zui高電壓。
　　
　　塑料的電擊穿機理：介電擊穿機理可分為電擊穿、熱擊穿、化學擊穿、放電擊穿等，往往是多種機理綜合發生。通常把不隨溫度變化的擊穿稱為電擊穿，把隨溫度變化的擊穿稱為熱擊穿。熱擊穿的外部表現是介電強度隨溫度升高而迅速下降，與施加電壓作用的長短有關；與電場中產生的熱量大于它能散熱的熱量，使其內部溫度不斷升高。溫度升高導致其電阻下降，流經試樣電流增大，產生的熱量更多，如此循環不已，致使介質轉變為另一種聚焦態，失去耐電壓能力，材料被破壞。電擊穿的特點是介電強度與周圍介質的電性能有關；擊穿點常常出現在電極邊緣其至電極以外。

　　
　　介電強度測試的影響因素：電壓波形及電壓作用時間影響。材料在電場作用下，初始時單位時間內材料內部產生的熱量大于介質散發出去的熱量，進而介質溫度升高，溫度的升高是一個由快轉滿的，若升壓速度較慢zui后發生材料擊穿熱擊穿的成分較大。作用時間的影響多因熱量積累而使擊穿電壓值隨電壓作用增加而下降，處于熱擊穿形式的試樣，基本上隨升壓速度的提高擊穿強度也增大。因此，一般規定試樣擊穿電壓低于20kv時升壓速度為1.0kv/s；大于或等于20kv時升壓速度為2.0kv/s。電極倒角的影響：電極邊緣處電場強度遠遠高于內部，但邊緣效應極難消除。為避免電極邊緣成一直角，需采用一定倒角r。國家標準中規定r=2.50mm。

　　
　　媒質電性能影響；高壓擊穿試驗往往把樣品放在一定媒質（如變壓器油）中，其目的是為縮小試樣尺寸防止飛弧。但媒質本身的電性能對屬于電擊穿為主的材料有明顯影響，而以熱擊穿為主的材料影響極小，故標準中對奧球油的擊穿電壓VB＞=25kv/2.5mm。

　　
　　電壓擊穿試驗前的準備：
　　
　　1）打開試驗機右側的總電源開關,預熱1分鐘。
　　
　　2）打開計算機進入Windows系統。雙擊本儀器軟件的快捷圖標打開試驗登錄界面輸入登錄密碼即可進入試驗界面。

　　
　　交直流試驗的切換：
　　
　　1）本儀器高壓輸出為交流電壓。直流的獲得方式為在原回路中串入高壓硅堆，使測試回路為脈動的直流電壓。實現的過程為，硅堆已經在高壓變壓器的高壓絕緣塔中，平時用一個短路桿把高壓硅堆短接。需要直流試驗時，取出短路桿，使高壓硅堆接入測試電路中，這時回路的電壓為脈動的直流電壓。
　　
　　2）前面板直流交流選擇按鈕。該按鈕的狀態不能改變設備輸出的電壓性質。按下該按鈕，設備僅僅是把直流報警電路接入。指示用戶，當打開箱門時，您需要對高壓均壓球放電。轉動放電桿，使放電桿的端部銅球接觸高壓均壓球。建議用戶每次放電銅球接觸高壓均壓球時間大于五秒。
　　
　　3）試驗的交直流電壓切換，主要取決于高壓絕緣塔中的短路桿是否取出。當取出短路桿時，高壓均壓球上的電壓為直流電壓，插入短路桿時，高壓均壓球上的電壓為交流電壓。短路桿的取出、插入參看左側的示意圖。
　　
　　4）在直流試驗時，計算機也要選擇直流狀態，否則測的結果是不正確的。簡單的說，交流電壓與直流電壓有倍的關系。

　　
　　電壓擊穿儀器使用時的注意事項：
　　
　　1、試驗過程中不能讓無關人員靠近，因本試驗儀器可產生較高的電壓，未經過培訓的人員不能使用該設備。試驗時要有監護人員，不要單人使用。以防萬一發生意外情況。
　　
　　2、長時間不使用設備，在再使用時，先讓儀器空載加壓一次，即把高壓電極的接線從均壓球上取下。查看計算機試驗界面，看看高壓電壓是否正常。
　　
　　3、試驗中發生意外情況要及時切斷電源，問題處理后才能繼續試驗。
　　
　　4、設備安放要平穩，安放的地面要堅固。是水泥地面以免產生共振。
　　
　　5、該設備在使用中外殼要接保護地線，既設備外殼接大地,以保護操作人員和設備運行的安全。
　　
　　6、使用完設備后，要關掉系統各部分電源，不準帶電插拔電源線。
　　
　　7、要按規定的電源電壓接入設備。確保電路接線正確。否則會損壞設備。
　　
　　8、該儀器需安置在室內，實驗室應整潔、干燥、無腐蝕性介質，非相關人員不要隨意操作。
　　
　　9、不要讓設備電纜碰到尖邊，以免劃破電纜絕緣；不要讓電纜壓在重物之下，以免壓斷電纜引起火災；不要用電纜拉物體或用電纜捆綁物體，以免拉斷電纜使設備不能正常運轉。
　　
　　10、不要讓設備碰到水濺，腐蝕性氣體，可燃氣體和可燃物。如果不避免，可能火災。
　　
　　11、搬動設備時,要切斷設備電源,既要把插頭從插座中拔下。禁止搬動設備時放倒設備或傾斜45°角以上。
　　
　　12、不要在設備運行時插拔設備的電源插頭。

　　
　　為什么要進行耐電壓測試：
　　
　　電介質強度測試亦稱hipot測試大概是zui多人知道的和經常執行的生產線安全測試。實際上，表明它的重要性是每個標準的一部分。hipot測試是確定電子絕緣材料足以抵抗瞬間高電壓的一個非破壞性的測試。這是適用于所有設備為保證絕緣材料是足夠的的一個高壓測試。進行hipot測試的其它原因是它可以查出可能的瑕疵譬如在制造過程期間造成的漏電距離和電氣間隙不夠。進行型式測試的時候hipot測試是在某些測試（譬如失效潮態及振動測試）之后進行來確定是否因為這些測試造成絕緣的退化。但是，日常生產進行的hipot測試是制造過程中的測試來確定是否所生產的產品的結構是與型式測試所用產品的結構相同。電壓擊穿試驗儀一些由生產流程造成的缺陷可以通過在線hipot測試檢查出來，例如變壓器繞組電氣間隙和爬電距離小。這樣的故障可能起因于繞線部門的一名新操作員。其它例子包括檢查絕緣材料的針孔瑕疵或發現一個過大的焊點。大多數安全標準使用2xU+1000V的慣例作為基本的絕緣材料測試的依據這里的U是操作電壓（rms值）。這個慣例僅僅作為一個指導對于個別標準特別是IEC60950提供了一個具體的表格來定義根據測量到的實際工作電壓來確定確切的測試電壓
　　
　　1.至于使用1000V作為基本慣例的原因是產品的絕緣材料在日常使用中可能承受瞬間過電壓。實驗和研究表示這些過電壓通常高達1000V。測試方法：高壓通常是應用的在橫跨被測試絕緣材料的二個部件之間譬如測試設備（EUT）的一次側電路（PrimaryCircuit）和金屬外殼。如果絕緣材料在兩個部件之間是足夠的那么加在兩個由絕緣體分離的導體之間的大電壓只能產生非常小的電流流過絕緣體。雖然這個小電流是可接受的但是空氣絕緣或固體絕緣不應該發生擊穿。因此需要注意這個電流是因為局部放電或擊穿的結果而不是由于電容聯結引起的。

　　
　　關于熱擊穿、電壓擊穿、耐電壓測試儀器：
　　
　　介質的介電特性，如絕緣、介電能力，都是指在一定的電場強度范圍內的材料的絕緣特性，介質只能在一定的電場強度以內保持這些性質。當電場強度超過某一臨界值時，介質由介電狀態變為導電狀態。這種現象稱介電強度的破壞，或叫介質的擊穿，與此相對應的“臨界電場強度”稱為介電強度，或稱為擊穿電場強度。但嚴格地劃分擊穿類型是很困難的，但為了便于敘述和理解，通常將擊穿類型分為三種：熱擊穿、電擊穿、局部放電擊穿。而電擊穿和局部放電擊穿又統屬于電擊穿，所以我們常說介質擊穿有兩大類，一是熱擊穿，二是電擊穿。以上三種類型各有以下的特征：
　　
　　1.熱擊穿：熱擊穿的本質是處于電場中的介質，由于其中的介質損耗而產生熱量，就是電勢能轉換為熱量，當外加電壓足夠高時，就可能從散熱與發熱的熱平衡狀態轉入不平衡狀態，若發出的熱量比散去的多，介質溫度將愈來愈高，直至出現*性損壞，這就是熱擊穿。
　　
　　2.電壓擊穿試驗儀：固體介質電擊穿理論是在氣體放電的碰撞電離理論基礎上建立的。大約在本世紀30年代，以A.VonHippel和Frohlich為代表，在固體物理基礎上，以量子力學為工具，逐步建立了固體介質電擊穿的碰撞理論，這一理論可簡述如下：在強電場下，固體介質中可能因冷發射或熱發射存在一些原始自由電子。這些電子一方面在外電場作用下被加速，獲得動能；另一方面與晶格振動相互作用，把電場能量傳遞給晶格。當這兩個過程在一定溫度和場強下平衡時，固體介質有穩定的電導；當電子從電場中得到的能量大于傳遞給晶格振動的能量時，電子的動能就越來越大，至電子能量大到一定值時，電子與晶格振動相互作用導致電離產生新電子，使自由電子數迅速增加，電導進入不穩定階段，擊穿發生。
　　
　　3.此外還有化學擊穿。電介質中強電場產生的電流在例如高溫等某些條件下可以引起電化學反應。
　　
　　例如離子導電的固體電介質中出現的電解、還原等。結果電介質結構發生了變化，分離出來的物質在兩電極間構成導電的通路。或者是介質表面和內部的氣泡中放電形成有害物質如臭氧、一氧化碳等，使氣泡壁腐蝕造成局部電導增加而出現局部擊穿，并逐漸擴展成*擊穿。溫度越高，電壓作用時間越長，化學形成的擊穿也越容易發生。但不管怎樣，我認為所有的介質擊穿均是因極化效應引起的。凡在外電場作用下產生宏觀上不等于零的電偶極矩，因而形成宏觀束縛電荷的現象稱為電極化，
　　
　　能產生電極化現象的物質統稱為電介質。電介質的電阻率一般都很高，被稱為絕緣體。有些電介質的電阻率并不很高，不能稱為絕緣體，但由于能發生極化過程，也歸入電介質。電壓擊穿試驗儀通常情形下電介質中的正、負電荷互相抵消，宏觀上不表現出電性，但在外電場作用下可產生如下3.種類型的變化：1原子核外的電子云分布產生畸變，從而產生不等于零的電偶極矩，稱為畸變極化；2原來正、負電中心重合的分子，在外電場作用下正、負電中心彼此分離，稱為位移極化；3具有固有電偶極矩的分子原來的取向是混亂的，宏觀上電偶極矩總和等于零，在外電場作用下，各個電偶極子趨向于一致的排列，從而宏觀電偶極矩不等于零，稱為轉向極化。研究電介質宏觀介電性質及其微觀機制以及電介質的各種特殊效應的物理學分支學科。基本內容包括極化機構、標志介電性質的電容率與介質的微觀結構以及與溫度和外場頻率間的關系、電介質的導熱性和導電性、介質損耗、介質擊穿機制等。此外，還有許多電介質具有的各種特殊效應。

　　
　　影響介電擊穿強度的因素有哪些?
　　
　　閃絡-指高壓電器（如高壓絕緣子）在絕緣表面發生的放電現象，成為表面閃絡，簡稱閃絡。
　　
　　絕緣閃絡：絕緣材料在電場作用下，尚未發生絕緣結構的擊穿時，在其表面或與電極接觸的空氣（離子化氣體）中發生的放電現象，成為絕緣閃絡。
　　
　　1.電壓波形直流、工頻正弦及沖擊電壓下，擊穿機理不同，所測的擊穿場強也不同，工頻交流電壓下的擊穿場強比直流和沖擊電壓下的低得多
　　
　　2..電壓作用時間，無論電擊穿還是熱擊穿都需要時間，隨著加壓時間的增長，擊穿電壓明顯下降。
　　
　　3、電場的均勻性及電壓的極性，電場不均勻往往測得的電壓比本征擊穿值低。
　　
　　4、試樣的厚度與不均勻性試樣的厚度增加，電極邊緣電場就更不均勻，試樣內部的熱量更不易散發，試樣內部的含有缺陷的幾率增大，這些都會使擊穿場強下降。
　　
　　5.環境條件試樣周圍的環境條件，如溫度、濕度以及壓力等都會影響試樣的擊穿場強；溫度升高，通常會使擊穿場強下降；濕度增大，會使擊穿場強下降；氣壓對擊穿場強的影響，主要是對氣體而言。氣壓高，擊穿場強升高：但接近真空時，也會使擊穿場強升高。另外還有：時間、輻射、機械力、電極材料及極性效應。
　　
　　在強電場作用下，電介質喪失電絕緣能力的現象。分為固體電介質擊穿、液體電介質擊穿和氣體電介質擊穿3種。
　　
　　固體電介質擊穿導致擊穿的zui低臨界電壓稱為擊穿電壓。均勻電場中，擊穿電壓與介質厚度之比稱為擊穿電場強度（簡稱擊穿場強，又稱介電強度）。它反映固體電介質自身的耐電強度。不均勻電場中，擊穿電壓與擊穿處介質厚度之比稱為平均擊穿場強，它低于均勻電場中固體介質的介電強度。固體介質擊穿后，由于有巨大電流通過，介質中會出現熔化或燒焦的通道，或出現裂紋。脆性介質擊穿時，常發生材料的碎裂，可據此破碎非金屬礦石。固體電介質擊穿有3種形式：電擊穿、熱擊穿和電化學擊穿。電擊穿是因電場使電介質中積聚起足夠數量和能量的帶電質點而導致電介質失去絕緣性能。熱擊穿是因在電場作用下，電介質內部熱量積累、溫度過高而導致失去絕緣能力。電化學擊穿是在電場、溫度等因素作用下，電介質發生緩慢的化學變化，性能逐漸劣化，zui終喪失絕緣能力。固體電介質的化學變化通常使其電導增加，這會使介質的溫度上升，因而電化學擊穿的zui終形式是熱擊穿。溫度和電壓作用時間對電擊穿的影響小，對熱擊穿和電化學擊穿的影響大；電場局部不均勻性對熱擊穿的影響小，對其他兩種影響大。
　　
　　液體電介質擊穿純凈液體電介質與含雜質的工程液體電介質的擊穿機理不同。對前者主要有電擊穿理論和氣泡擊穿理論，對后者有氣體橋擊穿理論。沿液體和固體電介質分界面的放電現象稱為液體電介質中的沿面放電。這種放電不僅使液體變質，而且放電產生的熱作用和劇烈的壓力變化可能使固體介質內產生氣泡。經多次作用會使固體介質出現分層、開裂現象，放電有可能在固體介質內發展，絕緣結構的擊穿電壓因此下降。脈沖電壓下液體電介質擊穿時，常出現強力氣體沖擊波（即電水錘），可用于水下探礦、橋墩探傷及人體內臟結石的體外破碎。
　　
　　氣體電介質擊穿在電場作用下氣體分子發生碰撞電離而導致電極間的貫穿性放電。其影響因素很多，主要有作用電壓、電板形狀、氣體的性質及狀態等。氣體介質擊穿常見的有直流電壓擊穿、工頻電壓擊穿、高氣壓電擊穿、沖擊電壓擊穿、高真空電擊穿、負電性氣體擊穿等。空氣是很好的氣體絕緣材料，電離場強和擊穿場強高，擊穿后能迅速恢復絕緣性能，且不燃、不爆、不老化、無腐蝕性，因而得到廣泛應用。為提供高電壓輸電線或變電所的空氣間隙距離的設計依據（高壓輸電線應離地面多高等），需進行長空氣間隙的工頻擊穿試驗。

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北京北廣精儀自創研發生產的電壓擊穿試驗儀BDJC-50KV參數：

滿足標準：

1、GB1408.1-2006《絕緣材料電氣強度試驗方法》
2、GB1408.2-2006《絕緣材料電氣強度試驗方法 
        第2部分：對應用直流電壓試驗的附加要求》
3、GB/T1695-2005《硫化橡膠工頻擊穿電壓強度和耐電壓的測定方法》
4、GB/T3333 電纜紙工頻電壓擊穿試驗方法
5、HG/T 3330絕緣漆漆膜擊穿強度測定法
6、GB12656 電容器紙工頻電壓擊穿試驗方法
7、ASTM D149《固體電絕緣材料工業電源頻率下的介介電強度的試驗方法》

軟件功能:
01、軟件平臺：WINDOWS窗口操作平臺，界面直觀，便于操作
02、曲線顯示：在實驗過程中可以動態顯示試驗曲線
03、數據導出：可以對試驗結果導入EXCEL表格
04、實驗報告：可以人為設置報告名稱，并對實驗報告進行打印
05、試驗方式：可以根據需求對直流試驗和交流試驗進行靈活選擇
06、試驗方法：可以根據需求自行選擇擊穿電壓、耐壓試驗、梯度試驗
07、參數設置：可以根據不同的試驗方式及試驗方法靈活設置所需的不同參數值
08、試樣設置：可對不同標準的試樣參數靈活設置
09、人員管理：設置用戶名及密碼，不同的操作員登入進行不同的試驗，互不影響
10、標準選擇：含有不同標準，可根據需求自行選擇
11、連續操作：連續操作試驗時，可直接在軟件里結束試驗，進行二次試驗

主要技術要求：
1、設備輸入電壓： 交流 50KV (普通試驗室電源均可兼容)
2、試驗電壓方式： 交流 0--50 KV ;
                  直流 0--50 KV
3、電器容量：10KVA
4、試驗方法：0-50KV全量程可調(采用高精度電壓采樣器件，取消了同類廠家由于電壓采樣精度不夠必須采用高壓分級的方式)
5、擊穿及耐壓試驗升壓速率：
0.1 KV/S 
0.2 KV/S
0.5 KV/S
1.5 KV/S
  2 KV/S
2.5 KV/S
3.0 KV/S  

主要配置:
  1、主機一臺
  2、試驗電極：
  （1）試驗用薄膜電極 ￠25mm兩個，￠75mm一個
  （2）漆包線電極兩個
  （3）管用電極兩個
  3、試驗用油盒兩只
  4、放電棒一只
  5、試驗用軟件一套
  6、計算機一套
  7、打印機一臺 

15、九級安全防護措施： 
(1) 超壓保護
(2)試驗過流保護 
(3)試驗短路保護
(4)安全門開啟保護
(5)軟件誤操作保護
(6)零電壓復位保護
(7)試驗結束放電保護
(8)獨立保護接地
(9)試驗完成后電磁放電

試驗方式
1、絕緣試樣空氣中擊穿或耐壓試驗
2、絕緣試樣浸油中擊穿或耐壓試驗
3、絕緣試樣空氣中階梯擊穿或耐壓試驗
4、絕緣試樣浸油中階梯擊穿或耐壓試驗
注：根據用戶要求，可定制其他試驗方式

試驗軟件：
1、本儀器在試驗過程中可對升壓擊穿過程繪制實時曲線，每次試驗的升壓曲線都由不同顏色構成，試驗結束后可疊加對比材料的試驗數據重復性。
2、可以隨時調取當前及歷史試驗數據進行查看，編輯及修改參數。
3、試驗過程中可以隨時修改試驗條件及存儲路徑及自動存儲試驗結果。
4、試驗過程中，可隨時通過軟件決定本次試驗是否有效，方便篩選試驗結果。
5、可設置操作口令，做到專機專人操作，避免無關人員誤操作。

試驗界面：
 
1、試驗主界面截圖                        
 
2、參數設置界面截圖：          
 
3、打印預覽界面截圖：

安全保護功能：
1、試驗在試驗箱中進行，試驗箱門打開時電源加不到高壓變壓器輸入端，即高壓側無電壓。100KV測試設備高壓電極距離試驗箱壁的zui近距離大于270mm，50KV測試設備高壓電極距離試驗箱壁的zui近距離大于250mm，試驗時即使人接觸箱壁也不會有危險。
2、設備要安裝單獨的保護地線。接保護地線，主要是減少試樣擊穿時對周圍產生的較強的電磁干擾。也可避免控制計算機失控。
3該試驗設備的電路設有多項保護措施，主要有：過流保護、過壓保護、漏電保護、短路保護、直流試驗放電報警，電磁放電等。
4、直流試驗放電報警功能:在設備做完直流試驗時,當開啟試驗門時設備會自動報警,直至使用設備上的放電裝置放電后報警會自動取消.(注：因為直流試驗后不放電會危險到人身安全,不能直接拿取電極,起到提醒使用人員放電以免造成人身傷害)。
5、試驗放電裝置，電磁鐵自動放電放置。

常規型號：

       BDJC-10KV
       BDJC-20KV
       BDJC-50KV
       BDJC-100KV
       BDJC-150KV

主要配置：

1、 試驗主機一臺
2、 5萬伏高壓發生器一臺
3、 全自動微電腦電壓調壓裝置一套(串口方式)
4、 試驗電極規格(紫銅)
5、 試驗用油盒一只：材質為有機玻璃
6、 電磁自動放電裝置一套。
7、 電壓擊穿計算機測控軟件一套
8、 計算機一套(抗強干擾計算機) 
9、彩色噴墨打印機一臺(惠普品牌)
10、*計量鑒定質檢證書一份
11、產品使用說明書一份
12、合格證一份