LJC-20KV 絕緣材料擊穿強(qiáng)度測(cè)定儀丨LJC-50KV 絕緣材料擊穿強(qiáng)度測(cè)定儀

    一、結(jié)構(gòu)原理及性能特點(diǎn)

    主要由：升壓系統(tǒng)(高壓變壓器)、測(cè)量系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、放電系統(tǒng)、電極、油箱、電極定位架、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、軟件等組成；高壓變壓器主要產(chǎn)生試樣所需的直流電壓，調(diào)壓器用于調(diào)節(jié)升壓變壓器輸入端電壓以產(chǎn)生高壓所需的輸入電壓，電壓測(cè)量主要是從高壓變壓器測(cè)量端測(cè)量，高壓變壓器測(cè)量端和高壓端是線性的；試驗(yàn)軟件是我公司0新研發(fā)的功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單、顯示直觀的試驗(yàn)軟件系統(tǒng)。采用計(jì)算機(jī)控制，過人機(jī)對(duì)話方式，完成對(duì)、絕緣介質(zhì)的工頻電壓擊穿，工頻耐壓試驗(yàn)。

    二、制造和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

    1、GB1408.1-2006《絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法》

    2、GB1408.2-2006《絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法》

    第2部分：對(duì)應(yīng)用直流電壓試驗(yàn)的附加要求》

    3、JJG795-2004《耐電壓測(cè)試儀檢定規(guī)程》

    三、適用的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

    1、GB/T1695-2005《硫化橡膠工頻擊穿電壓強(qiáng)度和耐電壓的測(cè)定方法》

    2、GB/T3333《電纜紙工頻擊穿電壓試驗(yàn)方法》

    3、GB12913-2008《電容器紙》

    4、ASTMD149《固體電絕緣材料工業(yè)電源頻率下的介電擊穿電壓和介電強(qiáng)度的試驗(yàn)方法》

    四、應(yīng)用范圍

    主要適用于固體絕緣材料如電線套管、樹脂和膠、浸漬纖維制品、云母及其制品、塑料、薄膜復(fù)合制品、陶瓷和玻璃等介質(zhì)在工頻電壓或直流電壓下?lián)舸?qiáng)度和耐電壓時(shí)間的測(cè)試；該儀器采用計(jì)算機(jī)控制，可對(duì)試驗(yàn)過程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的采集、處理，并可存取、顯示、打印。

    五、主要技術(shù)指標(biāo)

    輸入電壓：AC220V

    輸出電壓：AC0--20kV;

    DC0--20kV

    電器容量：2KVA

    高壓分級(jí)：0--5kV；0-10kV；0--20kV；

    擊穿電壓：0-20kV

    擊穿電壓升壓速率共分七級(jí)（可選定）：

    A、0.1kV/s

    B、0.2kV/s

    C、0.3kV/s

    D、0.5kV/s

    E、1.0kV/s

    F、2.0kV/s

    G、3.0kV/s

    升壓方式：

    1、勻速升壓

    2、階梯升壓

    3、耐壓試驗(yàn)

    過電流保護(hù)裝置：試樣擊穿時(shí)在0.1S內(nèi)切斷電源.

    漏電電流選擇：1—30mA.

    耐壓時(shí)間：0-6H

    六、安全說明：

    1、設(shè)備要安裝單獨(dú)的保護(hù)地線。接保護(hù)地線，主要是減少試樣擊穿時(shí)對(duì)周圍產(chǎn)生的較強(qiáng)的電磁干擾。也可避免控制計(jì)算機(jī)失控。

    2、直流試驗(yàn)放電報(bào)警功能:在設(shè)備做完直流試驗(yàn)時(shí),當(dāng)開啟試驗(yàn)門時(shí)設(shè)備會(huì)自動(dòng)報(bào)警,直至使用設(shè)備上的放電裝置放電后報(bào)警會(huì)自動(dòng)取消.(注：因?yàn)橹绷髟囼?yàn)后不放電會(huì)危險(xiǎn)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傷害)。

    3、試驗(yàn)放電裝置，隨主機(jī)為一體化，改進(jìn)了以往單獨(dú)配備一根放電桿的功能。

    4、該試驗(yàn)設(shè)備的電路設(shè)有多項(xiàng)保護(hù)措施，主要有：過流保護(hù)、失壓保護(hù)、漏電保護(hù)、短路保護(hù)、直流試驗(yàn)放電報(bào)警等。

    5、九級(jí)安全防護(hù)措施：

    ①超壓保護(hù)

    ②試驗(yàn)過流保護(hù)

    ③調(diào)壓器復(fù)位開關(guān)

    ④試驗(yàn)箱門安全開關(guān)

    ⑤自動(dòng)放電保護(hù)

    ⑥漏電保護(hù)開關(guān)

    ⑦試驗(yàn)短路保護(hù)

    ⑧獨(dú)立接地保護(hù)

    ⑨安全防護(hù)網(wǎng)保護(hù)

    介電強(qiáng)度

    1概述

    一、定義：絕緣材料或結(jié)構(gòu)，在電場(chǎng)作用下瞬間失去絕緣特性，造成電極間短路，稱為電氣擊穿。絕緣材料或結(jié)構(gòu)發(fā)生擊穿時(shí)所加的電壓稱為擊穿電壓，擊穿點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)稱為擊穿場(chǎng)強(qiáng)。

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    式中：EB—擊穿場(chǎng)強(qiáng)（MV/mm）;UB—在規(guī)定試驗(yàn)條件下，兩極間的擊穿電壓(MV或KV);d—兩電極間擊穿部位的距離，即試樣在擊穿部位的厚度（m或mm）

    閃絡(luò)--指高壓電器(如高壓絕緣子)在絕緣表面發(fā)生的放電現(xiàn)象,稱為表面閃絡(luò),簡(jiǎn)稱閃絡(luò).絕緣閃絡(luò)：絕緣材料在電場(chǎng)作用下，尚未發(fā)生絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿時(shí)，在其表面或與電極接觸的空氣(離子化氣體)中發(fā)生的放電現(xiàn)象，稱為絕緣閃絡(luò)。

    二、影響介電強(qiáng)度的因素

    1、電壓波形直流、工頻正弦及沖擊電壓下，擊穿機(jī)理不同，所測(cè)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)也不同，工頻交流電壓下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比直流和沖擊電壓下的低得多。

    2、電壓作用時(shí)間，無論電擊穿還是熱擊穿都需要時(shí)間，隨著加壓時(shí)間的增長(zhǎng)，擊穿電壓明顯下降。

    3、電場(chǎng)的均勻性及電壓的極性，電場(chǎng)不均勻往往測(cè)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(chǎng)就更不均勻，試樣內(nèi)部的熱量更不易散發(fā)，試樣內(nèi)部的含有缺陷的幾率增大，這些都會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降。

    5、環(huán)境條件試樣周圍的環(huán)境條件，如溫度、濕度以及壓力等都會(huì)影響試樣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)；溫度升高，通常會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降；濕度增大，會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降；氣壓對(duì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響，主要是對(duì)氣體而言。氣壓高，擊穿場(chǎng)強(qiáng)升高；但接近真空時(shí)，也會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)升高。另外還有：時(shí)間、輻射、機(jī)械力、電極材料及極性效應(yīng)。

    2擊穿機(jī)理

    1氣體介質(zhì)擊穿

    1）撞擊游離氣體介質(zhì)在電場(chǎng)中，由于受輻照、電能、熱能等因素的作用，總會(huì)存在少量的離子和電子。

    這些帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過程中必然和氣體的分子或原子相撞，如果帶電粒子的能量大于分子或原子的電離能，則可能由于碰撞時(shí)能量的交換而使分子或原子產(chǎn)生電離（即使帶電粒子的能量小于電離能，經(jīng)過多次碰撞也可能使分子發(fā)生電離）。氣體分子電離之后，放出的電子又在電場(chǎng)中加速碰撞其它的分子或原子使之產(chǎn)生電離，因此電子的總數(shù)越來越多形成電子崩。同時(shí)由于離子的質(zhì)點(diǎn)大，速度慢，而集聚在陰極的附近，造成陰極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度增高，使電子不斷從陰極被拉出，源源不斷地投入氣體中，這就形成了自持放電即氣體擊穿。這種擊穿理論是符合低氣壓短間隙（電極間的距離近）的氣體擊穿。

    2）流柱理論在長(zhǎng)間隙、高氣壓中的放電，除了撞擊之外，形成放電發(fā)展的主要因素是光游離。在電子崩發(fā)展到一定階段后，電子崩的前部的離子復(fù)合增強(qiáng)，而復(fù)合時(shí)放出的光子又引起周圍氣體電離，于是又形成新的電子崩，這樣在電子崩之間呈成為電子離子的混合通道，這個(gè)混合通道稱為流柱。

    3）在均勻和不均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿電壓，在均勻電場(chǎng)中，氣體擊穿電壓與氣體起始電離電壓相近。擊穿電壓與氣體壓力和電極間的距離的乘積成相關(guān)。這種關(guān)系規(guī)律稱巴申定律。在不均勻電場(chǎng)中，氣體的擊穿電壓將高于氣體起始電離擊穿電壓，因電場(chǎng)*的地方總首先開始局部電離放電，之后才逐漸擴(kuò)大放電范圍，直到放電貫穿兩電極時(shí)才發(fā)生擊穿。

    2、液體介質(zhì)的擊穿

    1）小橋理論在液體介質(zhì)中，含有的各種雜質(zhì)，如灰塵、纖維、水分等，這些雜質(zhì)在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生極化并沿著電場(chǎng)方向排列起來，移向電場(chǎng)強(qiáng)度高的地方連成小橋，而使電場(chǎng)發(fā)生畸變。造成擊穿電場(chǎng)下降。2）撞擊游離和氣體電離的理論類似。不過由于液體中分子間的距離比氣體小得多，電子在兩次碰撞間的自由行程也短得多，因此，要獲得足夠的能量就要需要更高的電場(chǎng)強(qiáng)度，這說明液體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比氣體高的多。

    3、固體材料的電擊穿理論固體材料的本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)比液體材料高得多，一般在50-150兆伏/米由于固體材料聚集很緊，電子在其中的運(yùn)動(dòng)就不能簡(jiǎn)單地看作單個(gè)電子與單個(gè)分子或原子相碰撞，而是受周圍許多分子或原子對(duì)它的制約。如電子通過晶格時(shí)，受晶格質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的影響，使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，同時(shí)也發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移，這過程稱散射。當(dāng)電子的獲得的能量大于損失的能量時(shí)，電子就不斷被加速，就會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┌l(fā)生。從這點(diǎn)出發(fā)提出兩種最主要的電擊穿理論：其一，弗羅利赫（Frohlich）理論，另一個(gè)是希伯爾理論。此外，還有許多電擊穿理論，如場(chǎng)致發(fā)射擊穿理論，電機(jī)械應(yīng)力破壞理論。

    4固體介質(zhì)的熱擊穿理論介質(zhì)的擊穿因熱因素起決定作用的引起的破壞稱為熱擊穿。

    5、局部放電導(dǎo)致?lián)舸┎牧蠐舸┌l(fā)生在局部，而沒有貫穿到兩電極之間，這種現(xiàn)象稱為局部放電。

    3試樣、電極、媒質(zhì)以及升壓方式的選擇

    1、試樣與電極

    試樣與電極的大小影響擊穿試驗(yàn)結(jié)果

    1）固體材料的試樣

    GB1408有規(guī)定，如表

    一般試樣厚度不要超過3mm，厚度測(cè)量誤差最好不要超過1%

    2）測(cè)量固體材料用電極

    電極必需是良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能；電極表面光滑并與試樣良好的接觸；板材或薄膜試樣一般用圓柱形銅或不銹鋼電極；管狀或型材試樣，一般要采用金屬箔或沉積金屬層，管狀試樣內(nèi)徑小時(shí)，可用彈性金屬片、金屬粉末以及導(dǎo)電液體等作為內(nèi)電極。電極尺寸見表

    3）液體材料取樣及電極

    液體介質(zhì)擊穿試驗(yàn)用電極有平板和球型兩種。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)用是平板型電極，電極直徑為25mm，間距為2.5mm，邊緣的曲率半徑2mm,表面光潔度▽7.液面離電極的最高點(diǎn)距離不少于22mm.電極距容器內(nèi)壁各點(diǎn)不少于13mm，電極軸心應(yīng)對(duì)準(zhǔn)并保持水平，電極間隙應(yīng)均勻。電極及容器所用材料應(yīng)不會(huì)和試樣作用，一般用陶瓷或玻璃制成容器，用銅或不銹鋼做電極。

    2、媒質(zhì)

    為防止材料發(fā)生表面閃絡(luò)，同時(shí)也為了避免擊穿發(fā)生在電極的邊緣，必須選用相對(duì)介電常數(shù)（或電導(dǎo)率）比較大的，而且擊穿場(chǎng)強(qiáng)也比較高的材料做媒質(zhì)。如變壓器油、礦物油和硅油.選用的媒質(zhì)必須與試樣不會(huì)發(fā)生相互作用

    3、升壓方式

    擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨施加電壓的時(shí)間的增長(zhǎng)而下降；在交流或直流電壓的擊穿試驗(yàn)中，電壓作用時(shí)間體現(xiàn)在升壓方式和升壓速度；而在耐壓試驗(yàn)中，電壓的作用除與升壓速度有關(guān)外，主要還決定于耐壓時(shí)間。顯然，電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)試樣考驗(yàn)就越嚴(yán)格。擊穿試驗(yàn)升壓方式分三種：連續(xù)升壓、逐級(jí)升壓和慢升壓。

    連續(xù)升壓升壓速度

    逐級(jí)升壓

    慢速升壓

    幾點(diǎn)說明：逐級(jí)升壓是讓施加于試樣的電壓先以連續(xù)升壓的速度上升到擊穿電壓的50%，之后，按每級(jí)升壓值（大約為擊穿電壓的5-10%）逐級(jí)升壓，每級(jí)停留1分鐘，直到擊穿為止。最后一級(jí)的電壓為擊穿電壓。級(jí)與級(jí)之間升壓時(shí)間要盡可能的短，一般不會(huì)超過10秒，這一時(shí)間應(yīng)計(jì)入后一級(jí)的停留時(shí)間內(nèi)。如果擊穿發(fā)生在前一級(jí)，則應(yīng)取前一級(jí)電壓。慢升壓是先讓施加于試樣的電壓以連續(xù)升壓的速度上升到擊穿電壓的50%，以后降低升壓速度，但電壓仍然以勻速上升直到擊穿為止。而耐壓試驗(yàn)先以任何升壓速度使施加于試樣的電壓由零上升到試驗(yàn)電壓的40%，以后以每秒升高試驗(yàn)電壓3%的速度升到試樣電壓為止；在試驗(yàn)電壓下保持一定的耐壓時(shí)間（1-5min），之后要在5分鐘內(nèi)將電壓降到試驗(yàn)電壓的25%，最后切斷電源。

    4工頻電壓下絕緣的擊穿和耐壓試驗(yàn)

    工頻電壓下絕緣強(qiáng)度和耐壓試驗(yàn)裝置：高壓試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器、電壓測(cè)量系統(tǒng)以及控制和保護(hù)裝置等。

    1、高壓試驗(yàn)變壓器

    包括容量、電壓及其波形。容量--根據(jù)試樣在試驗(yàn)電壓下流過的電容電流來計(jì)算即：

    P=U2ωCx(伏.安)式中：U--施加電壓有效值（伏），ω--角頻率，Cx—試樣電容；一般電容量高壓側(cè)電流1安以上。

    電壓－一般根據(jù)試樣電壓來選，單臺(tái)變壓器最高電壓等級(jí)為750千伏；如果再高實(shí)驗(yàn)電壓就用多臺(tái)串聯(lián)。實(shí)驗(yàn)電壓波形，一般為正弦波，波形畸變將會(huì)影響電壓測(cè)量。Um=√2U有效

    2、調(diào)壓、控制及保護(hù)

    1）調(diào)壓器－調(diào)節(jié)通過接在實(shí)驗(yàn)變壓器和電源之間的調(diào)壓器來實(shí)現(xiàn)，分：自耦調(diào)壓器（通過滑動(dòng)觸點(diǎn)沿繞阻移動(dòng)來改變輸出電壓，其特點(diǎn)是體積小、漏抗小、價(jià)格也便宜，但由于滑動(dòng)觸點(diǎn)在電流比較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)火花，因此，一般容量只用于幾千伏安以下，油浸式的可達(dá)幾十千伏安）和移圈式調(diào)壓器。2）控制電路控制線路要實(shí)現(xiàn)下列各點(diǎn)要求（1）只有在試驗(yàn)人員撤離高壓危險(xiǎn)區(qū)，并關(guān)好安全門之后才能加壓；（2）升壓必需從零開始；（3）在試樣發(fā)生擊穿時(shí)能自動(dòng)切斷電源；（4）在自動(dòng)升壓裝置中還要能控制升壓、降壓及停止等動(dòng)作。3)保護(hù)和接地（除過電流保護(hù)器、安全門開關(guān)、調(diào)壓器限位開關(guān)等外，其他在線路的低壓部分都要接上保護(hù)放電器，還需接保護(hù)電阻、此外，還要有圍欄、連鎖裝置和信號(hào)燈并備有接地棒以保證人身安全）

    3、工頻電壓的測(cè)量

    工頻高電壓的測(cè)量方法分：直接測(cè)量高電壓（如利用球隙放電、靜電電壓表、旋轉(zhuǎn)伏特計(jì)等）；將高電壓變換為低電壓測(cè)量（互感器、分壓器）；通過測(cè)量試驗(yàn)變壓器本身低壓繞組的電壓來?yè)Q算出高壓端的試驗(yàn)電壓。1）靜電電壓表法－用于試驗(yàn)電壓不高的情況（200KV）2）球隙測(cè)量法－此法試驗(yàn)電壓可以高，但測(cè)量麻煩，影響因素較多，裝置的占地面積較大。3）互感器測(cè)量法－通過互感器將高壓變低壓進(jìn)行測(cè)量，精度高，但較貴。4）電容分壓器法－通過串聯(lián)電容分壓測(cè)出其中低阻抗的電容器上的電壓，可以推算出試驗(yàn)電壓。5)測(cè)量繞組法－通過變壓器內(nèi)部繞組，可以按比例把測(cè)量電壓算出來。

    5直流電壓下絕緣的擊穿和耐壓試驗(yàn)

    由于有很多電氣設(shè)備是在直流電壓下運(yùn)行的，有些雖在交流下運(yùn)行，但由于其電容量很大，工頻試驗(yàn)變壓器的容量不能滿足要求而又沒有補(bǔ)償電抗器時(shí)，采用直流電壓下測(cè)定其絕緣強(qiáng)度以替代工頻下的絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)。其測(cè)量裝置必需要有一套直流高壓裝置和直流電壓測(cè)量系統(tǒng)。直流高電壓可以通過各種方法獲得。一般是通過高壓整流，即先通過變壓器把工頻電壓升高。而后，在利用高壓整流器把工頻高壓變?yōu)橹绷鞲邏?。工頻的升壓及有關(guān)的控制、保護(hù)裝置與上節(jié)所述相同。

    一、高壓整流

    絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)用的直流高壓設(shè)備應(yīng)滿足一下要求：

    1）電壓等級(jí)應(yīng)滿足試驗(yàn)電壓要求，我國(guó)已有百萬(wàn)伏以上的直流高壓裝置

    2）設(shè)備容量應(yīng)能輸出電流10-20毫安

    3）電壓脈動(dòng)系數(shù)小于或等于5%

    二、倍壓線路

    簡(jiǎn)單的整流線路不論是半波還是全波，最高輸出電壓只能接近于變壓器輸出電壓的峰值。如果要獲得更高的直流電壓，可以采用倍壓線路。

    三、直流高壓的測(cè)量

    測(cè)量方法很多，可用儀表直接測(cè)量，也可用分壓器等間接測(cè)量。測(cè)量的誤差小于3%。對(duì)于電壓脈動(dòng)系數(shù)小于或等于5%，可用靜電伏特計(jì)和球隙法。旋轉(zhuǎn)伏特計(jì)也可測(cè)直流高壓。