電壓擊穿試驗儀測試原理及整機結構

一、電壓擊穿試驗儀測試原理

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

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，最終喪失絕緣能力。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，因而電化學擊穿的最終形式是熱擊穿。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。

熱擊穿

當固體電介質承受電壓作用時，介質損耗是電介質發熱、溫度升高；而電介質的電阻具有負溫度系數，所以電流進一步增大，損耗發熱也隨之增加。電介質的熱擊穿是由電介質內部的熱不平衡過程造成的。如果發熱量大于散熱量，電介質溫度就會不斷上升，形成惡性循環，引起電介質分解、炭化等，電氣強度下降，最終導致擊穿。

熱擊穿的特點是：擊穿電壓隨溫度的升高而下降，擊穿電壓與散熱條件有關，如電介質厚度大，則散熱困難，因此擊穿電壓并不隨電介質厚度成正比增加；當外施電壓頻率增高時，擊穿電壓將下降。

電化學擊穿

固體電介質受到電、熱、化學和機械力的長期作用時，其物理和化學性能會發生不可逆的老化，擊穿電壓逐漸下降，長時間擊穿電壓常常只有短時擊穿電壓的幾分之一，這種絕緣擊穿成為電化學擊穿。當加在某絕緣介質上的電壓高于過一定程度（擊穿電壓）后，這時絕緣介質會發生突崩潰而使其電阻迅速下降，繼而使得一部分絕緣介質變為導體。在有效的擊穿電壓下，電擊穿現象可以發生在固體、流體、氣體或者真空等不同的介質中。

電樹枝（預擊穿）

在電氣工程中，樹化是固體絕緣中的一種電氣預擊穿現象。這是由于局部放電而造成的破壞性過程，并通過受應力的介電絕緣層，在類似于樹枝的路徑中進行。固體高壓電纜絕緣的樹化是地下電力電纜中常見的擊穿機制和電氣故障來源。當干介電材料在很長一段時間內受到高且發散的電場應力時，首先發生并傳播電樹。觀察到電樹化起源于雜質、氣孔、機械缺陷或導電突起在電介質的小區域內引起過度電場應力的點。這可以使體電介質內的空隙內的氣體電離，從而在空隙的壁之間產生小的放電。雜質或缺陷甚至可能導致固體電介質本身的部分擊穿。這些局部放電(PD)產生的紫外線和臭氧隨后與附近的電介質發生反應，分解并進一步降低其絕緣能力。隨著電介質的降解，氣體通常會釋放出來，從而產生新的空隙和裂縫。這些缺陷進一步削弱了材料的介電強度，增強了電應力，加速了PD過程。

2.2試品

如表1所示，電壓擊穿實驗平臺可用于（1）TO封裝、（2）剛性壓接封裝、（3）彈性壓接封裝（4）焊接封裝、（5）用于實驗室測量的簡易封裝、（6）襯板、（7）子單元框架、（8）板狀絕緣材料、（9）管殼、（10）硅凝膠的擊穿強度測量和驗證。

表1 電壓擊穿實驗平臺測試對象

二、整機結構

主機型號：中航時代儀器ZJC-100KV電壓擊穿試驗儀，如圖1所示；

配件備件：各種型號電極2套；放電棒一個；隔熱手套1副詳情見價格。

1 外觀示意圖

2 整機結構示意圖

上圖中，

（1）結構示意圖所示為濾波器與主機分開的狀態，直流試驗時須連接濾波器，交流時需要分開濾波器；

（2）交流試驗時，拔出濾波器與高壓變壓器的連接線，分開濾波器；

（3）直流試驗時，合上濾波器，插上濾波器與高壓變壓器的連接線；

（4）外部電源正負接口，用來通過外接電源的正負線，穿過之后可以直接插入試樣架正負極；

（5）外部采樣接口會輸出采樣信號，采樣信號包括高壓電流和高壓電壓，信號為0-5V；

（6）其他相關的部分，如高壓采樣等請參考電路設計框圖，在此不做展示。

圖 3 高溫油槽結構圖

圖 4 二次側測試電路示意圖

圖 5 擊穿強度實驗平臺原理框圖

關于電壓擊穿試驗儀的一般說明：

（1）使用計算機控制，并采集所有信號；

（2）通過無級調壓控制箱生成需要的波形并且輸出0-200V電壓，通過外部觸發按鍵切換50Hz正弦波和100Hz方波；

（3）通過高壓變壓器生成需要的0-100kV電壓，并且通過機械機構切換交直流；

（4）在試樣架正負極預留外部電源輸入接口；

（5）直流電壓通過0.5uF高壓采樣電容濾波，使紋波系數≤2%；

（6）高壓采樣部分采集電壓和電流，通過AD轉換傳遞給計算機，同時預留出外部取樣接口；

（7）在直流試驗時，通過電感限制電容放電，防止放電電流過大造成干擾；

（8）整機接線如下圖所示，包含計算機和放電、照明等系統的接線方式。

圖 6 擊穿強度實驗平臺整機接線圖