电压击穿试验仪

发布时间：2023年05月

1、设备功能：

1）击穿强度实验平台可用于模块、标准绝缘材料样品、硅凝胶、绝缘结构， 在0到100kV交（50Hz）、直流（纯直流）电压和0到50kV方波电压等复杂工况下的击穿强度测量和验证。

2）使用计算机控制，并采集所有信号；

3）通过无级调压控制箱生成需要的波形并且输出0-200V电压，通过外部触发按键切换50Hz正弦波和100Hz方波；

4）通过高压变压器生成需要的0-100kV电压，并且通过机械机构切换交直流；

5）在试样架正负极预留外部电源输入接口；

6）直流电压通过0.5uF高压采样电容滤波，使纹波系数≤2%；

7）高压采样部分采集电压和电流，通过AD转换传递给计算机，同时预留出外部取样接口；

8）在直流试验时，通过电感限制电容放电，防止放电电流过大造成干扰；

2、整机结构

1）直流试验时须连接滤波器，交流时需要分开滤波器；

2）交流试验时，拔出滤波器与高压变压器的连接线，分开滤波器；

3）直流试验时，合上滤波器，插上滤波器与高压变压器的连接线；

4）外部电源正负接口，用来通过外接电源的正负线，穿过之后可以直接插入试样架正负极；

5）外部采样接口会输出采样信号，采样信号包括高压电流和高压电压，信号为0-5V；

6）主机型号：中航时代检测仪器ZJC-100kV（多工况油浴加热定制版）；

7）配件备件：各种型号电极2套；放电棒一个；隔热手套1副

3、技术参数：

3.1、设备电源

1)输入电压：AC 220V±10%

2)电源频率：50Hz ± 1%

3)高压变压器功率：10kVA

4)电路最大电流：输出电流40mA以上

3.2、交流电源

1)交流电源输出范围：0-100kV

2)交流电源最小调节精度：0.02kV

3)交流电源质量：试验电压峰值与均方根值之比应在（100%±5%）即（1.34-1.48）之间

3.3、直流电源

1)电源输出范围：0-100kV

2)电源最小调节精度：0.02kV

3)电源质量：输出应为纯直流，且波纹应不超过试验电压的2％

3.4、调压方式其他接口

1)调压方式：可程序控制按照选定升压速度连续升压直至击穿，可程序控制按照选定升压速度连续升压设定的耐压，并具有手动调压功能可在实验过程中手动调节电压直至击穿

2)交直流电源升压速率：自动升压功能应可调节升压速率，速率为应每10秒的平均速度，包含20 V/s、50 V/s、100 V/s、200 V/s、500 V/s、1 000 V/s、2 000 V/s、5 000 V/s，且应包含手动调压功能

3)50kV方波接口：设备应具备50kV，5kHz（重复频率）以上方波电源接口，并设有足够绝缘性能的穿墙套管；

4)测量外部接口：需要预留电压探头和示波器接口和漏电流测量接口

3.5、电极种类和参数

1)等直径电极：等直径电极一套GBT 1408.1-2016

2)填充硅凝胶的电极装置：应具有可调节的电极间距，具体形状和参数参见标准GBT 1408.1-2016

3.6、尺寸

1)腔体内部空间：不小于800mm*600mm*600mm

2)油浴测试空间：不小于700mm*450mm*350mm

3)电极架外部尺寸：不大于470mm*450mm*650mm

4)外形尺寸：不大于3000mm*1100mm*1700mm

5)排风口：外径98mm

3.7、测量项目

1)试品上的电压测量：测量精度在施加电压的2%以内，可测量施加在样品两端电压的有效值；电压测量回路总误差不得超过测得值的5%，包括由电压表相应时间所引起的误差，在所用的任何升压速率下，改响应时间引起的误差应不大于击穿电压的1%，并能记录击穿电压

2)漏电流测量：测量精度0.1mA以内，量程40mA以上，并能记录击穿漏电流

3)击穿判定：应可设置漏电流大小，并在击穿发生后的几个周期内动作，最小一个周期可能由于闪络误操作

4)温度：需要测量油浴盒中至少两处的温度，分辨率0.1℃

5)测量输出：高压曲线，漏电流曲线，击穿电压，击穿电流

6)保存（数据导出）：所有数据应可以导出至excel文件

3.8、油浴加热

1)油浴加热温度：0-250℃，并应采用合适的液体循环措施，以使试样周围温度大致均匀，并保持在规定温度的±2℃以内

2)加热功率：3kW

3)绝缘油：应具有足够的电气强度以免发生击穿，厂家应提供满足高温（300℃）和绝缘（100kV）需求的绝缘油采购途径，

3.9、软件交互界面

1)电脑软件交互界面：交互界面应干净整洁，字体大小合适，应显示以上测量信息

2)设备操作界面：交互界面应干净整洁，字体大小合适

3.10、开关机保护

1)总开关：设备应具备总电源开关，用于切断市电与设备的连接

2)紧急按钮：设备应具备试验急停按钮，用于切断高压电源

3)开门断电保护：在开启实验舱门或试验过程中舱门打开，切断高压电源

4)自动放电：设备在每次试验完成后，应自动放电，放电时间不小于10秒

5)手动放电杆：设备应具备手动放电杆，在断电状态下手动放电杆挂于高压接线点

6)警示灯：警示灯应设于显眼地方（设备顶部），设备运行时应亮红色警示灯，设备通电但不加压时应亮绿灯

3.11、工作环境

1)工作温度：0℃-+45℃

2)存放温度：-20℃-+60℃

3)相对湿度： 5%-80%,无冷凝

3.12、适用的标准：GBT 1408.1-2016 & GBT 1408.2-2016

4、测试原理

固体电介质击穿有3种形式：电击穿、热击穿和电化学击穿。

4.1电击穿

电击穿是因电场使电介质中积聚起足够数量和能量的带电质点而导致电介质失去绝缘性能。热击穿是因在电场作用下，电介质内部热量积累、温度过高而导致失去绝缘能力。电化学击穿是在电场、温度等因素作用下，电介质发生缓慢的化学变化，性能逐渐劣化，最终丧失绝缘能力。固体电介质的化学变化通常使其电导增加，这会使介质的温度上升，因而电化学击穿的最终形式是热击穿。温度和电压作用时间对电击穿的影响小，对热击穿和电化学击穿的影响大；电场局部不均匀性对热击穿的影响小，对其他两种影响大。

4.2热击穿

当固体电介质承受电压作用时，介质损耗是电介质发热、温度升高；而电介质的电阻具有负温度系数，所以电流进一步增大，损耗发热也随之增加。电介质的热击穿是由电介质内部的热不平衡过程造成的。如果发热量大于散热量，电介质温度就会不断上升，形成恶性循环，引起电介质分解、炭化等，电气强度下降，最终导致击穿。

热击穿的特点是：击穿电压随温度的升高而下降，击穿电压与散热条件有关，如电介质厚度大，则散热困难，因此击穿电压并不随电介质厚度成正比增加；当外施电压频率增高时，击穿电压将下降。

4.3电化学击穿

固体电介质受到电、热、化学和机械力的长期作用时，其物理和化学性能会发生不可逆的老化，击穿电压逐渐下降，长时间击穿电压常常只有短时击穿电压的几分之一，这种绝缘击穿成为电化学击穿。当加在某一绝缘介质上的电压高于过一定程度（击穿电压）后，这时绝缘介质会发生突崩溃而使其电阻迅速下降，继而使得一部分绝缘介质变为导体。在有效的击穿电压下，电击穿现象可以发生在固体、流体、气体或者真空等不同的介质中。

4.4电树枝（预击穿）

在电气工程中，树化是固体绝缘中的一种电气预击穿现象。这是由于局部放电而造成的破坏性过程，并通过受应力的介电绝缘层，在类似于树枝的路径中进行。固体高压电缆绝缘的树化是地下电力电缆中常见的击穿机制和电气故障来源。当干介电材料在很长一段时间内受到高且发散的电场应力时，首先发生并传播电树。观察到电树化起源于杂质、气孔、机械缺陷或导电突起在电介质的小区域内引起过度电场应力的点。这可以使体电介质内的空隙内的气体电离，从而在空隙的壁之间产生小的放电。杂质或缺陷甚至可能导致固体电介质本身的部分击穿。这些局部放电 (PD) 产生的紫外线和臭氧随后与附近的电介质发生反应，分解并进一步降低其绝缘能力。随着电介质的降解，气体通常会释放出来，从而产生新的空隙和裂缝。这些缺陷进一步削弱了材料的介电强度，增强了电应力，加速了 PD 过程。

五、设备标准及规范

GBT 1408.1-2016 ：绝缘材料 电气强度试验方法 第1部分：工频下试验；

GBT 1408.2-2016 ：绝缘材料电气强度试验方法 第2部分：对应用直流电压试验的附加要求；

IEC 60060-1-2010 &；

GB/T16927.1-2011：高电压试验技术 第1部分：一般定义及试验要求；

IEC 60060-2-2010 &；

GB/T 16927.2-2013：高电压试验技术 第2部分：测量系统；

JB/T9641：试验变压器；

GB1094.1～GB1094.5：电力变压器；

GB/T.311.1：高压输变电设备的绝缘与配合；

GB/T509：电力变压器试验导则；

GB4208：外壳防护等级；

GB/T191：包装储运图示标志；

DL/T848.2：高压试验装置通用技术条件 第2部分：工频高压试验装置；

GB5273：变压器、高压电器和套管的接线端子；

DL/T846.1：高电压测试设备通用技术条件 第1部分：高电压分压器测量系统；

GB/T11920：电站电气部分集中控制装置通用技术条件；

GB/T5582：高压电力设备外绝缘污秽等级；

IEC60-1：高电压试验技术；

JB/T8638：调压器试验导则 第一部分；

JB8749：调压器的通用技术要求；

JB/T7067：柱式调压器；

JB/T501：电力变压器试验导则；

GB/T1695-2005：《硫化橡胶工频击穿电压强度和耐电压的测定方法》；

ASTM D149：《固体电绝缘材料工业电源频率下的介电击穿电压和介电强度的试验方法》；

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注：该产品未在中华人民共和国食品药品监督管理部门申请医疗器械注册和备案，不可用于临床诊断或治疗等相关用途