电压击穿实验仪器的实验原理及选型判断依据

电压击穿实验仪器的实验原理是由高压试验变压器产生高电压，通过电机改变调压器的输出给高压试验变压器原边，从而得到连续可调的交流电压。即可得到连续可调的高电压。

由于交流调压通常是通过自耦调压器来完成调压的精度受自耦调压器的总匝数有关，理论上有△U=U0/n。式中△U表示调压可得到zui小调压增量值；U0是调压器的输入电压；n是自耦调压器线圈匝数。

例如：自耦调压器线圈匝数为1500匝，输入电压220V，若高压变压器输出为100KV。用此调压器可得到的zui小高压调压增量为220*100*1000/1500/200=73（v）。

既在此时的实验条件下调压的zui小电压增量要达到73V之多。若高压变压器输出为50KV时，其它条件还是上述，则调压的zui小电压增量也要有73/2=36.5V。

从以上分析可看出，若想较小增量间隔就要增大n的数值，但增大n会迅速增大设备体积和成本。

若想满足GB1408中的第10.3条之规定，仅能通过电子式调压实现。此时会有另一个问题，通过电子式调压进行材料的工频试验时会引起较大的高次谐波，高次谐波对材料电气强度产生影响还有待商榷。

　　
　　击穿电压：高分子材料在一定电压范围内是绝缘体，当在材料上施加的电压逐渐增加，致使材料zui薄弱点失去绝缘能力而产生电弧材料被破坏。此时的zui大电压称为击穿电压。我们把击穿电压和此时材料的厚度比称为介电强度也称为电气强度。
　　
　　介电强度：试样击穿时，单位厚度承受的击穿电压值，单位为kv/mm或Mv/m。有时也称为电气强度或击穿强度。通常介电强度越高，材料的绝缘质量越好。介电强度是表征了材料所能承受的zui大电场强度，是高聚物绝缘材料的一项重要指标。
　　
　　耐压电压：在规定的试验条件下，对试样施加规定的电压及时间，试样不被击穿所能承受的zui高电压。
　　
　　塑料的电击穿机理：介电击穿机理可分为电击穿、热击穿、化学击穿、放电击穿等，往往是多种机理综合发生。通常把不随温度变化的击穿称为电击穿，把随温度变化的击穿称为热击穿。热击穿的外部表现是介电强度随温度升高而迅速下降，与施加电压作用的长短有关；与电场中产生的热量大于它能散热的热量，使其内部温度不断升高。温度升高导致其电阻下降，流经试样电流增大，产生的热量更多，如此循环不已，致使介质转变为另一种聚焦态，失去耐电压能力，材料被破坏。电击穿的特点是介电强度与周围介质的电性能有关；击穿点常常出现在电极边缘其至电极以外。

　　
　　介电强度测试的影响因素：电压波形及电压作用时间影响。材料在电场作用下，初始时单位时间内材料内部产生的热量大于介质散发出去的热量，进而介质温度升高，温度的升高是一个由快转满的，若升压速度较慢zui后发生材料击穿热击穿的成分较大。作用时间的影响多因热量积累而使击穿电压值随电压作用增加而下降，处于热击穿形式的试样，基本上随升压速度的提高击穿强度也增大。因此，一般规定试样击穿电压低于20kv时升压速度为1.0kv/s；大于或等于20kv时升压速度为2.0kv/s。电极倒角的影响：电极边缘处电场强度远远高于内部，但边缘效应极难消除。为避免电极边缘成一直角，需采用一定倒角r。国家标准中规定r=2.50mm。

　　
　　媒质电性能影响；高压击穿试验往往把样品放在一定媒质（如变压器油）中，其目的是为缩小试样尺寸防止飞弧。但媒质本身的电性能对属于电击穿为主的材料有明显影响，而以热击穿为主的材料影响极小，故标准中对奥球油的击穿电压VB＞=25kv/2.5mm。

　　
　　电压击穿试验前的准备：
　　
　　1）打开试验机右侧的总电源开关,预热1分钟。
　　
　　2）打开计算机进入Windows系统。双击本仪器软件的快捷图标打开试验登录界面输入登录密码即可进入试验界面。

　　
　　交直流试验的切换：
　　
　　1）本仪器高压输出为交流电压。直流的获得方式为在原回路中串入高压硅堆，使测试回路为脉动的直流电压。实现的过程为，硅堆已经在高压变压器的高压绝缘塔中，平时用一个短路杆把高压硅堆短接。需要直流试验时，取出短路杆，使高压硅堆接入测试电路中，这时回路的电压为脉动的直流电压。
　　
　　2）前面板直流交流选择按钮。该按钮的状态不能改变设备输出的电压性质。按下该按钮，设备仅仅是把直流报警电路接入。指示用户，当打开箱门时，您需要对高压均压球放电。转动放电杆，使放电杆的端部铜球接触高压均压球。建议用户每次放电铜球接触高压均压球时间大于五秒。
　　
　　3）试验的交直流电压切换，主要取决于高压绝缘塔中的短路杆是否取出。当取出短路杆时，高压均压球上的电压为直流电压，插入短路杆时，高压均压球上的电压为交流电压。短路杆的取出、插入参看左侧的示意图。
　　
　　4）在直流试验时，计算机也要选择直流状态，否则测的结果是不正确的。简单的说，交流电压与直流电压有倍的关系。

　　
　　电压击穿仪器使用时的注意事项：
　　
　　1、试验过程中不能让无关人员靠近，因本试验仪器可产生较高的电压，未经过培训的人员不能使用该设备。试验时要有监护人员，不要单人使用。以防万一发生意外情况。
　　
　　2、长时间不使用设备，在再使用时，先让仪器空载加压一次，即把高压电极的接线从均压球上取下。查看计算机试验界面，看看高压电压是否正常。
　　
　　3、试验中发生意外情况要及时切断电源，问题处理后才能继续试验。
　　
　　4、设备安放要平稳，安放的地面要坚固。是水泥地面以免产生共振。
　　
　　5、该设备在使用中外壳要接保护地线，既设备外壳接大地,以保护操作人员和设备运行的安全。
　　
　　6、使用完设备后，要关掉系统各部分电源，不准带电插拔电源线。
　　
　　7、要按规定的电源电压接入设备。确保电路接线正确。否则会损坏设备。
　　
　　8、该仪器需安置在室内，实验室应整洁、干燥、无腐蚀性介质，非相关人员不要随意操作。
　　
　　9、不要让设备电缆碰到尖边，以免划破电缆绝缘；不要让电缆压在重物之下，以免压断电缆引起火灾；不要用电缆拉物体或用电缆捆绑物体，以免拉断电缆使设备不能正常运转。
　　
　　10、不要让设备碰到水溅，腐蚀性气体，可燃气体和可燃物。如果不避免，可能火灾。
　　
　　11、搬动设备时,要切断设备电源,既要把插头从插座中拔下。禁止搬动设备时放倒设备或倾斜45°角以上。
　　
　　12、不要在设备运行时插拔设备的电源插头。

　　
　　为什么要进行耐电压测试：
　　
　　电介质强度测试亦称hipot测试大概是zui多人知道的和经常执行的生产线安全测试。实际上，表明它的重要性是每个标准的一部分。hipot测试是确定电子绝缘材料足以抵抗瞬间高电压的一个非破坏性的测试。这是适用于所有设备为保证绝缘材料是足够的的一个高压测试。进行hipot测试的其它原因是它可以查出可能的瑕疵譬如在制造过程期间造成的漏电距离和电气间隙不够。进行型式测试的时候hipot测试是在某些测试（譬如失效潮态及振动测试）之后进行来确定是否因为这些测试造成绝缘的退化。但是，日常生产进行的hipot测试是制造过程中的测试来确定是否所生产的产品的结构是与型式测试所用产品的结构相同。电压击穿试验仪一些由生产流程造成的缺陷可以通过在线hipot测试检查出来，例如变压器绕组电气间隙和爬电距离小。这样的故障可能起因于绕线部门的一名新操作员。其它例子包括检查绝缘材料的针孔瑕疵或发现一个过大的焊点。大多数安全标准使用2xU+1000V的惯例作为基本的绝缘材料测试的依据这里的U是操作电压（rms值）。这个惯例仅仅作为一个指导对于个别标准特别是IEC60950提供了一个具体的表格来定义根据测量到的实际工作电压来确定确切的测试电压
　　
　　1.至于使用1000V作为基本惯例的原因是产品的绝缘材料在日常使用中可能承受瞬间过电压。实验和研究表示这些过电压通常高达1000V。测试方法：高压通常是应用的在横跨被测试绝缘材料的二个部件之间譬如测试设备（EUT）的一次侧电路（PrimaryCircuit）和金属外壳。如果绝缘材料在两个部件之间是足够的那么加在两个由绝缘体分离的导体之间的大电压只能产生非常小的电流流过绝缘体。虽然这个小电流是可接受的但是空气绝缘或固体绝缘不应该发生击穿。因此需要注意这个电流是因为局部放电或击穿的结果而不是由于电容联结引起的。

　　
　　关于热击穿、电压击穿、耐电压测试仪器：
　　
　　介质的介电特性，如绝缘、介电能力，都是指在一定的电场强度范围内的材料的绝缘特性，介质只能在一定的电场强度以内保持这些性质。当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态。这种现象称介电强度的破坏，或叫介质的击穿，与此相对应的“临界电场强度”称为介电强度，或称为击穿电场强度。但严格地划分击穿类型是很困难的，但为了便于叙述和理解，通常将击穿类型分为三种：热击穿、电击穿、局部放电击穿。而电击穿和局部放电击穿又统属于电击穿，所以我们常说介质击穿有两大类，一是热击穿，二是电击穿。以上三种类型各有以下的特征：
　　
　　1.热击穿：热击穿的本质是处于电场中的介质，由于其中的介质损耗而产生热量，就是电势能转换为热量，当外加电压足够高时，就可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态，若发出的热量比散去的多，介质温度将愈来愈高，直至出现*性损坏，这就是热击穿。
　　
　　2.电压击穿试验仪：固体介质电击穿理论是在气体放电的碰撞电离理论基础上建立的。大约在本世纪30年代，以A.VonHippel和Frohlich为代表，在固体物理基础上，以量子力学为工具，逐步建立了固体介质电击穿的碰撞理论，这一理论可简述如下：在强电场下，固体介质中可能因冷发射或热发射存在一些原始自由电子。这些电子一方面在外电场作用下被加速，获得动能；另一方面与晶格振动相互作用，把电场能量传递给晶格。当这两个过程在一定温度和场强下平衡时，固体介质有稳定的电导；当电子从电场中得到的能量大于传递给晶格振动的能量时，电子的动能就越来越大，至电子能量大到一定值时，电子与晶格振动相互作用导致电离产生新电子，使自由电子数迅速增加，电导进入不稳定阶段，击穿发生。
　　
　　3.此外还有化学击穿。电介质中强电场产生的电流在例如高温等某些条件下可以引起电化学反应。
　　
　　例如离子导电的固体电介质中出现的电解、还原等。结果电介质结构发生了变化，分离出来的物质在两电极间构成导电的通路。或者是介质表面和内部的气泡中放电形成有害物质如臭氧、一氧化碳等，使气泡壁腐蚀造成局部电导增加而出现局部击穿，并逐渐扩展成*击穿。温度越高，电压作用时间越长，化学形成的击穿也越容易发生。但不管怎样，我认为所有的介质击穿均是因极化效应引起的。凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩，因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化，
　　
　　能产生电极化现象的物质统称为电介质。电介质的电阻率一般都很高，被称为绝缘体。有些电介质的电阻率并不很高，不能称为绝缘体，但由于能发生极化过程，也归入电介质。电压击穿试验仪通常情形下电介质中的正、负电荷互相抵消，宏观上不表现出电性，但在外电场作用下可产生如下3.种类型的变化：1原子核外的电子云分布产生畸变，从而产生不等于零的电偶极矩，称为畸变极化；2原来正、负电中心重合的分子，在外电场作用下正、负电中心彼此分离，称为位移极化；3具有固有电偶极矩的分子原来的取向是混乱的，宏观上电偶极矩总和等于零，在外电场作用下，各个电偶极子趋向于一致的排列，从而宏观电偶极矩不等于零，称为转向极化。研究电介质宏观介电性质及其微观机制以及电介质的各种特殊效应的物理学分支学科。基本内容包括极化机构、标志介电性质的电容率与介质的微观结构以及与温度和外场频率间的关系、电介质的导热性和导电性、介质损耗、介质击穿机制等。此外，还有许多电介质具有的各种特殊效应。

　　
　　影响介电击穿强度的因素有哪些?
　　
　　闪络-指高压电器（如高压绝缘子）在绝缘表面发生的放电现象，成为表面闪络，简称闪络。
　　
　　绝缘闪络：绝缘材料在电场作用下，尚未发生绝缘结构的击穿时，在其表面或与电极接触的空气（离子化气体）中发生的放电现象，成为绝缘闪络。
　　
　　1.电压波形直流、工频正弦及冲击电压下，击穿机理不同，所测的击穿场强也不同，工频交流电压下的击穿场强比直流和冲击电压下的低得多
　　
　　2..电压作用时间，无论电击穿还是热击穿都需要时间，随着加压时间的增长，击穿电压明显下降。
　　
　　3、电场的均匀性及电压的极性，电场不均匀往往测得的电压比本征击穿值低。
　　
　　4、试样的厚度与不均匀性试样的厚度增加，电极边缘电场就更不均匀，试样内部的热量更不易散发，试样内部的含有缺陷的几率增大，这些都会使击穿场强下降。
　　
　　5.环境条件试样周围的环境条件，如温度、湿度以及压力等都会影响试样的击穿场强；温度升高，通常会使击穿场强下降；湿度增大，会使击穿场强下降；气压对击穿场强的影响，主要是对气体而言。气压高，击穿场强升高：但接近真空时，也会使击穿场强升高。另外还有：时间、辐射、机械力、电极材料及极性效应。
　　
　　在强电场作用下，电介质丧失电绝缘能力的现象。分为固体电介质击穿、液体电介质击穿和气体电介质击穿3种。
　　
　　固体电介质击穿导致击穿的zui低临界电压称为击穿电压。均匀电场中，击穿电压与介质厚度之比称为击穿电场强度（简称击穿场强，又称介电强度）。它反映固体电介质自身的耐电强度。不均匀电场中，击穿电压与击穿处介质厚度之比称为平均击穿场强，它低于均匀电场中固体介质的介电强度。固体介质击穿后，由于有巨大电流通过，介质中会出现熔化或烧焦的通道，或出现裂纹。脆性介质击穿时，常发生材料的碎裂，可据此破碎非金属矿石。固体电介质击穿有3种形式：电击穿、热击穿和电化学击穿。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，zui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zui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。
　　
　　液体电介质击穿纯净液体电介质与含杂质的工程液体电介质的击穿机理不同。对前者主要有电击穿理论和气泡击穿理论，对后者有气体桥击穿理论。沿液体和固体电介质分界面的放电现象称为液体电介质中的沿面放电。这种放电不仅使液体变质，而且放电产生的热作用和剧烈的压力变化可能使固体介质内产生气泡。经多次作用会使固体介质出现分层、开裂现象，放电有可能在固体介质内发展，绝缘结构的击穿电压因此下降。脉冲电压下液体电介质击穿时，常出现强力气体冲击波（即电水锤），可用于水下探矿、桥墩探伤及人体内脏结石的体外破碎。
　　
　　气体电介质击穿在电场作用下气体分子发生碰撞电离而导致电极间的贯穿性放电。其影响因素很多，主要有作用电压、电板形状、气体的性质及状态等。气体介质击穿常见的有直流电压击穿、工频电压击穿、高气压电击穿、冲击电压击穿、高真空电击穿、负电性气体击穿等。空气是很好的气体绝缘材料，电离场强和击穿场强高，击穿后能迅速恢复绝缘性能，且不燃、不爆、不老化、无腐蚀性，因而得到广泛应用。为提供高电压输电线或变电所的空气间隙距离的设计依据（高压输电线应离地面多高等），需进行长空气间隙的工频击穿试验。

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北京北广精仪自创研发生产的电压击穿试验仪BDJC-50KV参数：

满足标准：

1、GB1408.1-2006《绝缘材料电气强度试验方法》
2、GB1408.2-2006《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》
3、GB/T1695-2005《硫化橡胶工频击穿电压强度和耐电压的测定方法》
4、GB/T3333 电缆纸工频电压击穿试验方法
5、HG/T 3330绝缘漆漆膜击穿强度测定法
6、GB12656 电容器纸工频电压击穿试验方法
7、ASTM D149《固体电绝缘材料工业电源频率下的介介电强度的试验方法》

软件功能:
01、软件平台：WINDOWS窗口操作平台，界面直观，便于操作
02、曲线显示：在实验过程中可以动态显示试验曲线
03、数据导出：可以对试验结果导入EXCEL表格
04、实验报告：可以人为设置报告名称，并对实验报告进行打印
05、试验方式：可以根据需求对直流试验和交流试验进行灵活选择
06、试验方法：可以根据需求自行选择击穿电压、耐压试验、梯度试验
07、参数设置：可以根据不同的试验方式及试验方法灵活设置所需的不同参数值
08、试样设置：可对不同标准的试样参数灵活设置
09、人员管理：设置用户名及密码，不同的操作员登入进行不同的试验，互不影响
10、标准选择：含有不同标准，可根据需求自行选择
11、连续操作：连续操作试验时，可直接在软件里结束试验，进行二次试验

主要技术要求：
1、设备输入电压： 交流 50KV (普通试验室电源均可兼容)
2、试验电压方式： 交流 0--50 KV ;
                  直流 0--50 KV
3、电器容量：10KVA
4、试验方法：0-50KV全量程可调(采用高精度电压采样器件，取消了同类厂家由于电压采样精度不够必须采用高压分级的方式)
5、击穿及耐压试验升压速率：
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、主机一台
  2、试验电极：
  （1）试验用薄膜电极 ￠25mm两个，￠75mm一个
  （2）漆包线电极两个
  （3）管用电极两个
  3、试验用油盒两只
  4、放电棒一只
  5、试验用软件一套
  6、计算机一套
  7、打印机一台 

15、九级安全防护措施： 
(1) 超压保护
(2)试验过流保护 
(3)试验短路保护
(4)安全门开启保护
(5)软件误操作保护
(6)零电压复位保护
(7)试验结束放电保护
(8)独立保护接地
(9)试验完成后电磁放电

试验方式
1、绝缘试样空气中击穿或耐压试验
2、绝缘试样浸油中击穿或耐压试验
3、绝缘试样空气中阶梯击穿或耐压试验
4、绝缘试样浸油中阶梯击穿或耐压试验
注：根据用户要求，可定制其他试验方式

试验软件：
1、本仪器在试验过程中可对升压击穿过程绘制实时曲线，每次试验的升压曲线都由不同颜色构成，试验结束后可叠加对比材料的试验数据重复性。
2、可以随时调取当前及历史试验数据进行查看，编辑及修改参数。
3、试验过程中可以随时修改试验条件及存储路径及自动存储试验结果。
4、试验过程中，可随时通过软件决定本次试验是否有效，方便筛选试验结果。
5、可设置操作口令，做到专机专人操作，避免无关人员误操作。

试验界面：
 
1、试验主界面截图                        
 
2、参数设置界面截图：          
 
3、打印预览界面截图：

安全保护功能：
1、试验在试验箱中进行，试验箱门打开时电源加不到高压变压器输入端，即高压侧无电压。100KV测试设备高压电极距离试验箱壁的zui近距离大于270mm，50KV测试设备高压电极距离试验箱壁的zui近距离大于250mm，试验时即使人接触箱壁也不会有危险。
2、设备要安装单独的保护地线。接保护地线，主要是减少试样击穿时对周围产生的较强的电磁干扰。也可避免控制计算机失控。
3该试验设备的电路设有多项保护措施，主要有：过流保护、过压保护、漏电保护、短路保护、直流试验放电报警，电磁放电等。
4、直流试验放电报警功能:在设备做完直流试验时,当开启试验门时设备会自动报警,直至使用设备上的放电装置放电后报警会自动取消.(注：因为直流试验后不放电会危险到人身安全,不能直接拿取电极,起到提醒使用人员放电以免造成人身伤害)。
5、试验放电装置，电磁铁自动放电放置。

常规型号：

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

主要配置：

1、 试验主机一台
2、 5万伏高压发生器一台
3、 全自动微电脑电压调压装置一套(串口方式)
4、 试验电极规格(紫铜)
5、 试验用油盒一只：材质为有机玻璃
6、 电磁自动放电装置一套。
7、 电压击穿计算机测控软件一套
8、 计算机一套(抗强干扰计算机) 
9、彩色喷墨打印机一台(惠普品牌)
10、*计量鉴定质检证书一份
11、产品使用说明书一份
12、合格证一份