工频电压击穿/电气介电强度试验仪

一、结构原理及性能特点

  ZJC-50KV工频电压击穿/电气介电强度试验仪主要由:升压系统(高压变压器)、测量系统、A/D转换器、放电系统、电极、油箱、电极定位架、计算机数据处理系统、软件等组成;高压变压器主要产生试样所需的直流电压,调压器用于调节升压变压器输入端电压以产生高压所需的输入电压,电压测量主要是从高压变压器测量端测量,高压变压器测量端和高压端是线性的;试验软件是我公司*研发的功能强大、操作简单、显示直观的试验软件系统。采用计算机控制,通过人机对话方式,完成对、绝缘介质的工频电压击穿,工频耐压试验。

整机组成

升压部件： 由调压器和高压变压器组成 0~20KV 的升压部分。

驱动部件： 由步进电机均匀调节调压器使加给高压变压器的电压变化。

检测部件： 由电压、电流传感器采集数据传输处理后，发送上位机

计算机软件：通过智能电路把由检测设备采集的测控信号传给计算机。计算机根据采集的信息控制设备运行并处理试验结果。

试验电极：根据国家标准(1408.1-2016)随设备提供标准二个电极，规格为：Ф25mm×25mm 两个； Ф75mm×25mm 一个(可根据用户要求另配试验电极)。

交直流试验的切换

(1) 电气、介电强度试验机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) 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。

(3) 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 直流电压有根号2倍的关系。

工频电压击穿/电气介电强度试验仪参数级标准

输入电压：AC 220V±10%
电源频率：50-60Hz
高压变压器功率：3kVA
输出电压：交流 0～50kV,  直流 0～50kV
漏电流选择：1-30MA可随意设置
测量精度：±2%
测量范围：1kV～50kV
升压方式选择功能：1；连续升压；2；逐级升压；3；瞬时升压。
升压速率设定功能：0.100 kV/s ～ 5.000kV/s可随意设置（ZJC-50kV）
GB/T 1408.1-2016绝缘材料电气强度试验方法 第1部分：工频下试验；
GB/T 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；
ASTM D149固体绝缘材料介电击穿电压和介电强度的试验方法；
GB/T 1695-2005硫化橡胶工频击穿电压强度和耐电压的测定方法；
GB/T 3333-1999电缆纸工频击穿电压试验方法；
GB/T 8815-2008 电线电缆用软聚氯乙烯塑料标准；
GBT 12656-1990电容器纸工频击穿电压测定法；
HG/T 3330-2012绝缘漆漆膜击穿强度测定法；

工频电压下的介电强度试验

v  试验设备与装置

v  工频高电压的测量

一、 试验设备与装置

试验设备与装置：高压试验变压器、调压器以及控制线路和保护装置。

（1）高压试验变压器：

要求：具有足够的额定电压和容量，且输出电压的波形没有畸变。

A.变压器的容量

指变压器在额定电压电流的情况下的视在功率。

（视在功率：交流电路中，电压和电流的乘积，或者说有功功率和无功功率的矢量和，单位为V·A或KV·A。)

S=UI=U²ωC_X

绝缘材料击穿试验通常选取容量为10kV·A的变压器。

对与大电容试样的耐压试验，采用超低频正弦电压，可以大大降低变压器的容量。（如采用0.1Hz超低频电压，变压器容量可减小到50Hz时的1/500。）

B.变压器的电压

额定电压等级是根据试样的试验电压等级来选定，通常选取50~100kV。采用多台变压器串接可获得更高的试验电压。

              串接变压器原理图

两台变压器串接输出的视在功率：S=2UI

设备容量的利用率：2UI/3UI=2/3

注意：串接的级数增加，输出的电压增高，但设备容量的利用率降低。

对于电容量较大的试样，可以通过串联谐振回路获得比试验变压器更高的电压。

                  串联谐振回路原理图

调节电抗器的电感L或改变试验电压的频率，达到谐振：

ωL=1/ωC_X        →    U_X=QU₀

Q为谐振回路的品质因素，一般为20~80。

C.电压的波形

工频电压的波形：正弦波。

波形畸变影响介电强度试验结果：

ü  高次谐波会降低击穿场强；

ü  击穿决定于电压的峰值，而测量的电压是有效值，若波形畸变，则同一峰值电压测得的有效值就不同了。

波形因素：正弦波电压的峰值与有效值之比。U幅值=√2U有效

通常要求波形因素不超过：√2（1±5%）

波形畸变的原因：变压器的非线性激磁电流造成的。

变压器的磁化曲线：a)磁通与激磁电流的关系；b)磁通及激磁电流的波形

试验变压器的输入电压为：U₁=K(U_S-U₂)

k为调压器的电压比；

U_s为电源电压；

U₂为激磁电流流经调压器产生的电压降。

调压器的漏抗越大，波形畸变越严重。在调压器和试验变压器之间接入滤波器可改善电压波形。

（2）调压器

用来调节电压上升的方式和速度，接在试验变压器和电源之间。

常用调压器：自耦调压器和移圈调压器。  

A.  自耦调压器

原理：借助于一个滑动触点沿着绕组移动来改变输出电压。

优点：结构简单、体积小、漏抗小、价格便宜。

缺点：输出电流较大时，触点在移动过程中因接触不好会产生火花。

B.  移圈调压器（容量较大）

原理：靠移动短路线圈改变其他两个线圈的漏磁通，从而改变在这两个线圈上的电压分配来实现调节输出电压。

优点：调压过程靠电磁耦合，不会出现火花，容量可做得很大。

缺点：漏抗较大，波形易产生畸变。

移圈调压器结构图               移圈调压器原理图

（3）控制线路

满足要求：

只有在试验人员撤离高压试验区，并关好安全门之后，才能加上电压进行试验。

升压必须从零开始，以一定方式和速度上升。

在试样发生击穿时，能自动切断电源；在自动控制线路中，能自动是电压下降到零。

计算机在介电强度试验的控制系统中应用：采用单片机或微机控制步进电动机带动调压器实现升压、降压过程。

（4）保护和接地

在试验回路的低压部分可能出现高电压的地方接上放电间隙。  

在高压测试回路中应接保护电阻。

接地点和接地体的连接线应采用尽量短的多股线，以减小电阻和电感。

高压试验区应装有保护围栏，并备有接地棒。