电压击穿试验仪测试原理及整机结构

一、电压击穿试验仪测试原理

固体电介质击穿有3种形式：电击穿、热击穿和电化学击穿。

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。

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。

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。

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。

2.2试品

如表1所示，电压击穿实验平台可用于（1）TO封装、（2）刚性压接封装、（3）弹性压接封装（4）焊接封装、（5）用于实验室测量的简易封装、（6）衬板、（7）子单元框架、（8）板状绝缘材料、（9）管壳、（10）硅凝胶的击穿强度测量和验证。

表1 电压击穿实验平台测试对象

二、整机结构

主机型号：中航时代仪器ZJC-100KV电压击穿试验仪，如图1所示；

配件备件：各种型号电极2套；放电棒一个；隔热手套1副详情见价格。

1 外观示意图

2 整机结构示意图

上图中，

（1）结构示意图所示为滤波器与主机分开的状态，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）其他相关的部分，如高压采样等请参考电路设计框图，在此不做展示。

图 3 高温油槽结构图

图 4 二次侧测试电路示意图

图 5 击穿强度实验平台原理框图

关于电压击穿试验仪的一般说明：

（1）使用计算机控制，并采集所有信号；

（2）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；

（3）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；

（4）在试样架正负极预留外部电源输入接口；

（5）直流电压通过0.5uF高压采样电容滤波，使纹波系数≤2%；

（6）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；

（7）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；

（8）整机接线如下图所示，包含计算机和放电、照明等系统的接线方式。

图 6 击穿强度实验平台整机接线图