耐電壓擊穿測試儀的原理及分類

耐電壓測試儀的原理及分類

一、耐電壓測試儀概述

耐電壓測試儀主要用于檢測和試驗(yàn)各種電氣設(shè)備、絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)等的介電強(qiáng)度，方法是在絕緣介質(zhì)上施加一個(gè)遠(yuǎn)大于其正常工作條件的電壓信號(hào)，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)該介質(zhì)沒有發(fā)生擊穿，或擊穿電流不超過規(guī)定的值，那么則認(rèn)為該絕緣介質(zhì)經(jīng)受得住嚴(yán)酷條件下的考驗(yàn)，在正常工作電壓下工作時(shí)應(yīng)是安全的。施加電壓可以是交流的，也可以是直流的，這取決于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對產(chǎn)品的檢測要求。通常情況下所施加的高電壓值為被測試品工作電壓值的兩倍再加上1000V，或者波形和幅度符合不同安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

二、耐電壓測試儀的基本工作原理

不管什么類型的耐電壓測試儀，其核心的工作機(jī)理均是要產(chǎn)生具有一定功率的交流或直流高壓信號(hào)施加于被測絕緣介質(zhì)上，持續(xù)規(guī)定的時(shí)間，并檢測流過絕緣體的擊穿電流，通過計(jì)算擊穿電流的大小來判定絕緣介質(zhì)的介電強(qiáng)度是否符合要求。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，擊穿電流沒有超過設(shè)定的限值，則認(rèn)為被測體的絕緣強(qiáng)度是合格的；相反，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，擊穿電流大于設(shè)定的限值，或當(dāng)絕緣體被擊穿時(shí)，擊穿電流會(huì)急劇增加，觸發(fā)事先設(shè)定的門限而致使測試儀跳閘，停止輸出高壓信號(hào)，則認(rèn)為被測體的絕緣強(qiáng)度不合格。安規(guī)中一般不規(guī)定耐壓測試時(shí)擊穿電流的合格范圍，原因是不同的絕緣介質(zhì)擊穿電流大小不一，其取值通常是由測試者通過取樣統(tǒng)計(jì)而得到的數(shù)據(jù)。

圖2-1-1是交流耐電壓測試儀的基本工作原理圖，也是對上文的一個(gè)形象解釋。

三、耐電壓測試儀的分類

耐電壓測試儀按照不同參量的形式有以下幾種分類方法。

(一)交流耐電壓測試儀和直流耐電壓測試儀

按照測試信號(hào)的波形可以分為交流耐電壓測試儀和直流耐電壓測試儀。通常在安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中要求使用與正常工作條件下波形相同的高電壓信號(hào)施加于被測絕緣介質(zhì)上，故對交流耐電壓測試則會(huì)要求使用與工作電源相同頻率的高壓信號(hào)，50Hz或60Hz；對于工作在直流電源條件下的絕緣介質(zhì)則要求使用直流耐電壓測試儀。但考慮到有些絕緣體呈容性，因其交流阻抗相對于直流阻抗會(huì)低得多，使用交流耐電壓測試時(shí)擊穿電流會(huì)較大，故有些安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許使用直流耐電壓代替交流耐電壓測試。就目前國內(nèi)外的安規(guī)測試儀而言，單功能的交流耐電壓測試儀很常見，但單功能的直流耐電壓測試儀則很少。制造商通常會(huì)將交流耐電壓和直流耐電壓融合在一臺(tái)儀器上。

對交流耐電壓測試儀而言，按照高壓信號(hào)產(chǎn)生的方式通常可分為自耦調(diào)壓器式和功率放大式。白耦調(diào)壓器耐電壓測試儀原理十分簡單，如圖2-1-2所示。調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器的輸出即可改變高壓變壓器的輸入，由高壓表監(jiān)視高壓變壓器的輸出，從而達(dá)到調(diào)節(jié)施加在絕緣介質(zhì)上電壓幅度的目的。這種儀器的優(yōu)點(diǎn)是原理簡單、性能穩(wěn)定可靠、成本低廉，缺點(diǎn)是智能性差、負(fù)載適應(yīng)性差(開環(huán)系統(tǒng)，存在負(fù)載調(diào)整率的問題)，特別是缺乏分析功能，無法進(jìn)行智能判別。

功率放大型耐電壓測試儀與自耦調(diào)壓器耐電壓測試儀的主要區(qū)別是其高壓信號(hào)源由以下方式獲得：可變頻率的正弦信號(hào)(50 Hz/60 Hz)經(jīng)某種類別的功率放大器放大，再經(jīng)由高壓變壓器的升壓而得到；高壓信號(hào)的幅度是靠調(diào)節(jié)功放的輸入來實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)點(diǎn)是智能化程度高、功能強(qiáng)大，只要不超過規(guī)定的電流輸出能力，儀器可以自行根據(jù)負(fù)載的大小來穩(wěn)定輸出；缺點(diǎn)是原理相對復(fù)雜、穩(wěn)定性和可靠性不及前者、成本較高。就功率放大型耐電壓測試儀而言，還可分為線性功放式耐電壓測試儀和開關(guān)功放式耐電壓測試儀。

(二)模擬耐電壓測試儀和數(shù)字耐電壓測試儀

按照主要參數(shù)的測量方式還可分為模擬耐電壓測試儀和數(shù)字(又稱指針耐電壓測試儀和數(shù)顯/數(shù)位)耐電壓測試儀。具有程控測試功能的數(shù)顯耐電壓測試儀可稱為程控耐電壓測試儀。

(三)機(jī)械升壓耐電壓測試儀和電子升壓耐電壓測試儀

由手動(dòng)調(diào)壓、測量電路及指示(顯示)等部分組成的耐電壓測試儀為機(jī)械升壓耐電壓測試儀。由升壓(調(diào)壓器或可程控功率放大器)、測量電路及數(shù)字顯示等部分組成的耐電壓測試儀為電子升壓耐電壓測試儀。電子升壓耐電壓測試儀輸出電壓時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)成在低電壓下接通內(nèi)部高壓變壓器，開始時(shí)不大于1/2試驗(yàn)值，然后緩慢升至試驗(yàn)電壓值；試驗(yàn)完成后以同樣的速度降低電壓回至零位才切斷高壓變壓器電源。

(四)通用型耐電壓測試儀和專用型耐電壓測試儀

按照使用范圍可分為通用型耐電壓測試儀和專用型耐電壓測試儀。常用的多為通用型耐電壓測試儀，制造商通常會(huì)研究相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，調(diào)研用戶的各種需求，然后根據(jù)這些需求來設(shè)計(jì)制造符合眾多要求的通用型耐電壓測試儀。但有些特殊的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)則要求特殊耐電壓測試方式，如電焊機(jī)的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對于Ⅰ類防護(hù)(電源線中含接地線、外殼接大地)的電焊機(jī)進(jìn)行耐電壓測試時(shí)要求耐電壓測試儀有兩路等幅同相高壓信號(hào)輸出，且兩路間是串聯(lián)關(guān)系。