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直流電壓介電強度試驗儀
一、 試驗設備與裝置
試驗設備與裝置：高壓試驗變壓器、調壓器以及控制線路和保護裝置。
（1）高壓試驗變壓器：
要求：具有足夠的額定電壓和容量，且輸出電壓的波形沒有畸變。
A.變壓器的容量
指變壓器在額定電壓電流的情況下的視在功率。
（視在功率：交流電路中，電壓和電流的乘積，或者說有功功率和無功功率的矢量和，單位為V?A或KV?A。)
S=UI=U2ωCX
絕緣材料擊穿試驗通常選取容量為10kV?A的變壓器。
對與大電容試樣的耐壓試驗，采用超低頻正弦電壓，可以大大降低變壓器的容量。（如采用0.1Hz超低頻電壓，變壓器容量可減小到50Hz時的1/500。）
B.變壓器的電壓
額定電壓等級是根據試樣的試驗電壓等級來選定，通常選取50~100kV。采用多臺變壓器串接可獲得更高的試驗電壓。
串接變壓器原理圖
兩臺變壓器串接輸出的視在功率：S=2UI
設備容量的利用率：2UI/3UI=2/3
注意：串接的級數增加，輸出的電壓增高，但設備容量的利用率降低。
對于電容量較大的試樣，可以通過串聯諧振回路獲得比試驗變壓器更高的電壓。
串聯諧振回路原理圖
調節電抗器的電感L或改變試驗電壓的頻率，達到諧振：
ωL=1/ωCX → UX=QU0
Q為諧振回路的品質因素，一般為20~80。
C.電壓的波形
工頻電壓的波形：正弦波。
波形畸變影響介電強度試驗結果：
ü 高次諧波會降低擊穿場強；
ü 擊穿決定于電壓的峰值，而測量的電壓是有效值，若波形畸變，則同一峰值電壓測得的有效值就不同了。
波形因素：正弦波電壓的峰值與有效值之比。U幅值=√2U有效
通常要求波形因素不超過：√2（1±5%）
波形畸變的原因：變壓器的非線性激磁電流造成的。
變壓器的磁化曲線：a)磁通與激磁電流的關系；b)磁通及激磁電流的波形
試驗變壓器的輸入電壓為：U1=K(US-U2)
k為調壓器的電壓比；
Us為電源電壓；
U2為激磁電流流經調壓器產生的電壓降。
調壓器的漏抗越大，波形畸變越嚴重。在調壓器和試驗變壓器之間接入濾波器可改善電壓波形。
（2）調壓器
用來調節電壓上升的方式和速度，接在試驗變壓器和電源之間。
常用調壓器：自耦調壓器和移圈調壓器。
A. 自耦調壓器
原理：借助于一個滑動觸點沿著繞組移動來改變輸出電壓。
優點：結構簡單、體積小、漏抗小、價格便宜。
缺點：輸出電流較大時，觸點在移動過程中因接觸不好會產生火花。
B. 移圈調壓器（容量較大）
原理：靠移動短路線圈改變其他兩個線圈的漏磁通，從而改變在這兩個線圈上的電壓分配來實現調節輸出電壓。
優點：調壓過程靠電磁耦合，不會出現火花，容量可做得很大。
缺點：漏抗較大，波形易產生畸變。
移圈調壓器結構圖 移圈調壓器原理圖
（3）控制線路
滿足要求：
只有在試驗人員撤離高壓試驗區，并關好安全門之后，才能加上電壓進行試驗。
升壓必須從零開始，以一定方式和速度上升。
在試樣發生擊穿時，能自動切斷電源；在自動控制線路中，能自動是電壓下降到零。
計算機在介電強度試驗的控制系統中應用：采用單片機或微機控制步進電動機帶動調壓器實現升壓、降壓過程。
（4）保護和接地
在試驗回路的低壓部分可能出現高電壓的地方接上放電間隙。
在高壓測試回路中應接保護電阻。
接地點和接地體的連接線應采用盡量短的多股線，以減小電阻和電感。
高壓試驗區應裝有保護圍欄，并備有接地棒。
二、工頻高電壓的測量
測量方法：靜電電壓表法、球隙測量法、互感器測量法、分壓器法、測量繞組法。
（要求測量誤差不超過3%，測量用儀表一般要求為0.5級）
固體電介質擊穿的形式：電擊穿、熱擊穿和電化學擊穿。
（1）電擊穿：
由碰撞游離形成電子崩，當電子崩足夠強時，破壞介質晶格結構導致擊穿。
主要特征：擊穿電壓高、擊穿過程極快、擊穿前發熱不顯著、擊穿場強與電場均勻程度密切相關而與周圍環境溫度無關。
影響介電強度的因素
影響因素：電壓波形及頻率、電壓作用時間、電場的均勻性及電壓的極性、試樣的厚度與不均勻性、環境條件等。
（1）電壓波形及頻率
直流電壓下的EB高于工頻交流電壓下的EB。（因直流下只有電導損耗）
沖擊電壓下因作用時間短，熱的積累效應和局部放電造成的破壞還來不及形成，其EB高于直流和和工頻交流下的EB。
電壓頻率越高，介質損耗越大， EB越低。
工程上絕緣材料的擊穿場強通常是指工頻電壓下的擊穿場強。
（2）電壓作用時間
電擊穿的時間很短，可以在10-7~10-9s內發生。熱擊穿因熱的累積需要較長時間，隨著時間增長，EB明顯下降。ET=E∞（1+a/√t）
聚乙烯的擊穿場強與電壓作用時間的關系
E∞為加壓時間足夠長擊穿電壓達到穩定時的最小擊穿場強
a為常數，t為加壓時間， Et為加壓時間t時的擊穿場強。
（3）電場的均勻性及電壓的極性
不均勻電場下的擊穿場強低于均勻電場下的本征擊穿場強。
在不均勻電場下，直流和沖擊電壓的極性對擊穿電壓有明顯影響。
針尖對平板電極系統
當針尖電極為正極性時，擊穿電壓要比針尖電極為負極性時低。
（4）試樣的厚度與不均勻性
試樣的厚度增加，會增加材料散熱的困難，也會增加電場的不均勻度，試樣內部含有缺陷的幾率增大，從而使EB下降。EB=UB/d=Adn-1
絕緣紙的EB與厚度的關系
A為常數，d為試樣厚度，n隨材料性質、電壓波形、及厚度范圍在0.3~1.0范圍內取值。
對于薄膜試樣，EB將隨厚度減小而顯著增加。
（5）環境條件
A.溫度的影響
聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的EB與溫度關系
溫度升高，通常會使EB下降。（尤其在材料的玻化溫度范圍，因發生熱擊穿EB下降明顯。）
在低溫區某些材料的EB隨溫度升高而增加，這是溫度對電擊穿電壓的影響。
聚異丁烯的EB與溫度關系
B.濕度的影響
變壓器油的擊穿電壓與含有水分的關系
濕度增大，會使擊穿場強下降。（對液體電介質尤為明顯，因為水分的電導和介質損耗較大，會改變電場分布。）
C.氣壓的影響
巴申曲線圖
巴申定律：UB=f(ps)（p為氣壓，S為電極間距離）
S固定，改變p時：
氣壓較低時，氣體密度較小，碰撞幾率減少，則EB隨氣壓降低而提高。
氣壓較高時，氣體密度較大，碰撞過程的自由行程短，則EB隨氣壓升高而提高。p固定，改變S時：距離過大，只有提高電壓才能使氣體發生碰撞游離。
工程上應用：空氣斷路器和真空斷路器用此規律來提高擊穿電壓和減小體積尺寸。
（6）其它因素
NaCl晶體的擊穿場強受輻射的影響
? 輻射的影響
X射線照射離子型晶體，會使晶格缺陷產生變化，從而使EB發生變化。
? 機械應力的影響
機械應力增大，擊穿場強降低。
? 雜質、缺陷的影響
工程上用的絕緣材料中的雜質、缺陷會明顯地降低擊穿場強。
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