工頻電源應用最廣,材料在工頻下的擊穿場強比直流和沖擊電壓下的都低,因此對于絕緣材料,通常都是做工頻下的擊穿試驗;絕緣材料的介電強度,一般是指在工頻下的介電強度。電工設備的例行試驗中,般也是做工頻耐壓試驗。

一、升壓方式

做介電強度試驗時,電壓要從零按一定方式和速度上升到規(guī)定的試驗電壓或擊穿電壓。升壓方式和速度有以下幾種。

1、快速升壓電壓從零上升到擊穿電壓所經(jīng)歷的時間,約為10~20s。根據(jù)擊穿場強的高低,可以選擇不同的升壓速度,現(xiàn)行標準中規(guī)定為 100V/s、200V/s、500V/s、1000V/s、2000V/s、5000V/s,最常用的是 500V/s。

2、20s逐級升壓電壓逐級升高,每級停留20s,各級電壓的數(shù)值可參閱規(guī)定的電壓值表。在表中第一級電壓約為快速升壓擊穿值的40%的電壓,如某材料用快速升壓測得擊穿電壓為5kV,則在表中可查得2ky為第一級電壓,在此電壓下經(jīng)受 20s,若試樣不擊穿,再升高到第二級,即 2.2kV,再停 20s,若不擊穿再加高一級,直到試樣擊穿為止。升壓過程要盡量快,升壓時間計算在下一級的 20s之內(nèi)。擊穿電壓是取能承受20s的最高一級的電壓值,如擊穿發(fā)生在升壓過程尚未達到 20s,就應取前一級的電壓作為擊穿電壓。在試樣擊穿之前必須已加過5級電壓。即擊穿應發(fā)生在第6級或更高的電壓等級上,否則應降低第一級電壓重新再進行試驗。顯然,逐級加壓比快速加壓電壓作用的時間長,所以測得的擊穿電壓比較低。

3、慢速升壓 從快速升壓的擊穿電壓的 40%開始,以較慢的速度升壓,使擊穿發(fā)生在120~240s內(nèi),電壓上升的速度可選取 2V/s、5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s、500V/s、1000V/s。

4、60s逐級升壓 與20s逐級升壓相似,只是每級停留的時間為60s。5.極慢速升壓 從快速升壓擊穿電壓的 40%開始,以極慢的速度升壓,使擊穿發(fā)生在 300~600s內(nèi)。升壓速度可選取 1V/S、2V/S、5V/S、10V/S、20V/S、50V/S、100V/s、200V/s。這種方式的升壓速度慢,電壓作用時間更長,測得的擊穿電壓更低,試驗結(jié)果比較可靠。

試驗設備與裝置

進行工頻電壓下的介電強度試驗,必須有一套高壓試驗裝置,包括高壓試驗變壓器、調(diào)壓器以及控制和保護裝置等。

高壓試驗變壓器

工頻高電壓一般都是通過試驗變壓器升壓獲得的。試驗變壓器應具有足夠的額定電壓和容量,而且輸出電壓的波形沒有畸變。

試驗變壓器的電壓,試驗變壓器的額定電壓等級,要根據(jù)試樣的試驗電壓等級來選定。對于絕緣材料的試驗,一般可取50~100kV。對于絕緣結(jié)構可能高達 1000kV以上,但單臺變壓器的電壓等級太高,不但經(jīng)濟效益不好,而且運輸也困難,目前在國外,單臺變壓器電壓等級不超過1000kV,在國內(nèi)最高做到 750kV。如果試驗電壓高于單臺變壓器的額定電壓,則可采用多臺變壓器串接以獲得更高的試驗電壓。

對于電容量較大的試樣,可以通過串聯(lián)諧振回路獲得比試驗變壓器更高的電壓。在諧振回路中,電抗器上的電壓與試樣上的電壓大小相等,相位相反。當試驗電壓很高時,要制做單臺高壓調(diào)諧電抗器是不經(jīng)濟的,這時可以將調(diào)諧電感接在調(diào)諧變壓器的低壓側(cè),組成一臺高壓調(diào)諧電抗器,并可將多臺這樣的電抗器串接起來,使之能夠承受超高壓試驗電壓。

(二)調(diào)壓器

試驗電壓要求從零開始,以一定方式和速度上升。電壓的調(diào)節(jié)是靠調(diào)壓器來實現(xiàn)的,常用的調(diào)壓器有自耦調(diào)壓器和移圈調(diào)壓器兩種。

近年來,計算機已開始應用于介電強度試驗的控制系統(tǒng)中來,應用單片機或微機組成的控制系統(tǒng),可以通過鍵盤選擇不同的升壓方式和速度。升壓、降壓是由單片機或微機控制步進電動機帶動調(diào)壓器來完成的。當試樣擊穿時,由高壓回路發(fā)生信號去切斷電源,同時中斷計算機正在執(zhí)行的程序,轉(zhuǎn)入高壓擊穿及降壓程序,使調(diào)壓器快速下降到零位。整個切斷過程時間小于6ms。這樣,就可以實現(xiàn)整個試驗過程的自動化。保護和接地 高電壓試驗中,必須非常注意人身及設備的安全。除了在控制線路中已采用過載釋放器安全門開關、調(diào)壓器限位開關之外,在試驗回路的低壓部分有可能出現(xiàn)高電壓的各點,都要接上放電間隙。一旦在這些地方出現(xiàn)高電壓,放電間隙放電,強迫該點接地。

當試樣擊穿或閃絡時,為了限制流過變壓器的電流并使變壓器高壓端電位變化緩慢,以改善由此產(chǎn)生的脈沖在高壓繞組間的分布和消除可能出現(xiàn)的振蕩,同時也為了保護測量銅球和電極在擊穿時不會燒壞,在高壓測試回路中應接保護電阻 R0、R2。保護電阻的大小,一方面要滿足上述要求,另一方面也要避免試驗時在電阻上產(chǎn)生過大的電壓降和擊穿時過載釋放器有足夠大的電流,從而能夠在幾個電壓周期內(nèi)切斷電源。般選用 0.1~0.5Ω/V,例如額定電壓為 50kV的變壓器,可以選用約 20kΩ的保護電阻。

由于試驗電壓很高,當試樣擊穿或放電球隙放電時,將有很大的電流通過接地線。如果接地電阻較大，就會顯著升高接地線的電位而造成危險,測試回路中各接地點與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(qū)應裝有保護圍欄,圍欄的入口處應裝有聯(lián)鎖開關和信號燈,并備有接地棒。每次試驗完畢在試驗人員進入高壓區(qū)接觸高壓部件前,必須先用接地棒把高壓部件接地,以免電源沒有切斷,或有剩余電荷危害人身安全。在進行高電壓試驗時,必須嚴格遵守高電壓操作規(guī)程。