工頻電源應(yīng)用最廣,材料在工頻下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比直流和沖擊電壓下的都低,因此對(duì)于絕緣材料,通常都是做工頻下的擊穿試驗(yàn);絕緣材料的介電強(qiáng)度,一般是指在工頻下的介電強(qiáng)度。電工設(shè)備的例行試驗(yàn)中,般也是做工頻耐壓試驗(yàn)。

一、升壓方式

做介電強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí),電壓要從零按一定方式和速度上升到規(guī)定的試驗(yàn)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(shí)間,約為10~20s。根據(jù)擊穿場(chǎng)強(qiáng)的高低,可以選擇不同的升壓速度,現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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(jí)升壓電壓逐級(jí)升高,每級(jí)停留20s,各級(jí)電壓的數(shù)值可參閱規(guī)定的電壓值表。在表中第一級(jí)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(cè)得擊穿電壓為5kV,則在表中可查得2ky為第一級(jí)電壓,在此電壓下經(jīng)受 20s,若試樣不擊穿,再升高到第二級(jí),即 2.2kV,再停 20s,若不擊穿再加高一級(jí),直到試樣擊穿為止。升壓過程要盡量快,升壓時(shí)間計(jì)算在下一級(jí)的 20s之內(nèi)。擊穿電壓是取能承受20s的最高一級(jí)的電壓值,如擊穿發(fā)生在升壓過程尚未達(dá)到 20s,就應(yīng)取前一級(jí)的電壓作為擊穿電壓。在試樣擊穿之前必須已加過5級(jí)電壓。即擊穿應(yīng)發(fā)生在第6級(jí)或更高的電壓等級(jí)上,否則應(yīng)降低第一級(jí)電壓重新再進(jìn)行試驗(yàn)。顯然,逐級(jí)加壓比快速加壓電壓作用的時(shí)間長(zhǎng),所以測(cè)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(jí)升壓 與20s逐級(jí)升壓相似,只是每級(jí)停留的時(shí)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(shí)間更長(zhǎng),測(cè)得的擊穿電壓更低,試驗(yàn)結(jié)果比較可靠。

試驗(yàn)設(shè)備與裝置

進(jìn)行工頻電壓下的介電強(qiáng)度試驗(yàn),必須有一套高壓試驗(yàn)裝置,包括高壓試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器以及控制和保護(hù)裝置等。

高壓試驗(yàn)變壓器

工頻高電壓一般都是通過試驗(yàn)變壓器升壓獲得的。試驗(yàn)變壓器應(yīng)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(yàn)變壓器的電壓,試驗(yàn)變壓器的額定電壓等級(jí),要根據(jù)試樣的試驗(yàn)電壓等級(jí)來選定。對(duì)于絕緣材料的試驗(yàn),一般可取50~100kV。對(duì)于絕緣結(jié)構(gòu)可能高達(dá) 1000kV以上,但單臺(tái)變壓器的電壓等級(jí)太高,不但經(jīng)濟(jì)效益不好,而且運(yùn)輸也困難,目前在國(guó)外,單臺(tái)變壓器電壓等級(jí)不超過1000kV,在國(guó)內(nèi)最高做到 750kV。如果試驗(yàn)電壓高于單臺(tái)變壓器的額定電壓,則可采用多臺(tái)變壓器串接以獲得更高的試驗(yàn)電壓。

對(duì)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(yàn)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(dāng)試驗(yàn)電壓很高時(shí),要制做單臺(tái)高壓調(diào)諧電抗器是不經(jīng)濟(jì)的,這時(shí)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(tái)高壓調(diào)諧電抗器,并可將多臺(tái)這樣的電抗器串接起來,使之能夠承受超高壓試驗(yàn)電壓。

(二)調(diào)壓器

試驗(yàn)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(shí)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(jì)算機(jī)已開始應(yīng)用于介電強(qiáng)度試驗(yàn)的控制系統(tǒng)中來,應(yīng)用單片機(jī)或微機(jī)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(jī)或微機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)調(diào)壓器來完成的。當(dāng)試樣擊穿時(shí),由高壓回路發(fā)生信號(hào)去切斷電源,同時(shí)中斷計(jì)算機(jī)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(gè)切斷過程時(shí)間小于6ms。這樣,就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)過程的自動(dòng)化。保護(hù)和接地 高電壓試驗(yàn)中,必須非常注意人身及設(shè)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(guān)、調(diào)壓器限位開關(guān)之外,在試驗(yàn)回路的低壓部分有可能出現(xiàn)高電壓的各點(diǎn),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(qiáng)迫該點(diǎn)接地。

當(dāng)試樣擊穿或閃絡(luò)時(shí),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(shí)也為了保護(hù)測(cè)量銅球和電極在擊穿時(shí)不會(huì)燒壞,在高壓測(cè)試回路中應(yīng)接保護(hù)電阻 R0、R2。保護(hù)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(yàn)時(shí)在電阻上產(chǎn)生過大的電壓降和擊穿時(shí)過載釋放器有足夠大的電流,從而能夠在幾個(gè)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(hù)電阻。

由于試驗(yàn)電壓很高,當(dāng)試樣擊穿或放電球隙放電時(shí),將有很大的電流通過接地線。如果接地電阻較大，就會(huì)顯著升高接地線的電位而造成危險(xiǎn),測(cè)試回路中各接地點(diǎn)與接地體的連接線應(yīng)采用盡量短的多股線,以減小電阻和電感。

高壓試驗(yàn)區(qū)應(yīng)裝有保護(hù)圍欄,圍欄的入口處應(yīng)裝有聯(lián)鎖開關(guān)和信號(hào)燈,并備有接地棒。每次試驗(yàn)完畢在試驗(yàn)人員進(jìn)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(jìn)行高電壓試驗(yàn)時(shí),必須嚴(yán)格遵守高電壓操作規(guī)程。