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歷的時間,約為10~20s。根據擊穿場強的高低,可以選擇不同的升壓速度,現行標準中規定為 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,各級電壓的數值可參閱規定的電壓值表。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。擊穿電壓是取能承受20s的最高一級的電壓值,如擊穿發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,使擊穿發生在120~240s內,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,使擊穿發生在 300~600s內。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。對于絕緣結構可能高達 1000kV以上,但單臺變壓器的電壓等級太高,不但經濟效益不好,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,要制做單臺高壓調諧電抗器是不經濟的,這時可以將調諧電感接在調諧變壓器的低壓側,組成一臺高壓調諧電抗器,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。電壓的調節是靠調壓器來實現的,常用的調壓器有自耦調壓器和移圈調壓器兩種。

近年來,計算機已開始應用于介電強度試驗的控制系統中來,應用單片機或微機組成的控制系統,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壓器來完成的。當試樣擊穿時,由高壓回路發生信號去切斷電源,同時中斷計算機正在執行的程序,轉入高壓擊穿及降壓程序,使調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、調壓器限位開關之外,在試驗回路的低壓部分有可能出現高電壓的各點,都要接上放電間隙。一旦在這些地方出現高電壓,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,以改善由此產生的脈沖在高壓繞組間的分布和消除可能出現的振蕩,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。

高壓試驗區應裝有保護圍欄,圍欄的入口處應裝有聯鎖開關和信號燈,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程。