耐電壓測試儀器的特性及應(yīng)用
發(fā)布日期：2015年11月23日 瀏覽次數(shù)：
摘 要：簡要介紹安規(guī)耐壓試驗及市場流行的耐壓測試裝置的電路結(jié)構(gòu)、原理、功能及應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：耐電壓試驗；調(diào)壓器；儀器；應(yīng)用
1 概述
耐電壓測試儀器(以下簡稱耐壓測試儀)常用于電器產(chǎn)品或電子元器件等的絕緣性能試驗和參數(shù)測試，它與絕緣電阻測試儀器(絕緣電阻表)配合，可非破壞性地檢查被試品的絕緣水平，并與泄漏電流測試儀器、接地電阻測試儀器等組成“安規(guī)測試”四大件，用于家用電器的電氣安全性能測試，也常用于電機、電線電纜、電容器等元器件的測試。由于被試品及其試驗標(biāo)準(zhǔn)的多樣性，耐壓測試儀的產(chǎn)品也是形形色色，交直流耐壓儀、絕緣耐壓測試儀、程控耐壓測試儀、自動耐壓側(cè)試儀、三合一、四合一、脈沖耐壓測試儀、電容器耐壓測試儀……等”令人目不暇接。要科學(xué)地進(jìn)行耐壓試驗，就應(yīng)有針對性地選用耐壓測試儀，同時，耐壓測試儀在許多情況下又具有“標(biāo)準(zhǔn)”屬性和“計量”屬性。其“標(biāo)準(zhǔn)”屬性是指儀器是否能夠滿足被試品的試驗標(biāo)準(zhǔn)(包括試驗方法)，有國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)，也有國際認(rèn)證組織的標(biāo)準(zhǔn)。滿足標(biāo)準(zhǔn)與否、滿足何種標(biāo)準(zhǔn)、計量準(zhǔn)確與否，對被試產(chǎn)品的安全性能、市場范圍有著重要意義，成為不可忽視的考察內(nèi)容。
2 耐電壓試驗
耐電壓試驗就是對被試物品施加一個高于工作或運行中可能遇到的過電壓數(shù)值的交流或直流電壓，并經(jīng)歷一段時間，以檢查其絕緣水平。直流耐壓試驗的試驗電壓較高時，也能從一定程度上反映被試品的絕緣性能，但對保證被試品的安全運行是不夠的。因為在直流電壓作用下，分層介質(zhì)中的電壓分布與電阻成正比，這與在交流電壓作用下分層介質(zhì)中的電壓分布與電容量成反比不同。所以，為了進(jìn)一步暴露被試品的缺陷，檢查被試品的絕緣水平，確定能否安全使用，還應(yīng)進(jìn)行交流耐壓試驗。交流耐壓試驗?zāi)芨玫啬M被試品在實際使用中承受過電壓的情況，比起直流耐壓來，往往能更有效地發(fā)現(xiàn)被試品的局部缺陷，如絕緣損傷等。直流耐壓試驗可用于交流耐壓試驗之前初步檢驗絕緣狀況，也用于有極性的被試品，因為這樣的被試品在施加交流過電壓后會在電壓極性變換時呈現(xiàn)很小的阻抗，無法判斷絕緣性，甚至損壞被試品，如電解電容器、二級管等。有些被試品在交流電壓下呈現(xiàn)低阻抗或?qū)嶋H總是運行在直流狀態(tài)下時，也用直流進(jìn)行耐壓試驗，如電解電容器等。
由于交流耐壓試驗的試驗電壓一般比工作電壓高許多，對絕緣性能不良的被試品來說，是一種破壞性試驗。對于造價高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的被試品，進(jìn)行此項試驗前，應(yīng)先進(jìn)行絕緣電阻測量、直流泄漏甚至直流耐壓試驗，若發(fā)現(xiàn)絕緣性能有缺陷，應(yīng)進(jìn)行綜合分析和判斷，才能決定該被試品是否能承受交流耐壓試驗的電壓，然后再進(jìn)行試驗，以免對被試品造成破壞和損傷。
3 交流耐壓測試裝置的類型和特性
3.1 調(diào)壓器升壓型交流耐壓試驗裝置
調(diào)壓器升壓型交流耐壓試驗裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，工頻電網(wǎng)電壓經(jīng)自耦調(diào)壓器調(diào)整，升壓變壓器升壓后輸出，施加在被試品上。當(dāng)S1按下時，交流接觸器JLC吸合，按照一定的程序調(diào)整調(diào)壓器，使電壓表示值逐步升至試驗電壓值，觀察電流表，經(jīng)一定時間后，電流值仍在允許范圍內(nèi)，可確認(rèn)被試品的耐壓性能符合要求；如電流表示值超出允許范圍，說明被試品耐壓不良，按下S2，切斷試驗電源；如被試品發(fā)生擊穿，升壓變壓器電流急劇上升，則過流繼電器動作，切斷JLC電源，從而切斷輸入電源，保護試驗裝置不被損壞。
3.2 小型調(diào)壓器升壓型耐壓測試儀
如圖2所示，這類耐壓測試儀與前一類的控制部分不同。工頻電網(wǎng)電壓在繼電器J吸合后，經(jīng)自耦調(diào)壓器調(diào)整，升壓變壓器升壓之后輸出，施加在被試品上。當(dāng)按下START時，繼電器J吸合，按照一定的程序調(diào)整調(diào)壓器，使電壓表示值逐步升至試驗電壓值，漏電流由電阻器R3轉(zhuǎn)換為電壓，送到比較器的二個輸入端之一，與比較器另一端預(yù)先設(shè)置好的對應(yīng)于某一標(biāo)準(zhǔn)電流I1的基準(zhǔn)電壓值V1進(jìn)行比較，當(dāng)V>V1時，比較器輸出的電信號使控制器及時驅(qū)動繼電器動作，切斷高壓輸入電源，從而保護被試品或試驗裝置免遭破壞，并驅(qū)動聲、光裝置，送出相應(yīng)警告信號，提示被試品耐壓試驗失敗。如電流I在定時器設(shè)定的時間內(nèi)未超過標(biāo)準(zhǔn)，則控制器在收到定時結(jié)束信號時驅(qū)動繼電器J動作，切斷高壓輸入電源，自動結(jié)束一次試驗。電流表可監(jiān)視試驗過程中電流的大小和變化。
3.3 無調(diào)壓器程控型耐壓測試儀
由于各種測試標(biāo)準(zhǔn)不同、流水線大批量測試及人們對電器安全性能的認(rèn)識不斷提高，要求耐壓測試裝置的功能相應(yīng)提高，調(diào)壓器式的耐壓測試儀器的功能有限，采用全電子程控技術(shù)和功率電子技術(shù)的新型耐壓測試儀正在普及。目前，這類耐壓測試儀器主要分為兩種：一種采用單片機作為監(jiān)控中心、數(shù)字波形合成技術(shù)＋線性功率放大器作為測試源；另一種采用單片機作為監(jiān)控中心、SPWM(正弦脈寬調(diào)制)脈沖發(fā)生器＋I(xiàn)GBT(絕緣柵雙極晶體管)脈沖功率放大器作為測試源。前者的結(jié)構(gòu)如圖3所示，后者的結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4所示的這種耐壓測試儀的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，抗干擾能力和可靠性取決于整機的設(shè)計和電子元件的質(zhì)量，輸出波形失真稍大，輸出頻率可變(50Hz/60Hz),輸出電壓精度和輸出電壓調(diào)整范圍較前者低，在功率范圍內(nèi)輸出電壓穩(wěn)定，不受負(fù)載變化的影響，測試源輸出功率容易達(dá)到數(shù)千瓦，超功率輸出時儀器能自動保護，輸出電壓設(shè)置在無電壓輸出的情況下進(jìn)行，安全性好。電壓輸出方式可通過軟件滿足多種標(biāo)準(zhǔn)要求，擊穿保護速度快，工作時對電網(wǎng)干擾較大，儀器的校準(zhǔn)通過按鍵或通信接口進(jìn)行，便于和計算機聯(lián)網(wǎng)完成測試統(tǒng)計、分選工作，可對被試品連續(xù)進(jìn)行測試，價格略高。
4 交/直流耐壓測試裝置的類型和特性
無論何種交/直流耐壓測試裝置，其直流部分都是在交流測試裝置的基礎(chǔ)上加裝整流、濾波元件和切換機構(gòu)組成的。傳統(tǒng)調(diào)壓器型直流耐壓儀的功能指標(biāo)與程控型的功能指標(biāo)的差別很大：前者的漏電流示值分辨力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者，在數(shù)十微安級甚至更大，后者可達(dá)到納安級；在測試容性試品時，因為充電階段的電流較大，經(jīng)常引發(fā)前者誤判斷，甚至無法測試；而后者可通過降低升壓速度或延長升壓時間圓滿解決問題，當(dāng)完成容性試品測試后，前者不易實現(xiàn)自動放電，安全性差，后者則不然；當(dāng)阻性試品的阻值較小時，前者的紋波明顯大于后者。
5 常用耐壓測試裝置的選用
選用耐壓測試儀，首先應(yīng)符合被試品的標(biāo)準(zhǔn)要求，其次是考慮其擴展性能和價格。另外，還應(yīng)從以下幾個方面考慮：50Hz下的測試電壓小于5kV，漏電流小于10mA，定時時間在60s內(nèi)，可選用常規(guī)調(diào)壓器型5kV/20mA規(guī)格的儀器，否則，應(yīng)選用5kV/12mA的程控機型；
50Hz下的測試電壓小于5kV，漏電流小于20mA，定時時間在60s以內(nèi)，可選用常規(guī)調(diào)壓器型5kV/20mA規(guī)格的儀器，否則，應(yīng)選用5kV/20mA程控機型；
50Hz下的測試電壓小于5kV，漏電流小于100mA，定時時間在60s以內(nèi)，可選用常規(guī)調(diào)壓器型5kV/100mA規(guī)格的儀器，否則，應(yīng)選用5kV/100mA程控機型；
需進(jìn)行直流耐壓試驗時，電壓高于10kV，選用常規(guī)調(diào)壓器型，否則，應(yīng)盡量選用程控機型；
元器件、小家電、小電器、電動工具等應(yīng)選用程控機型。
關(guān)鍵詞：耐電壓試驗；調(diào)壓器；儀器；應(yīng)用
1 概述
耐電壓測試儀器(以下簡稱耐壓測試儀)常用于電器產(chǎn)品或電子元器件等的絕緣性能試驗和參數(shù)測試，它與絕緣電阻測試儀器(絕緣電阻表)配合，可非破壞性地檢查被試品的絕緣水平，并與泄漏電流測試儀器、接地電阻測試儀器等組成“安規(guī)測試”四大件，用于家用電器的電氣安全性能測試，也常用于電機、電線電纜、電容器等元器件的測試。由于被試品及其試驗標(biāo)準(zhǔn)的多樣性，耐壓測試儀的產(chǎn)品也是形形色色，交直流耐壓儀、絕緣耐壓測試儀、程控耐壓測試儀、自動耐壓側(cè)試儀、三合一、四合一、脈沖耐壓測試儀、電容器耐壓測試儀……等”令人目不暇接。要科學(xué)地進(jìn)行耐壓試驗，就應(yīng)有針對性地選用耐壓測試儀，同時，耐壓測試儀在許多情況下又具有“標(biāo)準(zhǔn)”屬性和“計量”屬性。其“標(biāo)準(zhǔn)”屬性是指儀器是否能夠滿足被試品的試驗標(biāo)準(zhǔn)(包括試驗方法)，有國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)，也有國際認(rèn)證組織的標(biāo)準(zhǔn)。滿足標(biāo)準(zhǔn)與否、滿足何種標(biāo)準(zhǔn)、計量準(zhǔn)確與否，對被試產(chǎn)品的安全性能、市場范圍有著重要意義，成為不可忽視的考察內(nèi)容。
2 耐電壓試驗
耐電壓試驗就是對被試物品施加一個高于工作或運行中可能遇到的過電壓數(shù)值的交流或直流電壓，并經(jīng)歷一段時間，以檢查其絕緣水平。直流耐壓試驗的試驗電壓較高時，也能從一定程度上反映被試品的絕緣性能，但對保證被試品的安全運行是不夠的。因為在直流電壓作用下，分層介質(zhì)中的電壓分布與電阻成正比，這與在交流電壓作用下分層介質(zhì)中的電壓分布與電容量成反比不同。所以，為了進(jìn)一步暴露被試品的缺陷，檢查被試品的絕緣水平，確定能否安全使用，還應(yīng)進(jìn)行交流耐壓試驗。交流耐壓試驗?zāi)芨玫啬M被試品在實際使用中承受過電壓的情況，比起直流耐壓來，往往能更有效地發(fā)現(xiàn)被試品的局部缺陷，如絕緣損傷等。直流耐壓試驗可用于交流耐壓試驗之前初步檢驗絕緣狀況，也用于有極性的被試品，因為這樣的被試品在施加交流過電壓后會在電壓極性變換時呈現(xiàn)很小的阻抗，無法判斷絕緣性，甚至損壞被試品，如電解電容器、二級管等。有些被試品在交流電壓下呈現(xiàn)低阻抗或?qū)嶋H總是運行在直流狀態(tài)下時，也用直流進(jìn)行耐壓試驗，如電解電容器等。
由于交流耐壓試驗的試驗電壓一般比工作電壓高許多，對絕緣性能不良的被試品來說，是一種破壞性試驗。對于造價高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的被試品，進(jìn)行此項試驗前，應(yīng)先進(jìn)行絕緣電阻測量、直流泄漏甚至直流耐壓試驗，若發(fā)現(xiàn)絕緣性能有缺陷，應(yīng)進(jìn)行綜合分析和判斷，才能決定該被試品是否能承受交流耐壓試驗的電壓，然后再進(jìn)行試驗，以免對被試品造成破壞和損傷。
3 交流耐壓測試裝置的類型和特性
3.1 調(diào)壓器升壓型交流耐壓試驗裝置
調(diào)壓器升壓型交流耐壓試驗裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，工頻電網(wǎng)電壓經(jīng)自耦調(diào)壓器調(diào)整，升壓變壓器升壓后輸出，施加在被試品上。當(dāng)S1按下時，交流接觸器JLC吸合，按照一定的程序調(diào)整調(diào)壓器，使電壓表示值逐步升至試驗電壓值，觀察電流表，經(jīng)一定時間后，電流值仍在允許范圍內(nèi)，可確認(rèn)被試品的耐壓性能符合要求；如電流表示值超出允許范圍，說明被試品耐壓不良，按下S2，切斷試驗電源；如被試品發(fā)生擊穿，升壓變壓器電流急劇上升，則過流繼電器動作，切斷JLC電源，從而切斷輸入電源，保護試驗裝置不被損壞。
3.2 小型調(diào)壓器升壓型耐壓測試儀
如圖2所示，這類耐壓測試儀與前一類的控制部分不同。工頻電網(wǎng)電壓在繼電器J吸合后，經(jīng)自耦調(diào)壓器調(diào)整，升壓變壓器升壓之后輸出，施加在被試品上。當(dāng)按下START時，繼電器J吸合，按照一定的程序調(diào)整調(diào)壓器，使電壓表示值逐步升至試驗電壓值，漏電流由電阻器R3轉(zhuǎn)換為電壓，送到比較器的二個輸入端之一，與比較器另一端預(yù)先設(shè)置好的對應(yīng)于某一標(biāo)準(zhǔn)電流I1的基準(zhǔn)電壓值V1進(jìn)行比較，當(dāng)V>V1時，比較器輸出的電信號使控制器及時驅(qū)動繼電器動作，切斷高壓輸入電源，從而保護被試品或試驗裝置免遭破壞，并驅(qū)動聲、光裝置，送出相應(yīng)警告信號，提示被試品耐壓試驗失敗。如電流I在定時器設(shè)定的時間內(nèi)未超過標(biāo)準(zhǔn)，則控制器在收到定時結(jié)束信號時驅(qū)動繼電器J動作，切斷高壓輸入電源，自動結(jié)束一次試驗。電流表可監(jiān)視試驗過程中電流的大小和變化。
3.3 無調(diào)壓器程控型耐壓測試儀
由于各種測試標(biāo)準(zhǔn)不同、流水線大批量測試及人們對電器安全性能的認(rèn)識不斷提高，要求耐壓測試裝置的功能相應(yīng)提高，調(diào)壓器式的耐壓測試儀器的功能有限，采用全電子程控技術(shù)和功率電子技術(shù)的新型耐壓測試儀正在普及。目前，這類耐壓測試儀器主要分為兩種：一種采用單片機作為監(jiān)控中心、數(shù)字波形合成技術(shù)＋線性功率放大器作為測試源；另一種采用單片機作為監(jiān)控中心、SPWM(正弦脈寬調(diào)制)脈沖發(fā)生器＋I(xiàn)GBT(絕緣柵雙極晶體管)脈沖功率放大器作為測試源。前者的結(jié)構(gòu)如圖3所示，后者的結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4所示的這種耐壓測試儀的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，抗干擾能力和可靠性取決于整機的設(shè)計和電子元件的質(zhì)量，輸出波形失真稍大，輸出頻率可變(50Hz/60Hz),輸出電壓精度和輸出電壓調(diào)整范圍較前者低，在功率范圍內(nèi)輸出電壓穩(wěn)定，不受負(fù)載變化的影響，測試源輸出功率容易達(dá)到數(shù)千瓦，超功率輸出時儀器能自動保護，輸出電壓設(shè)置在無電壓輸出的情況下進(jìn)行，安全性好。電壓輸出方式可通過軟件滿足多種標(biāo)準(zhǔn)要求，擊穿保護速度快，工作時對電網(wǎng)干擾較大，儀器的校準(zhǔn)通過按鍵或通信接口進(jìn)行，便于和計算機聯(lián)網(wǎng)完成測試統(tǒng)計、分選工作，可對被試品連續(xù)進(jìn)行測試，價格略高。
4 交/直流耐壓測試裝置的類型和特性
無論何種交/直流耐壓測試裝置，其直流部分都是在交流測試裝置的基礎(chǔ)上加裝整流、濾波元件和切換機構(gòu)組成的。傳統(tǒng)調(diào)壓器型直流耐壓儀的功能指標(biāo)與程控型的功能指標(biāo)的差別很大：前者的漏電流示值分辨力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者，在數(shù)十微安級甚至更大，后者可達(dá)到納安級；在測試容性試品時，因為充電階段的電流較大，經(jīng)常引發(fā)前者誤判斷，甚至無法測試；而后者可通過降低升壓速度或延長升壓時間圓滿解決問題，當(dāng)完成容性試品測試后，前者不易實現(xiàn)自動放電，安全性差，后者則不然；當(dāng)阻性試品的阻值較小時，前者的紋波明顯大于后者。
5 常用耐壓測試裝置的選用
選用耐壓測試儀，首先應(yīng)符合被試品的標(biāo)準(zhǔn)要求，其次是考慮其擴展性能和價格。另外，還應(yīng)從以下幾個方面考慮：50Hz下的測試電壓小于5kV，漏電流小于10mA，定時時間在60s內(nèi)，可選用常規(guī)調(diào)壓器型5kV/20mA規(guī)格的儀器，否則，應(yīng)選用5kV/12mA的程控機型；
50Hz下的測試電壓小于5kV，漏電流小于20mA，定時時間在60s以內(nèi)，可選用常規(guī)調(diào)壓器型5kV/20mA規(guī)格的儀器，否則，應(yīng)選用5kV/20mA程控機型；
50Hz下的測試電壓小于5kV，漏電流小于100mA，定時時間在60s以內(nèi)，可選用常規(guī)調(diào)壓器型5kV/100mA規(guī)格的儀器，否則，應(yīng)選用5kV/100mA程控機型；
需進(jìn)行直流耐壓試驗時，電壓高于10kV，選用常規(guī)調(diào)壓器型，否則，應(yīng)盡量選用程控機型；
元器件、小家電、小電器、電動工具等應(yīng)選用程控機型。
