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有關(guān)電纜電壓試驗(yàn)中的“假擊穿”現(xiàn)象探討
在電纜電壓試驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)由于“假擊穿”現(xiàn)象而造成誤判，進(jìn)而影響工 作的正常進(jìn)行。為了深入了解，本文主要針對(duì)有關(guān)電纜電壓試驗(yàn)中的“假擊穿”現(xiàn) 象進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析和探討。
高壓耐壓試驗(yàn)是保證電纜電壓產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其檢測(cè)結(jié)果，決定著 電壓電纜的合格性。但是，在試驗(yàn)時(shí)，極易發(fā)生假擊穿現(xiàn)象。因此，對(duì)有關(guān)電纜電 壓試驗(yàn)中的“假擊穿”現(xiàn)象探討有其重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一、“假擊穿”現(xiàn)象發(fā)生機(jī)理
擊穿機(jī)理從微觀角度來(lái)分析：在低電壓時(shí)，如 1000V 時(shí)，電流過(guò)大甚至在擊穿 碳化以后就會(huì)變成導(dǎo)體，尤其是在絕緣工具的高壓耐壓實(shí)驗(yàn)，持續(xù)增加電壓到它耐 受電壓的 1.5 到 2 倍，在這個(gè)過(guò)程中如果聽到啪的一聲放電的聲音，就是被高壓擊 穿，斷電以后你會(huì)看到被測(cè)物上有一個(gè)或幾個(gè)針眼大的圓眼兒，這就是擊穿的真接 表現(xiàn)。另外，高電壓致使絕緣體的原子重新排列，絕緣材料的原子是由原子核和電 子組成且保持一定的穩(wěn)定性，外加電壓達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)奪取原子外部電子，改變 其電子排布，破壞其穩(wěn)定性，形成擊穿。
在電纜電壓試驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)由于“假擊穿”現(xiàn)象而造成誤判，為此，我們?cè)谶@ 里簡(jiǎn)單說(shuō)明一下“假擊穿”現(xiàn)象發(fā)生機(jī)理：
由于電線電纜是有一定的電容的，可以知道，該電容有兩個(gè)電極，一般而言，造成“假擊穿”的現(xiàn) 象的原因主要有以下兩種情況：一方面，是由于在通過(guò)電流較大時(shí)，隨外加反向電 壓增加，使內(nèi)部電場(chǎng)過(guò)強(qiáng)，破壞共價(jià)鍵而把電子強(qiáng)行拉出，產(chǎn)生大量的電子空穴 對(duì)，使少數(shù)載流子急劇上升而擊穿，從而發(fā)生假擊穿現(xiàn)象，另一方面，是由于高壓 試驗(yàn)時(shí)，設(shè)備的動(dòng)作電流較小，強(qiáng)電場(chǎng)使電子高速運(yùn)動(dòng)與原子碰撞，產(chǎn)生新的電子 空穴對(duì)，連鎖反應(yīng)引起載流子數(shù)目劇增而假擊穿，因此，在試驗(yàn)時(shí)，為了避免對(duì)假 擊穿的誤判，需要調(diào)整電流的數(shù)值。
二、假擊穿故障分析
首先，在高壓試驗(yàn)時(shí)，可能在電源和電壓的作用下，某些部件無(wú)法啟動(dòng)，而且 發(fā)生了假擊穿現(xiàn)象。如 220v 下，在接通電源后，用萬(wàn)用表測(cè)得 5v 待機(jī)電源電壓正 常，開關(guān)線和電源線以及電壓正常，無(wú)法啟動(dòng)，再接上調(diào)壓變壓器，調(diào)到 110v， 電源啟動(dòng)，12V，5v，3.3v 電壓正常，接上電阻測(cè)試，帶負(fù)載能力也沒(méi)問(wèn)題。說(shuō)明 電源大部分是好的，接著慢慢提高電壓，在達(dá)到到了 170v 左右，電源自己關(guān)閉， 重復(fù)多次，發(fā)現(xiàn)電源只能運(yùn)行于 100v-170v，這極有可能是由于電源的問(wèn)題所造成 的。
其次，在主控的供電正常的情況下，也可以是由于監(jiān)控故障，保護(hù)器發(fā)生了故 障，為此，需要測(cè)量一下主控裝置是否正常，然后換掉光耦，檢查芯片及其周邊的 電容，同時(shí)，測(cè)一下主開關(guān)管，進(jìn)而來(lái)確定是否為假擊穿。
第三，除了要檢查串聯(lián)開關(guān)電源以外，還要去掉假負(fù)載接高壓包開機(jī),可控硅 又擊穿,開機(jī)瞬間主電壓升高到 160 伏,判斷是否正常，如果不正常，需要進(jìn)行檢 修。在具體實(shí)施時(shí)，從以下方面入手：一、接假負(fù)載開機(jī)監(jiān)測(cè) 15 分鐘,主電壓保持 在 120 伏不變,但接入高壓以后,主電壓馬上升高,可知這不是開關(guān)電源的問(wèn)題，可 以推斷是由行輸出部分的故障，同樣，也包括行輸出變壓器；二、查行變各腳是否 脫焊，行管各極電壓是否正常，逆程電容有無(wú)擊穿或變值，視放電路聚焦和控制電 壓。
此外，對(duì)電源管擊穿現(xiàn)象進(jìn)行檢查，換后接假負(fù)載，然后調(diào)整電壓輸出的電位 器，檢查主電源電壓是否有變化，若是有變化，查驅(qū)動(dòng)總分，若是沒(méi)有變化，查穩(wěn) 壓部分，同時(shí)，檢修電源時(shí)，最好接一個(gè)調(diào)壓器，換開關(guān)管后，用調(diào)壓器把電壓調(diào) 到 100V 左右，將電壓漸漸漸地調(diào)高，看電源是否能夠正常工作，換掉電源，進(jìn)行 確定假擊穿現(xiàn)象。
三、電線電纜試驗(yàn)
1.電容估算與確定
在電線電纜試驗(yàn)時(shí)，整個(gè)模塊的電容估算與確定是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。一般 通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)試，并且要根據(jù)電路圖進(jìn)行精確的計(jì)算，但是一定要在保證知道內(nèi)部 電路的前提下，去估算，以保證估算的正確性。在電纜線路中，電容電流估算主要 通過(guò)以下公式來(lái)完成：
IC=0.1UeL 其中，Ue 是相電壓（KV） L 是長(zhǎng)度（公里）
電機(jī)的啟動(dòng)電容容量大小,有經(jīng)驗(yàn)公式可供估算。在這里所指的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們 通過(guò)舉例說(shuō)明：電機(jī)不超過(guò) 200W,啟動(dòng)電容不會(huì)超過(guò) 100uF,如果運(yùn)轉(zhuǎn)電容,可以選 擇若干個(gè)數(shù)值通電試驗(yàn)，以確定哪個(gè)電容的容量下整機(jī)電流最小,則該電容的容量 就是最佳數(shù)值。當(dāng)然還要結(jié)合電容容量的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，從而保證其結(jié) 果的可靠性。
電容器的容量可以通過(guò) C=35000I/2PUfcos&算出，如：
I=250W/220V=1.2AC=35000x1.2/2x1x50x220X0.8=24uf，所以，可以選擇 350V30uf 的電容，而工作電容 C1=1950×IN/U1/COSφ，在起動(dòng)電容時(shí)，一般為工作電容的 1-4 倍，可根據(jù)起動(dòng)時(shí)負(fù)載大小來(lái)選。一般 1kW 以下不加起動(dòng)電容，直接加工作電 容就可以。
另外，在實(shí)際應(yīng)用中，由于電纜的型號(hào)不同，再加上電纜之間并不是一條線相 連，而是有分支的樹狀連接起來(lái)，為此，在計(jì)算電容電流時(shí)，需要對(duì)整個(gè)線路的結(jié) 構(gòu)圖進(jìn)行分可析，從而確定計(jì)算結(jié)果。但是好使這樣，電容的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性也不 夠，只是屬于估算，要想確切掌握電容的大小，實(shí)測(cè)是好的方法；在計(jì)算時(shí)一定 要將系統(tǒng)內(nèi)所有電纜的長(zhǎng)度加起來(lái)，兩根或多根并列運(yùn)行的電纜，要按兩根或多根 統(tǒng)計(jì)，通過(guò)正確估算電容，正確判斷假擊穿現(xiàn)象。
2.動(dòng)作電流選擇與控制
動(dòng)作電流的選擇與控制是電線電纜試驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。試驗(yàn)設(shè)備限定動(dòng)作電流是 可調(diào)的，有 100mA、300mA、500mA，對(duì)應(yīng)的不動(dòng)作電流，其對(duì)應(yīng)不同的電阻值。假 如設(shè)備的額定工作電流為 75A，試驗(yàn)設(shè)備限定動(dòng)作的動(dòng)作電流應(yīng)該如何選擇，具體 可以從以下方面入手：
首先，由于電線電纜允許的載流量是電線電纜在特定環(huán)境溫度（25 攝氏 度）、沒(méi)有穿管、溫度沒(méi)有升高的條件下的允許載流量。例如 16 平方毫米的鋁 線，它允許的載流量最大可以達(dá)到 80A，但是在實(shí)踐中，一旦當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò) 25 度，那么就要降容使用，乘以系數(shù) 0.9，這時(shí)候允許的最大載流量只有 80×0.9＝ 72A，若是發(fā)生擊穿，那么就要乘以系數(shù) 0.8，那么這時(shí)就是 80×0.8＝64A，如果 溫度又提高，又發(fā)生擊穿，那么就要乘以 0.9×0.8，那么載流量就是 80×0.9× 0.8＝57.6A。因此，要考慮實(shí)際使用過(guò)程中，環(huán)境溫度及線路鋪設(shè)的情況，要保證 有足夠的余量，避免電線電纜出現(xiàn)過(guò)度使用，提前老化，避免假擊穿現(xiàn)象。
其次，正好我們所知，變頻器輸出給點(diǎn)擊的電流是設(shè)備所帶負(fù)載的大小確定 的，若輸送帶負(fù)載是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，不論點(diǎn)擊的轉(zhuǎn)速多大，其電流基本不變，轉(zhuǎn)速 高，輸出功力高，轉(zhuǎn)速低，輸出功率低。隨著電流加速，相應(yīng)提高頻率和電壓，起 動(dòng)電流被限制在 150%額定電流以下。與此同時(shí)，對(duì)于啟動(dòng)電流的限定，隨電壓增 加應(yīng)該有所下降，若是負(fù)載不變，電流設(shè)定在 150%額定電流即可，通過(guò)這種方法 來(lái)控制假擊穿現(xiàn)象的發(fā)生。
*電壓擊穿試驗(yàn)儀（ZJC-50E計(jì)算機(jī)控制）是通過(guò)早一起絕緣部分和帶電部分之間施加一定時(shí)間額定值的交直流高壓電流來(lái)檢測(cè)儀器絕緣材料所能承受的耐壓值，因?yàn)樵趦x器的日常工作中不僅僅要考慮到儀器的額定工作電壓所造成的影響，還要考慮短時(shí)間內(nèi)大大高于熱定電壓值的過(guò)電壓影響（比如短路或操作失誤等），在過(guò)電壓的作用下，絕緣材料的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生損壞，當(dāng)超過(guò)絕緣材料所能承受的較大值時(shí)就會(huì)發(fā)生擊穿并導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常，還會(huì)造成操作人員觸電危害人身安全。
電壓擊穿測(cè)試原理：1、本儀器由控制部分和高壓試驗(yàn)部分組成。北京智德創(chuàng)新檢測(cè)儀器由計(jì)算機(jī)或觸摸屏控制整個(gè)儀器運(yùn)行。2、在觸摸屏或計(jì)算機(jī)上設(shè)置界面設(shè)置好升壓方式、試驗(yàn)電壓值、耐壓時(shí)間值，升壓速度確定后回到主界面，啟動(dòng)運(yùn)行后，北京智德創(chuàng)新檢測(cè)儀器器按預(yù)先設(shè)定的升壓方式和升壓速度控制步進(jìn)電機(jī)，從而帶動(dòng)調(diào)壓器升高試驗(yàn)電壓，并同步測(cè)量試驗(yàn)電壓，由計(jì)算機(jī)或觸摸屏顯示電壓值，并描繪出實(shí)時(shí)曲線。變壓器高壓端串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻接到電極系統(tǒng)的上電極，施加到試樣上。3、當(dāng)試驗(yàn)電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值，保持耐壓時(shí)間（升壓方式為恒定耐壓）過(guò)后，試樣還未擊穿，系統(tǒng)自動(dòng)降壓回零跳閘；若在升壓過(guò)程中試樣擊穿，過(guò)流繼電器將迅速切斷電路自動(dòng)降壓回零，觸摸屏或計(jì)算機(jī)界面將保持最高擊穿試驗(yàn)電壓值顯示。
電線電纜電壓擊穿測(cè)試儀結(jié)構(gòu)原理：
主要由:升壓系統(tǒng)(高壓變壓器)、測(cè)量系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、放電系統(tǒng)、電極、油箱、電極定位架、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、軟件等組成;高壓變壓器主要產(chǎn)生試樣所需的直流電壓,調(diào)壓器用于調(diào)節(jié)升壓變壓器輸入端電壓以產(chǎn)生高壓所需的輸入電壓,電壓測(cè)量主要是從高壓變壓器測(cè)量端測(cè)量,高壓變壓器測(cè)量端和高壓端是線性的;試驗(yàn)軟件是我公司*研發(fā)的功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單、顯示直觀的試驗(yàn)軟件系統(tǒng)。采用計(jì)算機(jī)控制,通過(guò)人機(jī)對(duì)話方式,完成對(duì)、絕緣介質(zhì)的工頻電壓擊穿,工頻耐壓試驗(yàn)。
電線電纜電壓擊穿測(cè)試儀軟件功能：
1、試驗(yàn)過(guò)程中可動(dòng)態(tài)繪制出試驗(yàn)曲線，試驗(yàn)的曲線可以多種顏色疊加對(duì)比，局部放大， 曲線上任意一 段可進(jìn)行區(qū)域放大分析；
2、可對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯修改，靈活適用；
3、試驗(yàn)條件及測(cè)試結(jié)果等數(shù)據(jù)可自動(dòng)存儲(chǔ)；
4、試驗(yàn)報(bào)告格式靈活可變，適用于不同用戶的不同需求；
5、可對(duì)一組試驗(yàn)中曲線數(shù)據(jù)的有效與否進(jìn)行人為選定；
6、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可導(dǎo)入 EXECL,WORD 文檔編輯；
7、軟件設(shè)備人員管理功能，試驗(yàn)人員可設(shè)置自己的試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)參數(shù)，設(shè)置自己的試驗(yàn)內(nèi)容后別人無(wú)法進(jìn)入程序；
8、過(guò)電流保護(hù)裝置有足夠的靈敏度，能夠保證試樣擊穿時(shí)在 0.1S 內(nèi)切斷電源；
9、儀器運(yùn)行的持久性: 儀器可連續(xù)運(yùn)行使用，不需為保護(hù)儀器而定期停機(jī)。
試驗(yàn)軟件是我公司新研發(fā)的功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單、顯示直觀的試驗(yàn)軟件系統(tǒng)。
本儀器采用計(jì)算機(jī)控制，過(guò)人機(jī)對(duì)話方式，完成對(duì)、絕緣介質(zhì)的工頻電壓擊穿，工頻耐壓試驗(yàn)。
主要技術(shù)指標(biāo)：
輸入電壓：AC 220V±10%
電源頻率：50-60Hz
高壓變壓器功率：3kVA
輸出電壓：交流 0～50kV, 直流 0～50kV
漏電流選擇：1-30MA可隨意設(shè)置
測(cè)量精度：±2%
測(cè)量范圍：1kV～50kV
升壓方式選擇功能：1；連續(xù)升壓；2；逐級(jí)升壓；3；瞬時(shí)升壓。
升壓速率設(shè)定功能：0.100 kV/s ～ 5.000kV/s可隨意設(shè)置（ZJC-50kV）
相關(guān)產(chǎn)品：
ZJC-20E電壓擊穿/介電強(qiáng)度試驗(yàn)儀GB/T1408.1-2016；IEC60243-1：2013
ZJC-50E電壓擊穿/介電強(qiáng)度試驗(yàn)儀GB/T1408.2-2016；IEC60243-2：2013
ZJC-100E電壓擊穿/介電強(qiáng)度試驗(yàn)儀ASTM D149
ZJC-150E電壓擊穿/介電強(qiáng)度試驗(yàn)儀GB/T1695-2005
ZST-121體積表面電阻測(cè)試儀GB/T 31838.2-2019； IEC 62631-3-1：2016;GB/T1410
ZST-122體積表面電阻測(cè)試儀 GB/T 31838.3-2019； IEC 62631-3-2：2015;GB/T1410
ZST-212全自動(dòng)體積表面電阻率測(cè)試儀 GB/T 31838.4-2019； IEC 62631-3-3：2015
ZJD-A介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)定儀GB/T1693-2007；GB/T1409-2006
ZJD-B介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)定儀ASTM D150-11；GB/T1693-2007
ZJD-C介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)定儀GB/T1409-2006；ASTM D150-11
QS37a介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)定儀GB/T1409-2006；IEC60250
ZJD-87介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)定儀GB/T1409-2006；IEC60250
ZDH-20kV耐電弧試驗(yàn)機(jī)GB-T 1411-2002；IEC61621-1997
LDQ-5全自動(dòng)漏電起痕試驗(yàn)儀 GB/T4207-2012；IEC60112-2009
ZLD-6kV高壓漏電起痕試驗(yàn)儀GB/T 6553-2014；IEC 60587-2007；ASTMD 2303-2013
CR-400A毛細(xì)管流變儀 GB/T25278-2010
TR-200A轉(zhuǎn)矩流變儀
M-200A橡塑摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)GB/T3960-2016
XRW-300HB熱變形維卡溫度測(cè)定儀GB/T1633、GB/T1634、GB/T8802、ASTM D1525、ASTM D648
XNR-400H熔體流動(dòng)速率測(cè)定儀GBT 3682.1-2018 ；ASTM D1238-2013；
CZF-5水平垂直燃燒試驗(yàn)儀GB-T2408-2008；（ANSI/UL94 -2006）；GBT10707-2008
JF-5氧指數(shù)測(cè)定儀GB/T 2406.2-2009
ZRS-2灼熱絲試驗(yàn)儀GB/T5169.10-2006；GB5169.11；GB4706.1
ZY-2針焰試驗(yàn)儀GB/T4706.1-2005；GB5169.5
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