擊穿電壓測試儀（ZJC100KV計算機控制）

電擊穿：

電擊穿是指固體介質(zhì)在強電場的作用下，內(nèi)部少量可自由移動的載流子劇烈運動，與晶格上的原子發(fā)生碰撞使之游離，并迅速擴展而導(dǎo)致?lián)舸?。特點是：電壓作用時間短，擊穿電壓高，與電場均勻度密切相關(guān)，但與環(huán)境溫度及電壓作用時間幾乎無關(guān)。

簡介：

固體電介質(zhì)的純粹電破壞過程稱為電擊穿。電擊穿是因為固體電介質(zhì)中的自由電子在強電場中作加速運動，累積較大的動能，這些動能足以破壞介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，發(fā)生碰撞游離的連鎖反應(yīng)時，會在電介質(zhì)中產(chǎn)生貫穿的導(dǎo)電通道，而使固體介質(zhì)喪失絕緣性能，導(dǎo)致電擊穿。

電擊穿的特點是：電壓作用時間短，擊穿場強與電場均勻程度有密切關(guān)系，與周圍環(huán)境溫度幾乎無關(guān)。

擊穿形式：

固體電介質(zhì)的擊穿過程及其擊穿電壓的大小不但取決于電介質(zhì)的性能，而且還與電場分布、周同溫度、散熱條件、周同介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)、加壓速度和電壓作用的持續(xù)性等有關(guān)。固體電介質(zhì)根據(jù)其擊穿發(fā)展的過程小同，可分為電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿二種形式。發(fā)生哪種擊穿形式，取決于介質(zhì)的性能和工作條件。

擊穿機制：

在強電場下，固體導(dǎo)帶中可能因冷發(fā)射或熱發(fā)射存在一些電子。這些電子一方面在外電場作用下被加速，獲得動能；另一方面與晶格振動相互作用，把電場能量傳遞給晶格。當兩個過程在一定的溫度和場強下平衡，固體介質(zhì)有穩(wěn)定的電導(dǎo)：當電子從電場中得到的能量大于傳遞給品格振動的能量時，電子的動能就越來越大，至電子能量大到一定值時，電子與晶格振動的相互作用導(dǎo)致電離產(chǎn)生新電子，使自由電子數(shù)迅速增加，電導(dǎo)進入不穩(wěn)定階段，擊穿發(fā)生。

本征電擊穿機制

實驗上，本征電擊穿表現(xiàn)的擊穿主要是由所加電場決定的，在所使用的電場條件下，使電子溫度達到擊穿的臨界水平。觀察發(fā)現(xiàn)，本征擊穿發(fā)生在室溫或室溫以下。發(fā)生的時間間隔很短，在微秒或微秒以下。本征擊穿所以稱之為“本征”，是因為這種擊穿機制與樣品或電極幾何形狀無關(guān)，或者與所加電場的波形無關(guān)。因此在給定溫度下，產(chǎn)生本征擊穿的電場值僅與材料有關(guān)。

這種擊穿與介質(zhì)中的自由電子有關(guān)。介質(zhì)中自由電子的來源為雜質(zhì)或缺陷能級、價帶。

雪崩式電擊穿機制

熱擊穿機制對于許多陶瓷材料是適用的。如果材料尺寸可看成是薄膜時，則雪崩式擊穿機制更為有效。

雪崩式電擊穿機制是把本征電擊穿機制和熱擊穿機制結(jié)合起來。因為當電子的分布不穩(wěn)定時，必然產(chǎn)生熱的結(jié)果。因此，這種理論是用本征電擊穿理論描述電子行為，而擊穿的判據(jù)采用的是熱擊穿性質(zhì)。

雪崩式理論認為：電荷是逐漸或者相繼積聚，而不是電導(dǎo)率的突然改變，盡管電荷集聚在很短時間內(nèi)發(fā)生。

雪崩式電擊穿最初的機制是場發(fā)射或離子碰撞。場發(fā)射假設(shè)由隧道效應(yīng)來自價帶的電子進入缺陷能級或進入導(dǎo)帶，導(dǎo)致傳導(dǎo)電子密度增加。

局部放電擊穿

局部放電就是在電場作用下，在電介質(zhì)局部區(qū)域中所發(fā)生的放電現(xiàn)象，這種放電沒有電極之間形成貫穿的通道，整個試樣并沒有被擊穿。例如氣體的電暈放電、液體中的氣泡放電都是局部放電。對于固體電介質(zhì)來說，電極與介質(zhì)之間常常存在著一層環(huán)境媒質(zhì)：氣隙或油膜。就固體電介質(zhì)本身來說，實際上也是不均勻的，往往存在著氣泡、液珠或其他雜質(zhì)和不均勻的組分等。例如陶瓷就是一種多孔性的不均勻材料。由于氣體和液體介電常數(shù)較小，因此承受的電場強度較高。同時氣體和液體的擊穿電場強度又比較低，于是當外施電壓達到一定數(shù)值時，在這薄弱的區(qū)域，就發(fā)生局部放電。

局部放電是脈沖性的，其過程與電暈放電相同。放電結(jié)果產(chǎn)生大量的正、負離子，形成空間電荷，建立反電場，使氣隙中的總電場強度下降，放電熄滅。這樣的放電持續(xù)時間很短，為10-8～10-9s。在直流電壓作用時，放電熄滅后直到空間電荷通過表面泄漏，使反電場削弱到一定程度，才能開始第二次放電。因此在直流電壓作用下，放電次數(shù)甚少。在交流電壓作用時，情況就有所不同。由于電壓的大小與方向是變動的，放電將反復(fù)出現(xiàn)，以上表明局部放電是脈沖性的。 [2] 

工程介質(zhì)，從材料本身來說，其本征擊穿電場強度一般較高，但由于介質(zhì)的不均勻性和各種影響，實際擊穿強度往往并不很高，有時甚至要降低一、二個數(shù)量級，其中重要原因之一就是局部放電。

電介質(zhì)擊穿：

固體電介質(zhì)擊穿 導(dǎo)致?lián)舸┑牡团R界電壓稱為擊穿電壓。均勻電場中，擊穿電壓與介質(zhì)厚度之比稱為擊穿電場強度（簡稱擊穿場強，又稱介電強度）。它反映固體電介質(zhì)自身的耐電強度。不均勻電場中，擊穿電壓與擊穿處介質(zhì)厚度之比稱為平均擊穿場強，它低于均勻電場中固體介質(zhì)的介電強度。固體介質(zhì)擊穿后，由于有巨大電流通過，介質(zhì)中會出現(xiàn)熔化或燒焦的通道，或出現(xiàn)裂紋。脆性介質(zhì)擊穿時，常發(fā)生材料的碎裂，可據(jù)此破碎非金屬礦石。

固體電介質(zhì)擊穿有3種形式 ：電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿。

電擊穿

電擊穿是因電場使電介質(zhì)中積聚起足夠數(shù)量和能量的帶電質(zhì)點而導(dǎo)致電介質(zhì)失去絕緣性能。熱擊穿是因在電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)部熱量積累、溫度過高而導(dǎo)致失去絕緣能力。電化學(xué)擊穿是在電場、溫度等因素作用下，電介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)變化，性能逐漸劣化，最終喪失絕緣能力。固體電介質(zhì)的化學(xué)變化通常使其電導(dǎo)增加 ， 這會使介質(zhì)的溫度上升，因而電化學(xué)擊穿的最終形式是熱擊穿。溫度和電壓作用時間對電擊穿的影響小，對熱擊穿和電化學(xué)擊穿的影響大；電場局部不均勻性對熱擊穿的影響小，對其他兩種影響大。

熱擊穿

當固體電介質(zhì)承受電壓作用時，介質(zhì)損耗是電介質(zhì)發(fā)熱、溫度升高；而電介質(zhì)的電阻具有負溫度系數(shù)，所以電流進一步增大，損耗發(fā)熱也隨之增加。電介質(zhì)的熱擊穿是由電介質(zhì)內(nèi)部的熱不平衡過程造成的。如果發(fā)熱量大于散熱量，電介質(zhì)溫度就會不斷上升，形成惡性循環(huán)，引起電介質(zhì)分解、炭化等，電氣強度下降，最終導(dǎo)致?lián)舸?/span>

熱擊穿的特點是：擊穿電壓隨溫度的升高而下降，擊穿電壓與散熱條件有關(guān)，如電介質(zhì)厚度大，則散熱困難，因此擊穿電壓并不隨電介質(zhì)厚度成正比增加；當外施電壓頻率增高時，擊穿電壓將下降。

電化學(xué)擊穿

固體電介質(zhì)受到電、熱、化學(xué)和機械力的長期作用時，其物理和化學(xué)性能會發(fā)生不可逆的老化，擊穿電壓逐漸下降，長時間擊穿電壓常常只有短時擊穿電壓的幾分之一，這種絕緣擊穿成為電化學(xué)擊穿。

液體電介質(zhì)

純凈液體電介質(zhì)與含雜質(zhì)的工程液體電介質(zhì)的擊穿機理不同。對前者主要有電擊穿理論和氣泡擊穿理論，對后者有氣體橋擊穿理論。沿液體和固體電介質(zhì)分界面的放電現(xiàn)象稱為液體電介質(zhì)中的沿面放電。這種放電不僅使液體變質(zhì)，而且放電產(chǎn)生的熱作用和劇烈的壓力變化可能使固體介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生氣泡。經(jīng)多次作用會使固體介質(zhì)出現(xiàn)分層、開裂現(xiàn)象，放電有可能在固體介質(zhì)內(nèi)發(fā)展，絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿電壓因此下降。脈沖電壓下液體電介質(zhì)擊穿時，常出現(xiàn)強力氣體沖擊波（即電水錘），可用于水下探礦、橋墩探傷及人體內(nèi)臟結(jié)石的體外破碎。

氣體電介質(zhì)

在電場作用下氣體分子發(fā)生碰撞電離而導(dǎo)致電極間的貫穿性放電。其影響因素很多，主要有作用電壓、電板形狀、氣體的性質(zhì)及狀態(tài)等。氣體介質(zhì)擊穿常見的有直流電壓擊穿、工頻電壓擊穿、高氣壓電擊穿、沖擊電壓擊穿、高真空電擊穿、負電性氣體擊穿等?？諝馐呛芎玫?/span>氣體絕緣材料，電離場強和擊穿場強高，擊穿后能迅速恢復(fù)絕緣性能，且不燃、不爆、不老化、無腐蝕性，因而得到廣泛應(yīng)用。為提供高電壓輸電線或變電所的空氣間隙距離的設(shè)計依據(jù)（高壓輸電線應(yīng)離地面多高等），需進行長空氣間隙的工頻擊穿試驗。

擊穿電壓測試儀—大型發(fā)電機定子線棒耐電壓和擊穿試驗

1 概述

大型發(fā)電機定子線棒工頻耐電壓試驗為單支定子線棒的主絕 緣對地試驗,用來檢查定子線棒在制造、運輸、儲存及安裝過程中主 絕緣是否有缺陷、損傷或者受到其它物理、化學(xué)等環(huán)境因素作用而 影響使用性能。另外,對于制造廠,可確保和監(jiān)控定子線棒制造過程 總工藝及質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2 試驗準備

將定子線棒放置在定子線棒架上,用潔凈的棉紗將定子線棒表 面擦拭干凈。用專用金屬小銅錘沿定子線棒絕緣表面均勻敲擊,聽 其聲音聲音來判斷絕緣的整體性;若有發(fā)空部位則用卷尺測量其尺 寸,做好記錄。

由定子線棒中點位置向兩側(cè)對稱量取一定長度,總長度與槽部 (定子鐵心)尺寸相同。將定子線棒槽部包上厚度為0.0008～0.0015mm 的鋁箔,中部綁上多股裸銅線作為接地極,在鋁箔上平繞或者1/3疊 繞(勒緊)一層玻璃絲帶,用記號筆在玻璃絲帶上標注該線棒號。在線 棒任一端的導(dǎo)體上綁上多股裸銅軟線作為高壓極。包扎時務(wù)必保證接 地電極與定子線棒表面緊密接觸良好,否則可能存在點接觸,未接觸 區(qū)域的電位不為零。

3 試驗設(shè)備

試驗設(shè)備為工頻試驗變壓器,并需采用接觸調(diào)壓方式,與傳統(tǒng) 的移圈感應(yīng)式調(diào)壓方式相比,這種方式的輸出電壓穩(wěn)定,波形畸變 極小,對于提高試驗精度、減小系統(tǒng)誤差具有重要作用。根據(jù)試品的 電容量選擇合適的試驗變壓器裝置。

P_S =wCU² ′ 10^-9kVA

其中PS為試驗變壓器容量,單位為kVA；U為外施試驗電壓,單位為kV；C為試品電容量,可由介質(zhì)損耗因數(shù)試驗測出,單位為pF; ω為外施電壓的角頻率,單位為rad/s。

4 試驗過程

在空氣中使用正接線的方法機型工頻耐電壓試驗,試驗過程包 括將1支處理好的定子線棒放置在試驗平臺上,定子線棒與平臺之 間墊上適量數(shù)目的瓷瓶;將地線、高壓引線與定子線棒連接;檢查所 有接線無誤后,試驗人員撤離高壓試驗區(qū),關(guān)閉操作間與高壓試驗 區(qū)之間的隔離門,檢查門連鎖裝置是否靈敏,高壓試驗警示燈是否 顯示,然后按照試驗變壓器操作規(guī)程升高電壓,待升至規(guī)定電壓后, 進行耐壓計時(通常為1min),直至耐壓通過,試驗結(jié)束,若試驗過程 中發(fā)生主絕緣擊穿或者沿面爬電擊穿,該試驗視為結(jié)束,試驗過程 中若發(fā)生停電事故,應(yīng)將控制臺的電源總開關(guān)切斷,待回復(fù)送電后, 繼續(xù)試驗。

為節(jié)省時間、提高效率,許多時候需要將多個定子線棒擺放在一起進行工頻耐電壓試驗。例如對2支定子線棒擺放在一起進行工 頻耐電壓試驗,在空氣中采用正接線的方法進行測試,將定子線棒 平行等距的放置在試驗平臺上,試驗過程與單支定子線棒工頻耐電 壓試驗相同。

以2支定子線棒為例,根據(jù)2支水輪發(fā)電機定子線棒端部的表面 電位分布趨勢分析,在防電暈區(qū)域任意2點的電位都是不同的。從高 低阻搭接處到高阻防電暈?zāi)┒说姆秶鷥?nèi),電位的變化最為顯著;外 施電壓越高,電位梯度的變化就越大,例如1.5倍額定電壓下的變化 量大于1.0倍額定電壓下的變化量,以下就兩種情況進行說明:

(1)高電阻搭接處位置相齊時,2支定子線棒的防暈結(jié)構(gòu)相同,在 耐電壓試驗過程中,2支定子線棒間最短距離的表面電位處處相等, 定子線棒間的空氣隙承受的電壓為零,定子線棒間不會發(fā)生放電;

(2)高低阻搭接處位置不相齊時,2支定子線棒的防電暈結(jié)構(gòu)相 同,在耐電壓試驗過程中,2支定子線棒間最短距離的表面電位出現(xiàn) 差值,隨著外施電壓的逐步升高,電位差將逐漸增大,進而導(dǎo)致2支 定子線棒間發(fā)生放電,若對多支定子線棒同時進行耐電壓試驗,由 于2支定子線棒間的放電導(dǎo)致電場分布發(fā)生變化,進而引起多支定 子線棒端部發(fā)生閃絡(luò),從而導(dǎo)致試品嚴重損壞。

5 工頻擊穿試驗

工頻擊穿試驗為單支定子線棒主絕緣對地試驗,主絕緣破壞時 的電壓即為擊穿電壓。工頻擊穿試驗用來檢查定子線棒主絕緣的耐 電應(yīng)力裕度系數(shù),以及在制造過程中主絕緣是否有缺陷;根據(jù)擊穿 的位置確定制造模具是否有問題,從而為改進工藝提供參考。

工頻擊穿的主要試驗方法可分為瞬時工頻擊穿和逐級工頻擊 穿,根據(jù)技術(shù)合同及考核指標的需要進行選擇,詳細描述如表1所 示。

將定子線棒放置在線圈架上,用潔凈的棉紗將表面擦拭干凈。 由線棒中點位置向兩側(cè)對稱量取一定尺寸,總長度與槽部(定子鐵 心)尺寸相同。將線棒槽部包上厚度為0.0008～0.0015mm的鋁箔,中 部綁上多股裸銅軟線作為高壓極,在鋁箔上平繞或疊繞一層玻璃絲 帶,用記號筆在玻璃絲帶上標注該線棒號。在線圈任一端的導(dǎo)體上 綁上多股裸銅軟線作為接地極。

通常主絕緣擊穿時的電壓值遠遠高于其工頻耐壓值,對于玻璃 絲帶的包扎緊度沒有工頻耐壓的要求高(在高場強下,空氣隙放電使 得線圈直線低阻的表面電位相同)。

工頻擊穿試驗在變壓器油中進行,應(yīng)根據(jù)線圈直線的長短綁上 適當長度(以線圈全部沒入變壓器油中為準)的滌波繩2～3根。

真機定子線棒工頻擊穿試驗在變壓器油中采用反接法進行測 試,試驗過程如下:將1支處理好的定子線棒用木杠穿入滌波繩,并 將其抬入變壓器油槽中,銅導(dǎo)體接地、鋁箔電極接高壓;檢查所有接 線無誤后,一人上大廳二樓走臺處觀察擊穿過程及擊穿部位,其他 試驗人員撤離高壓試驗區(qū);關(guān)閉操作間與高壓試驗區(qū)之間的隔離 門,檢查門聯(lián)鎖裝置是否靈敏,高壓試驗警示燈是否顯示;按照試驗 變壓器操作規(guī)程及委托說明,選擇合適的工頻擊穿試驗方法;試驗 過程中若發(fā)生停電事故,應(yīng)將控制臺的電源總開關(guān)切斷,待恢復(fù)送 電后,繼續(xù)試驗;試驗中發(fā)生意外情況,應(yīng)立即將控制臺上的“緊急 按鈕”按下,以避免更大事故的發(fā)生;試驗結(jié)束后,將油箱蓋好,將所 用工具及材料放回原處,清理作業(yè)現(xiàn)場。