有關電纜電壓試驗中的“假擊穿”現(xiàn)象探討

在電纜電壓試驗中，經(jīng)常會由于“假擊穿”現(xiàn)象而造成誤判，進而影響工 作的正常進行。為了深入了解，本文主要針對有關電纜電壓試驗中的“假擊穿”現(xiàn) 象進行了簡單分析和探討。

高壓耐壓試驗是保證電纜電壓產(chǎn)品質量的一個關鍵環(huán)節(jié)，其檢測結果，決定著 電壓電纜的合格性。但是，在試驗時，極易發(fā)生假擊穿現(xiàn)象。因此，對有關電纜電 壓試驗中的“假擊穿”現(xiàn)象探討有其重要的現(xiàn)實意義。

一、“假擊穿”現(xiàn)象發(fā)生機理

擊穿機理從微觀角度來分析：在低電壓時，如 1000V 時，電流過大甚至在擊穿 碳化以后就會變成導體，尤其是在絕緣工具的高壓耐壓實驗，持續(xù)增加電壓到它耐 受電壓的 1.5 到 2 倍，在這個過程中如果聽到啪的一聲放電的聲音，就是被高壓擊 穿，斷電以后你會看到被測物上有一個或幾個針眼大的圓眼兒，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，外加電壓達到一定值時，會奪取原子外部電子，改變 其電子排布，破壞其穩(wěn)定性，形成擊穿。

在電纜電壓試驗中，經(jīng)常會由于“假擊穿”現(xiàn)象而造成誤判，為此，我們在這 里簡單說明一下“假擊穿”現(xiàn)象發(fā)生機理：

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，是由于在通過電流較大時，隨外加反向電 壓增加，使內(nèi)部電場過強，破壞共價鍵而把電子強行拉出，產(chǎn)生大量的電子空穴 對，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 試驗時，設備的動作電流較小，強電場使電子高速運動與原子碰撞，產(chǎn)生新的電子 空穴對，連鎖反應引起載流子數(shù)目劇增而假擊穿，因此，在試驗時，為了避免對假 擊穿的誤判，需要調整電流的數(shù)值。

二、假擊穿故障分析

首先，在高壓試驗時，可能在電源和電壓的作用下，某些部件無法啟動，而且 發(fā)生了假擊穿現(xiàn)象。如 220v 下，在接通電源后，用萬用表測得 5v 待機電源電壓正 常，開關線和電源線以及電壓正常，無法啟動，再接上調壓變壓器，調到 110v， 電源啟動，12V，5v，3.3v 電壓正常，接上電阻測試，帶負載能力也沒問題。說明 電源大部分是好的，接著慢慢提高電壓，在達到到了 170v 左右，電源自己關閉， 重復多次，發(fā)現(xiàn)電源只能運行于 100v-170v，這極有可能是由于電源的問題所造成 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，保護器發(fā)生了故 障，為此，需要測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，測一下主開關管，進而來確定是否為假擊穿。

第三，除了要檢查串聯(lián)開關電源以外，還要去掉假負載接高壓包開機,可控硅 又擊穿,開機瞬間主電壓升高到 160 伏,判斷是否正常，如果不正常，需要進行檢 修。在具體實施時，從以下方面入手：一、接假負載開機監(jiān)測 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,可知這不是開關電源的問題，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，逆程電容有無擊穿或變值，視放電路聚焦和控制電 壓。

此外，對電源管擊穿現(xiàn)象進行檢查，換后接假負載，然后調整電壓輸出的電位 器，檢查主電源電壓是否有變化，若是有變化，查驅動總分，若是沒有變化，查穩(wěn) 壓部分，同時，檢修電源時，最好接一個調壓器，換開關管后，用調壓器把電壓調 到 100V 左右，將電壓漸漸漸地調高，看電源是否能夠正常工作，換掉電源，進行 確定假擊穿現(xiàn)象。

三、電線電纜試驗

1.電容估算與確定

在電線電纜試驗時，整個模塊的電容估算與確定是一個非常重要的問題。一般 通過萬用表測試，并且要根據(jù)電路圖進行精確的計算，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 通過以下公式來完成：

IC=0.1UeL 其中，Ue 是相電壓（KV） L 是長度（公里）

電機的啟動電容容量大小,有經(jīng)驗公式可供估算。在這里所指的經(jīng)驗數(shù)據(jù)我們 通過舉例說明：電機不超過 200W,啟動電容不會超過 100uF,如果運轉電容,可以選 擇若干個數(shù)值通電試驗，以確定哪個電容的容量下整機電流最小,則該電容的容量 就是最佳數(shù)值。當然還要結合電容容量的經(jīng)驗計算公式來進行驗證，從而保證其結 果的可靠性。電容器的容量可以通過 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，在起動電容時，一般為工作電容的 1-4 倍，可根據(jù)起動時負載大小來選。一般 1kW 以下不加起動電容，直接加工作電 容就可以。

另外，在實際應用中，由于電纜的型號不同，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，為此，在計算電容電流時，需要對整個線路的結 構圖進行分可析，從而確定計算結果。但是好使這樣，電容的計算結果準確性也不 夠，只是屬于估算，要想確切掌握電容的大小，實測是好的方法；在計算時一定 要將系統(tǒng)內(nèi)所有電纜的長度加起來，兩根或多根并列運行的電纜，要按兩根或多根 統(tǒng)計，通過正確估算電容，正確判斷假擊穿現(xiàn)象。

2.動作電流選擇與控制

動作電流的選擇與控制是電線電纜試驗的一個關鍵環(huán)節(jié)。試驗設備限定動作電流是 可調的，有 100mA、300mA、500mA，對應的不動作電流，其對應不同的電阻值。假 如設備的額定工作電流為 75A，試驗設備限定動作的動作電流應該如何選擇，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）、沒有穿管、溫度沒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到 80A，但是在實踐中，一旦當環(huán)境溫度超過 25 度，那么就要降容使用，乘以系數(shù) 0.9，這時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，要考慮實際使用過程中，環(huán)境溫度及線路鋪設的情況，要保證 有足夠的余量，避免電線電纜出現(xiàn)過度使用，提前老化，避免假擊穿現(xiàn)象。

其次，正好我們所知，變頻器輸出給點擊的電流是設備所帶負載的大小確定 的，若輸送帶負載是恒轉矩負載，不論點擊的轉速多大，其電流基本不變，轉速 高，輸出功力高，轉速低，輸出功率低。隨著電流加速，相應提高頻率和電壓，起 動電流被限制在 150%額定電流以下。與此同時，對于啟動電流的限定，隨電壓增 加應該有所下降，若是負載不變，電流設定在 150%額定電流即可，通過這種方法 來控制假擊穿現(xiàn)象的發(fā)生。

測試材料：

復合材料，電子材料，電線電纜，高壓電纜，高分子材料，涂料圖層，有機硅材料，膠粘劑材料，電工材料，絕緣材料，環(huán)氧樹脂，固體材料，橡膠，塑料，薄膜，漆包線，漆膜，硫化橡膠，片材，熱固性塑料，絕緣漆漆膜，電容器紙，導熱材料，PE材料，硅材料，有機硅，聚碳酸酯PC材料，聚四氟乙烯，聚碳酸酯改性材料，樹脂和膠、浸漬纖維制品、云母及其制品、塑料復合制品、陶瓷和玻璃、絕緣紙、柔軟復合材料、樹脂膠等等。（固體絕緣材料）

電氣強度的定義: 擊穿電壓比上擊穿樣品的厚度等于樣品的電氣強度 .

電氣強度測試又稱耐壓測試。簡單點說，任何電氣設備都有一個絕緣等級，不同額定電壓的絕緣等級不一樣。當超過一定電壓等級后，設備的絕緣就會被擊穿。電氣強度測試就是看在給被測設備加一定的高電壓（可以參考IEC標準或者國標），看是否會導致?lián)舸?。如果不擊穿，則通過，擊穿則說明不合格。一般在設備出廠前做這個試驗，在現(xiàn)場可能僅僅是搖絕緣就可以了。另外，該試驗是破壞性試驗，一旦擊穿，不可修復。電氣強度測試又稱耐壓測試，是圍繞絕緣材料被擊穿后呈現(xiàn)出導體特性的特點，考察相關電參數(shù)的變化特征，以此判定絕緣材料是否被擊穿。

擊穿電場強度

一般外電場不太強時，電介質只被極化，不影響其絕緣性能。

當其處在很強的外電場中時，電介質分子的正負電荷中心被拉開，甚至脫離約束而成為自由電荷，電介質變?yōu)閷щ姴牧?。當施加在電介質上的電壓增大到一定值時，使電介質失去絕緣性的現(xiàn)象稱為擊穿(breakdown)。

外加電場強度超過某一臨界值時，介質由介電狀態(tài)變?yōu)閷щ姞顟B(tài)的現(xiàn)象。

電介質擊穿形式分類

①熱擊穿

②電擊穿：不均勻介質中的電壓分配、內(nèi)電離、外表放電和邊緣擊穿

③電化學擊穿

擊穿電場強度測定

絕緣材料的擊穿電場強度以平均擊穿電場強度E_B表示E_B=u_B/d

u_B——擊穿電壓      d——試樣的平均厚度

擊穿電壓可用靜電電壓表、電壓互感器、放電球隙等儀器并聯(lián)于試樣兩端直接測出。擊穿電壓很高時，需采用電容分壓器。

沖擊電壓下的擊穿電場強度測試，一般用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生的標準沖擊電壓施加于試樣，逐漸升高沖擊電壓的峰值直至擊穿。

沖擊電壓可用50%球隙放電法，也可用阻容分壓器加上脈沖示波器或峰值電壓表測量。

概述：

介電擊穿電壓試驗儀采用觸摸屏或計算機控制，是通過給材料持續(xù)施加電壓測試固體絕緣材料的介電強度、擊穿強度、電氣強度、耐壓強度、擊穿電壓、試驗電流、擊穿電流的材料耐高壓絕緣性能的試驗設備，也可在不同溫度不同環(huán)境下測試。可實時查看試驗曲線，試驗后生成各種文檔保存或打印試驗報告。ZJC系列機型是新升級的落地式機型，占地空間小，外表美觀。北京智德創(chuàng)新檢測儀器試驗空間采用全封閉并有多項安全保護措施，已達到零安全隱患。是替代進口設備的產(chǎn)品。產(chǎn)地北京房山。

符合標準：

GB/T 1408.1-2016絕緣材料電氣強度試驗方法 第1部分：工頻下試驗；
GB/T 1408.2-2016絕緣材料電氣強度試驗方法 第2部分:對應用直流電壓試驗的附加要求；
ASTM D149固體絕緣材料介電擊穿電壓和介電強度的試驗方法；
GB/T 1695-2005硫化橡膠工頻擊穿電壓強度和耐電壓的測定方法；
GB/T 3333-1999電纜紙工頻擊穿電壓試驗方法；
GB/T 8815-2008 電線電纜用軟聚氯乙烯塑料標準；
GBT 12656-1990電容器紙工頻擊穿電壓測定法；
HG/T 3330-2012絕緣漆漆膜擊穿強度測定法；

技術指標:

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可隨意設置
測量精度：±2%
測量范圍：1kV～50kV
升壓方式選擇功能：1；連續(xù)升壓；2；逐級升壓；3；瞬時升壓。
升壓速率設定功能：0.100 kV/s ～ 5.000kV/s可隨意設置（ZJC-50E）

介電擊穿電壓試驗儀試驗軟件：

1、獨立的控制系統(tǒng)，模塊式結構方便于售后維護，外觀美觀大氣，整個實驗過程中無噪音，電級自動對中定位，操作方便，安全系數(shù)大，精度高。
2、由設備本身觸摸屏及控制面板進行操作控制，如不需要進行曲線分析，可不配備計算機。
3、如需進行曲線分析，北京智德創(chuàng)新檢測儀器可配備計算機，只進行數(shù)據(jù)及曲線記錄功能，不進行設備控制，避免了試驗人員在計算機和設備間交替操作，更人性化。
4、設備具有試驗參數(shù)記憶功能，相同試驗條件不需要每次試驗都進行設置，且斷電仍會記憶最后一次試驗設置參數(shù)。
5、試驗界面簡單明了，且配有示意曲線說明，參數(shù)不同，曲線走勢不同，方便理解。
6、控制面板簡潔，功能標注明確，操作簡單。
7、可記錄并同時顯示10次試驗記錄，方便試驗數(shù)據(jù)的對比分析。且可以隨時舍棄不理想的任意一組數(shù)據(jù)。
8、北京智德創(chuàng)新檢測儀器增加了U盤下載功能，可以將設備中的試驗記錄直接下載到U盤中。
9、如配備計算機，可生成詳細的試驗報告單，包括每一組具體信息，多組綜合信息，及曲線。
10、設備試驗界面采用儀表盤及數(shù)字同時且實時顯示的方式，更方便試驗過程的觀看。
11、設備具有安全警告提示，在未關閉試驗箱門時試驗無法開始，且會彈出警告，在滿度（即：高壓變壓器無輸出）時會彈出警告，且試驗過程中如果開門，試驗會自動結束。
12、采用藍牙數(shù)據(jù)傳輸，北京智德創(chuàng)新檢測儀器解決由于有隔離墻阻擋穿墻過線的麻煩和遠距離操作安全可靠；
13、設備配有三色報警燈，綠燈亮時表示箱門關閉良好可以開始試驗，黃燈亮時表示試驗箱門打開，此時可進行試樣更換。紅燈亮時表示高壓大于0.5KV，此時不要開箱門。直流試驗結束放電過程警報燈會閃爍且報警。（總結：綠燈箱門關閉良好，黃燈開門小心操作，紅燈有高壓）