摘 要:簡要介紹安規(guī)耐壓試驗(yàn)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。
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(yàn)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(jī)、電線電纜、電容器等元器件的測試。由于被試品及其試驗(yàn)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(dòng)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(yàn),就應(yīng)有針對性地選用耐壓測試儀,同時(shí),耐壓測試儀在許多情況下又具有“標(biāo)準(zhǔn)"屬性和“計(jì)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(包括試驗(yàn)方法),有國家頒布的標(biāo)準(zhǔn),也有認(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(jì)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(yàn)
耐電壓試驗(yàn)就是對被試物品施加一個(gè)高于工作或運(yùn)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(shí)間,以檢查其絕緣水平。直流耐壓試驗(yàn)的試驗(yàn)電壓較高時(shí),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(yùn)行是不夠的。因?yàn)樵谥绷麟妷鹤饔孟拢謱咏橘|(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(yàn)。交流耐壓試驗(yàn)?zāi)芨玫啬M被試品在實(shí)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(yàn)可用于交流耐壓試驗(yàn)之前初步檢驗(yàn)絕緣狀況,也用于有極性的被試品,因?yàn)檫@樣的被試品在施加交流過電壓后會(huì)在電壓極性變換時(shí)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(yùn)行在直流狀態(tài)下時(shí),也用直流進(jìn)行耐壓試驗(yàn),如電解電容器等。
由于交流耐壓試驗(yàn)的試驗(yàn)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(yàn)。對于造價(jià)高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜的被試品,進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)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(yàn),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(yàn)的電壓,然后再進(jìn)行試驗(yàn),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(yàn)裝置
調(diào)壓器升壓型交流耐壓試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu),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(shí),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(yàn)電壓值,觀察電流表,經(jīng)一定時(shí)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(yàn)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(dòng)作,切斷JLC電源,從而切斷輸入電源,保護(hù)試驗(yàn)裝置不被損壞。
這類耐壓試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強(qiáng),輸出功率大(可達(dá)數(shù)十千瓦),輸出電壓高(數(shù)十千伏甚至數(shù)百千伏),但對被試品有電弧、爬電、閃絡(luò)等絕緣性能方面的潛在隱患不敏感,升壓變壓器常用油浸式,體積大,全套裝置很難形成一體,多為人工操作進(jìn)行控制,不便于對多個(gè)被試品連續(xù)測試,多用于電力系統(tǒng)的耐壓試驗(yàn)。
3.2 小型調(diào)壓器升壓型耐壓測試儀
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(shí),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(yàn)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(gè)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(shí),比較器輸出的電信號(hào)使控制器及時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作,切斷高壓輸入電源,從而保護(hù)被試品或試驗(yàn)裝置免遭破壞,并驅(qū)動(dòng)聲、光裝置,送出相應(yīng)警告信號(hào),提示被試品耐壓試驗(yàn)失敗。如電流I在定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間內(nèi)未超過標(biāo)準(zhǔn),則控制器在收到定時(shí)結(jié)束信號(hào)時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器J動(dòng)作,切斷高壓輸入電源,自動(dòng)結(jié)束一次試驗(yàn)。電流表可監(jiān)視試驗(yàn)過程中電流的大小和變化。
這類耐壓試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)較前一類復(fù)雜,抗干擾能力和可靠性取決于控制器的設(shè)計(jì)和電子元件的質(zhì)量,測試源輸出功率較大,輸出電壓較高(數(shù)十千伏),輸出電壓設(shè)置必須在電壓輸出的情況下進(jìn)行,在功率范圍內(nèi),輸出電壓會(huì)隨負(fù)載電流的變化而變化,對被試品有電弧、爬電、閃絡(luò)等絕緣性能方面的潛在隱患不敏感。漏電流顯示值有時(shí)會(huì)受測試電壓高低的影響,分辨力不高。升壓變壓器常用干式,全套裝置可形成一體,其體積取決于功率的大小,有自動(dòng)切斷功能,可對被試品連續(xù)、多次進(jìn)行立即升壓測試,但對有分時(shí)分壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或緩慢升壓標(biāo)準(zhǔn)的被試品,不便于進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)測試。多用于早期標(biāo)準(zhǔn)的耐壓試驗(yàn),又被稱作“傳統(tǒng)機(jī)型"或“常規(guī)機(jī)型",價(jià)格較低。
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(shí)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(jī)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(jī)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。
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(jī)的設(shè)計(jì)和電子元件的質(zhì)量,輸出波形失真小,輸出頻率可變(50Hz/60Hz),輸出電壓調(diào)整范圍寬、控制精度高,在功率范圍內(nèi)的輸出電壓穩(wěn)定,不受負(fù)載變化的影響,測試源輸出功率一般可達(dá)到500W,超功率輸出時(shí)儀器能自動(dòng)保護(hù),輸出電壓設(shè)置在無電壓輸出的情況下進(jìn)行,安全性好,對被試品有電弧、爬電、閃絡(luò)等絕緣性能方面的潛在隱患的檢測容易實(shí)現(xiàn),電壓輸出方式可通過軟件滿足多種標(biāo)準(zhǔn)要求,如分段升壓、定時(shí)升壓、定速升壓等,能進(jìn)行擊穿點(diǎn)分析,擊穿保護(hù)速度快,漏電流顯示分辨率可達(dá)納安級,非常適用于高標(biāo)準(zhǔn)的電器或元器件測試。工作時(shí)對電網(wǎng)干擾小,儀器的校準(zhǔn)通過按鍵或通信接口進(jìn)行,便于和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)完成測試統(tǒng)計(jì)、分選工作,可對被試品連續(xù)進(jìn)行測試,價(jià)格略高。
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(jī)的設(shè)計(jì)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(shí)儀器能自動(dòng)保護(hù),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(hù)速度快,工作時(shí)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(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)完成測試統(tǒng)計(jì)、分選工作,可對被試品連續(xù)進(jìn)行測試,價(jià)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(jī)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(shí),因?yàn)槌潆婋A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(shí)間圓滿解決問題,當(dāng)完成容性試品測試后,前者不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放電,安全性差,后者則不然;當(dāng)阻性試品的阻值較小時(shí),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(kuò)展性能和價(jià)格。另外,還應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮:50Hz下的測試電壓小于5kV,漏電流小于10mA,定時(shí)時(shí)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(jī)型;
50Hz下的測試電壓小于5kV,漏電流小于20mA,定時(shí)時(shí)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(jī)型;
50Hz下的測試電壓小于5kV,漏電流小于100mA,定時(shí)時(shí)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(jī)型;
需進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)時(shí),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(jī)型;
元器件、小家電、小電器、電動(dòng)工具等應(yīng)選用程控機(jī)型。