耐电压测试仪器的特性及应用

耐电压测试仪器的特性及应用

摘 要：简要介绍安规耐压试验及市场流行的耐压测试装置的电路结构、原理、功能及应用。

关键词：耐电压试验；调压器；仪器；应用

1 概述

耐电压测试仪器(以下简称耐压测试仪)常用于电器产品或电子元器件等的绝缘性能试验和参数测试，它与绝缘电阻测试仪器(绝缘电阻表)配合，可非破坏性地检查被试品的绝缘水平，并与泄漏电流测试仪器、接地电阻测试仪器等组成“安规测试”四大件，用于家用电器的电气安全性能测试，也常用于电机、电线电缆、电容器等元器件的测试。由于被试品及其试验标准的多样性，耐压测试仪的产品也是形形色色，交直流耐压仪、绝缘耐压测试仪、程控耐压测试仪、自动耐压侧试仪、三合一、四合一、脉冲耐压测试仪、电容器耐压测试仪……等”令人目不暇接。要科学地进行耐压试验，就应有针对性地选用耐压测试仪，同时，耐压测试仪在许多情况下又具有“标准”属性和“计量”属性。其“标准”属性是指仪器是否能够满足被试品的试验标准(包括试验方法)，有国家颁布的标准，也有国际认证组织的标准。满足标准与否、满足何种标准、计量准确与否，对被试产品的安全性能、市场范围有着重要意义，成为不可忽视的考察内容。

2 耐电压试验

耐电压试验就是对被试物品施加一个高于工作或运行中可能遇到的过电压数值的交流或直流电压，并经历一段时间，以检查其绝缘水平。直流耐压试验的试验电压较高时，也能从一定程度上反映被试品的绝缘性能，但对保证被试品的安全运行是不够的。因为在直流电压作用下，分层介质中的电压分布与电阻成正比，这与在交流电压作用下分层介质中的电压分布与电容量成反比不同。所以，为了进一步暴露被试品的缺陷，检查被试品的绝缘水平，确定能否安全使用，还应进行交流耐压试验。交流耐压试验能更好地模拟被试品在实际使用中承受过电压的情况，比起直流耐压来，往往能更有效地发现被试品的局部缺陷，如绝缘损伤等。直流耐压试验可用于交流耐压试验之前初步检验绝缘状况，也用于有极性的被试品，因为这样的被试品在施加交流过电压后会在电压极性变换时呈现很小的阻抗，无法判断绝缘性，甚至损坏被试品，如电解电容器、二级管等。有些被试品在交流电压下呈现低阻抗或实际总是运行在直流状态下时，也用直流进行耐压试验，如电解电容器等。

由于交流耐压试验的试验电压一般比工作电压高许多，对绝缘性能不良的被试品来说，是一种破坏性试验。对于造价高，结构复杂的被试品，进行此项试验前，应先进行绝缘电阻测量、直流泄漏甚至直流耐压试验，若发现绝缘性能有缺陷，应进行综合分析和判断，才能决定该被试品是否能承受交流耐压试验的电压，然后再进行试验，以免对被试品造成破坏和损伤。

3 交流耐压测试装置的类型和特性

3.1 调压器升压型交流耐压试验装置

调压器升压型交流耐压试验装置的结构如图1所示。由图1可知，工频电网电压经自耦调压器调整，升压变压器升压后输出，施加在被试品上。当S1按下时，交流接触器JLC吸合，按照一定的程序调整调压器，使电压表示值逐步升至试验电压值，观察电流表，经一定时间后，电流值仍在允许范围内，可确认被试品的耐压性能符合要求；如电流表示值超出允许范围，说明被试品耐压不良，按下S2，切断试验电源；如被试品发生击穿，升压变压器电流急剧上升，则过流继电器动作，切断JLC电源，从而切断输入电源，保护试验装置不被损坏。 这类耐压试验装置的结构简单，抗干扰能力强，输出功率大(可达数十千瓦)，输出电压高(数十千伏甚至数百千伏)，但对被试品有电弧、爬电、闪络等绝缘性能方面的潜在隐患不敏感，升压变压器常用油浸式，体积大，全套装置很难形成一体，多为人工操作进行控制，不便于对多个被试品连续测试，多用于电力系统的耐压试验。

3.2 小型调压器升压型耐压测试仪

如图2所示，这类耐压测试仪与前一类的控制部分不同。工频电网电压在继电器J吸合后，经自耦调压器调整，升压变压器升压之后输出，施加在被试品上。当按下START时，继电器J吸合，按照一定的程序调整调压器，使电压表示值逐步升至试验电压值，漏电流由电阻器R3转换为电压，送到比较器的二个输入端之一，与比较器另一端预先设置好的对应于某一标准电流I1的基准电压值V1进行比较，当V>V1时，比较器输出的电信号使控制器及时驱动继电器动作，切断高压输入电源，从而保护被试品或试验装置免遭破坏，并驱动声、光装置，送出相应警告信号，提示被试品耐压试验失败。如电流I在定时器设定的时间内未超过标准，则控制器在收到定时结束信号时驱动继电器J动作，切断高压输入电源，自动结束一次试验。电流表可监视试验过程中电流的大小和变化。 这类耐压试验装置的结构较前一类复杂，抗干扰能力和可靠性取决于控制器的设计和电子元件的质量，测试源输出功率较大，输出电压较高(数十千伏)，输出电压设置必须在电压输出的情况下进行，在功率范围内，输出电压会随负载电流的变化而变化，对被试品有电弧、爬电、闪络等绝缘性能方面的潜在隐患不敏感。漏电流显示值有时会受测试电压高低的影响，分辨力不高。升压变压器常用干式，全套装置可形成一体，其体积取决于功率的大小，有自动切断功能，可对被试品连续、多次进行立即升压测试，但对有分时分压试验标准或缓慢升压标准的被试品，不便于进行连续自动测试。多用于早期标准的耐压试验，又被称作“传统机型”或“常规机型”，价格较低。

3.3 无调压器程控型耐压测试仪

由于各种测试标准不同、流水线大批量测试及人们对电器安全性能的认识不断提高，要求耐压测试装置的功能相应提高，调压器式的耐压测试仪器的功能有限，采用全电子程控技术和功率电子技术的新型耐压测试仪正在普及。目前，这类耐压测试仪器主要分为两种：一种采用单片机作为监控中心、数字波形合成技术＋线性功率放大器作为测试源；另一种采用单片机作为监控中心、SPWM(正弦脉宽调制)脉冲发生器＋IGBT(绝缘栅双极晶体管)脉冲功率放大器作为测试源。前者的结构如图3所示，后者的结构如图4所示。 这种耐压测试仪的结构较复杂，抗干扰能力和可靠性取决于整机的设计和电子元件的质量，输出波形失真小，输出频率可变(50Hz/60Hz)，输出电压调整范围宽、控制精度高，在功率范围内的输出电压稳定，不受负载变化的影响，测试源输出功率一般可达到500W，超功率输出时仪器能自动保护，输出电压设置在无电压输出的情况下进行，安全性好，对被试品有电弧、爬电、闪络等绝缘性能方面的潜在隐患的检测容易实现，电压输出方式可通过软件满足多种标准要求，如分段升压、定时升压、定速升压等，能进行击穿点分析，击穿保护速度快，漏电流显示分辨率可达纳安级，非常适用于高标准的电器或元器件测试。工作时对电网干扰小，仪器的校准通过按键或通信接口进行，便于和计算机联网完成测试统计、分选工作，可对被试品连续进行测试，价格略高。

图4所示的这种耐压测试仪的结构较复杂，抗干扰能力和可靠性取决于整机的设计和电子元件的质量，输出波形失真稍大，输出频率可变(50Hz/60Hz),输出电压精度和输出电压调整范围较前者低，在功率范围内输出电压稳定，不受负载变化的影响，测试源输出功率容易达到数千瓦，超功率输出时仪器能自动保护，输出电压设置在无电压输出的情况下进行，安全性好。电压输出方式可通过软件满足多种标准要求，击穿保护速度快，工作时对电网干扰较大，仪器的校准通过按键或通信接口进行，便于和计算机联网完成测试统计、分选工作，可对被试品连续进行测试，价格略高。

4 交/直流耐压测试装置的类型和特性

无论何种交/直流耐压测试装置，其直流部分都是在交流测试装置的基础上加装整流、滤波元件和切换机构组成的。传统调压器型直流耐压仪的功能指标与程控型的功能指标的差别很大：前者的漏电流示值分辨力远远低于后者，在数十微安级甚至更大，后者可达到纳安级；在测试容性试品时，因为充电阶段的电流较大，经常引发前者误判断，甚至无法测试；而后者可通过降低升压速度或延长升压时间圆满解决问题，当完成容性试品测试后，前者不易实现自动放电，安全性差，后者则不然；当阻性试品的阻值较小时，前者的纹波明显大于后者。

5 常用耐压测试装置的选用

选用耐压测试仪，首先应符合被试品的标准要求，其次是考虑其扩展性能和价格。另外，还应从以下几个方面考虑：50Hz下的测试电压小于5kV，漏电流小于10mA，定时时间在60s内，可选用常规调压器型5kV/20mA规格的仪器，否则，应选用5kV/12mA的程控机型；

50Hz下的测试电压小于5kV，漏电流小于20mA，定时时间在60s以内，可选用常规调压器型5kV/20mA规格的仪器，否则，应选用5kV/20mA程控机型；

50Hz下的测试电压小于5kV，漏电流小于100mA，定时时间在60s以内，可选用常规调压器型5kV/100mA规格的仪器，否则，应选用5kV/100mA程控机型；

需进行直流耐压试验时，电压高于10kV，选用常规调压器型，否则，应尽量选用程控机型；

元器件、小家电、小电器、电动工具等应选用程控机型。