耐電壓測試儀的原理及分類

一、耐電壓測試儀概述

耐電壓測試儀主要用于檢測和試驗各種電氣設(shè)備、絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)等的介電強(qiáng)度，方法是在絕緣介質(zhì)上施加一個遠(yuǎn)大于其正常工作條件的電壓信號，如果在規(guī)定的時間內(nèi)該介質(zhì)沒有發(fā)生擊穿，或擊穿電流不超過規(guī)定的值，那么則認(rèn)為該絕緣介質(zhì)經(jīng)受得住嚴(yán)酷條件下的考驗，在正常工作電壓下工作時應(yīng)是安全的。施加電壓可以是交流的，也可以是直流的，這取決于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對產(chǎn)品的檢測要求。通常情況下所施加的高電壓值為被測試品工作電壓值的兩倍再加上1000V，或者波形和幅度符合不同安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

二、耐電壓測試儀的基本工作原理

不管什么類型的耐電壓測試儀，其核心的工作機(jī)理均是要產(chǎn)生具有一定功率的交流或直流高壓信號施加于被測絕緣介質(zhì)上，持續(xù)規(guī)定的時間，并檢測流過絕緣體的擊穿電流，通過計算擊穿電流的大小來判定絕緣介質(zhì)的介電強(qiáng)度是否符合要求。如果在規(guī)定的時間內(nèi)，擊穿電流沒有超過設(shè)定的限值，則認(rèn)為被測體的絕緣強(qiáng)度是合格的；相反，如果在規(guī)定的時間內(nèi)，擊穿電流大于設(shè)定的限值，或當(dāng)絕緣體被擊穿時，擊穿電流會急劇增加，觸發(fā)事先設(shè)定的門限而致使測試儀跳閘，停止輸出高壓信號，則認(rèn)為被測體的絕緣強(qiáng)度不合格。安規(guī)中一般不規(guī)定耐壓測試時擊穿電流的合格范圍，原因是不同的絕緣介質(zhì)擊穿電流大小不一，其取值通常是由測試者通過取樣統(tǒng)計而得到的數(shù)據(jù)。

圖2-1-1是交流耐電壓測試儀的基本工作原理圖，也是對上文的一個形象解釋。

三、耐電壓測試儀的分類

耐電壓測試儀按照不同參量的形式有以下幾種分類方法。

(一)交流耐電壓測試儀和直流耐電壓測試儀

按照測試信號的波形可以分為交流耐電壓測試儀和直流耐電壓測試儀。通常在安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中要求使用與正常工作條件下波形相同的高電壓信號施加于被測絕緣介質(zhì)上，故對交流耐電壓測試則會要求使用與工作電源相同頻率的高壓信號，50Hz或60Hz；對于工作在直流電源條件下的絕緣介質(zhì)則要求使用直流耐電壓測試儀。但考慮到有些絕緣體呈容性，因其交流阻抗相對于直流阻抗會低得多，使用交流耐電壓測試時擊穿電流會較大，故有些安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許使用直流耐電壓代替交流耐電壓測試。就目前國內(nèi)外的安規(guī)測試儀而言，單功能的交流耐電壓測試儀很常見，但單功能的直流耐電壓測試儀則很少。制造商通常會將交流耐電壓和直流耐電壓融合在一臺儀器上。

對交流耐電壓測試儀而言，按照高壓信號產(chǎn)生的方式通常可分為自耦調(diào)壓器式和功率放大式。白耦調(diào)壓器耐電壓測試儀原理十分簡單，如圖2-1-2所示。調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器的輸出即可改變高壓變壓器的輸入，由高壓表監(jiān)視高壓變壓器的輸出，從而達(dá)到調(diào)節(jié)施加在絕緣介質(zhì)上電壓幅度的目的。這種儀器的優(yōu)點是原理簡單、性能穩(wěn)定可靠、成本低廉，缺點是智能性差、負(fù)載適應(yīng)性差(開環(huán)系統(tǒng)，存在負(fù)載調(diào)整率的問題)，特別是缺乏分析功能，無法進(jìn)行智能判別。

功率放大型耐電壓測試儀與自耦調(diào)壓器耐電壓測試儀的主要區(qū)別是其高壓信號源由以下方式獲得：可變頻率的正弦信號(50 Hz/60 Hz)經(jīng)某種類別的功率放大器放大，再經(jīng)由高壓變壓器的升壓而得到；高壓信號的幅度是靠調(diào)節(jié)功放的輸入來實現(xiàn)的。優(yōu)點是智能化程度高、功能強(qiáng)大，只要不超過規(guī)定的電流輸出能力，儀器可以自行根據(jù)負(fù)載的大小來穩(wěn)定輸出；缺點是原理相對復(fù)雜、穩(wěn)定性和可靠性不及前者、成本較高。就功率放大型耐電壓測試儀而言，還可分為線性功放式耐電壓測試儀和開關(guān)功放式耐電壓測試儀。

(二)模擬耐電壓測試儀和數(shù)字耐電壓測試儀

按照主要參數(shù)的測量方式還可分為模擬耐電壓測試儀和數(shù)字(又稱指針耐電壓測試儀和數(shù)顯/數(shù)位)耐電壓測試儀。具有程控測試功能的數(shù)顯耐電壓測試儀可稱為程控耐電壓測試儀。

(三)機(jī)械升壓耐電壓測試儀和電子升壓耐電壓測試儀

由手動調(diào)壓、測量電路及指示(顯示)等部分組成的耐電壓測試儀為機(jī)械升壓耐電壓測試儀。由升壓(調(diào)壓器或可程控功率放大器)、測量電路及數(shù)字顯示等部分組成的耐電壓測試儀為電子升壓耐電壓測試儀。電子升壓耐電壓測試儀輸出電壓時應(yīng)設(shè)計成在低電壓下接通內(nèi)部高壓變壓器，開始時不大于1/2試驗值，然后緩慢升至試驗電壓值；試驗完成后以同樣的速度降低電壓回至零位才切斷高壓變壓器電源。

(四)通用型耐電壓測試儀和專用型耐電壓測試儀

按照使用范圍可分為通用型耐電壓測試儀和專用型耐電壓測試儀。常用的多為通用型耐電壓測試儀，制造商通常會研究相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，調(diào)研用戶的各種需求，然后根據(jù)這些需求來設(shè)計制造符合眾多要求的通用型耐電壓測試儀。但有些特殊的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)則要求特殊耐電壓測試方式，如電焊機(jī)的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對于Ⅰ類防護(hù)(電源線中含接地線、外殼接大地)的電焊機(jī)進(jìn)行耐電壓測試時要求耐電壓測試儀有兩路等幅同相高壓信號輸出，且兩路間是串聯(lián)關(guān)系。