一、 高壓電源系統

1.  高壓變壓器：通常為油浸式或干式試驗變壓器。其功能是將輸入的低壓工頻電壓（如220V/380V AC）按固定變比升壓至zui高輸出電壓（如50kV, 100kV, 150kV甚至更高）。

2.  調壓裝置：位于變壓器的低壓輸入端，用于平滑、連續地調節輸入電壓，從而控制高壓輸出的幅值。主要類型包括：

       自耦調壓器：傳統機械式，成本低，但調節線性度和自動化程度有限。

       電動發電機組（M-G Set）：提供純凈、穩定的正弦波，但體積大、效率低。

       電子式調壓系統（如SCR可控硅調壓或IGBT逆變調壓）：現代主流方案。通過數字信號控制功率器件，實現高精度、無級、快速的電壓調節，易于集成自動控制，且波形畸變小。

3.  高壓整流與濾波單元（僅用于直流擊穿試驗）：

       高壓硅堆整流器：將交流高壓轉換為脈動直流高壓。

       濾波電容與電阻：組成RC濾波電路，對脈動直流進行平滑，以獲得紋波系數符合標準要求的穩定直流高壓。

二、 試驗腔體與電極系統

1.  試驗腔體（試驗箱）：

       功能：為測試提供安全、封閉的物理空間。通常由接地的金屬屏蔽層構成，以抑制電磁干擾和電弧對外輻射。

       附屬系統：

           溫度與氣氛控制單元（可選）：內置加熱器、測溫傳感器及氣體進出口，用于在非環境溫度或特定絕緣氣體（如SF?、氮氣）條件下進行試驗。

           安全聯鎖裝置：與門開關聯動，開門時自動切斷高壓并接地，確保操作者安全。

           觀察窗與照明：便于觀察試驗過程。

           排氣與排煙通道：用于排出試樣擊穿時可能產生的煙氣。

2.  電極系統：

       上電極（高壓電極）：與高壓輸出端連接，施加試驗電壓。通常設計有調節機構，可在裝樣后輕緩、垂直地壓在試樣表面，保證接觸壓力恒定、可重復。

       下電極（接地電極）：安裝在接地的試樣臺上。

       電極規格與材質：嚴格遵循標準規定（如IEC 60243-1），常見的包括：

           等徑圓柱電極（用于薄膜/薄片）：Φ25mm或Φ6mm的黃銅或不銹鋼電極，邊緣倒圓。

           球電極與板電極（用于漆膜、固體）：如Φ20mm球對Φ75mm板。

           錐形電極（用于漆包線）。

    電極的材質、尺寸、表面光潔度及與試樣的接觸方式，必須確保電場分布符合標準模型，避免邊緣放電。

三、 檢測與測量系統

1.  高壓測量單元：

       高壓分壓器（電阻分壓器或電容分壓器）：串聯于高壓回路與地之間，將kV級的高電壓按已知比例（如10000:1）轉換為低壓測量信號（通常為0-10V）。其精度、線性度和溫度穩定性是保證電壓測量準確度的關鍵。

       峰值電壓表或真有效值儀表：用于讀取分壓器輸出信號，直接顯示高壓側的電壓值。

2.  擊穿判定與電流檢測單元：

       限流電阻：串聯在高壓回路中，用于限制試樣擊穿瞬間的短路電流，保護變壓器和設備。

       擊穿檢測電路：核心功能部件。通過監測回路電流的突變（例如，當電流超過預設閾值，如10mA）或試樣兩端電壓的驟降，來靈敏、快速地判定擊穿事件的發生。一旦判定擊穿，立即觸發保護動作。

3.  安全接地與放電裝置：

       自動接地繼電器：在擊穿發生、試驗結束或緊急停機時，自動將高壓輸出端迅速切換到接地狀態，釋放存儲的電荷。

       放電棒（手動安全設備）：用于在打開試驗腔體前，人工對可能殘存電荷的部位進行強制放電。

四、 控制系統與數據采集系統

1.  主控制器（PLC或工業計算機）：

       功能：執行預設的試驗程序（如升壓速率、階梯模式）、接收測量信號、進行擊穿判斷、控制保護動作（切斷高壓、接地）、管理安全聯鎖邏輯。

2.  人機界面（HMI/觸摸屏）：

       功能：提供參數設置（電壓上限、升壓速率、電流閾值等）、試驗模式選擇、實時曲線顯示（電壓-時間曲線）、狀態監控、報警信息提示等交互功能。

3.  數據采集與處理單元：

       功能：高速采集擊穿瞬間的電壓值（擊穿電壓），自動記錄并存儲。可計算和導出統計結果（如平均值、標準差、威布爾分布參數等），并生成標準格式的測試報告。

五、 安全防護系統

1.  電氣連鎖：如前所述的門開關連鎖、高壓接地連鎖。

2.  過流與過壓保護：電子電路實時監測初級電流和輸出電壓，超過安全設定值時立即切斷電源。

3.  零位啟動保護：確保每次試驗開始時調壓器處于零電壓位置，防止突然施加高壓。

4.  聲光報警：在設備運行、擊穿發生、故障時提供明確的視聽警示。

5.  物理屏蔽與安全距離：整個高壓回路和試驗區域被充分屏蔽，并保持足夠的絕緣距離和爬電距離。