击穿电压测试仪（ZJC100KV计算机控制）

电击穿：

电击穿是指固体介质在强电场的作用下，内部少量可自由移动的载流子剧烈运动，与晶格上的原子发生碰撞使之游离，并迅速扩展而导致击穿。特点是：电压作用时间短，击穿电压高，与电场均匀度密切相关，但与环境温度及电压作用时间几乎无关。

简介：

固体电介质的纯粹电破坏过程称为电击穿。电击穿是因为固体电介质中的自由电子在强电场中作加速运动，累积较大的动能，这些动能足以破坏介质的分子结构，发生碰撞游离的连锁反应时，会在电介质中产生贯穿的导电通道，而使固体介质丧失绝缘性能，导致电击穿。

电击穿的特点是：电压作用时间短，击穿场强与电场均匀程度有密切关系，与周围环境温度几乎无关。

击穿形式：

固体电介质的击穿过程及其击穿电压的大小不但取决于电介质的性能，而且还与电场分布、周同温度、散热条件、周同介质的性质有关、加压速度和电压作用的持续性等有关。固体电介质根据其击穿发展的过程小同，可分为电击穿、热击穿和电化学击穿二种形式。发生哪种击穿形式，取决于介质的性能和工作条件。

击穿机制：

在强电场下，固体导带中可能因冷发射或热发射存在一些电子。这些电子一方面在外电场作用下被加速，获得动能；另一方面与晶格振动相互作用，把电场能量传递给晶格。当两个过程在一定的温度和场强下平衡，固体介质有稳定的电导：当电子从电场中得到的能量大于传递给品格振动的能量时，电子的动能就越来越大，至电子能量大到一定值时，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生新电子，使自由电子数迅速增加，电导进入不稳定阶段，击穿发生。

本征电击穿机制

实验上，本征电击穿表现的击穿主要是由所加电场决定的，在所使用的电场条件下，使电子温度达到击穿的临界水平。观察发现，本征击穿发生在室温或室温以下。发生的时间间隔很短，在微秒或微秒以下。本征击穿所以称之为“本征”，是因为这种击穿机制与样品或电极几何形状无关，或者与所加电场的波形无关。因此在给定温度下，产生本征击穿的电场值仅与材料有关。

这种击穿与介质中的自由电子有关。介质中自由电子的来源为杂质或缺陷能级、价带。

雪崩式电击穿机制

热击穿机制对于许多陶瓷材料是适用的。如果材料尺寸可看成是薄膜时，则雪崩式击穿机制更为有效。

雪崩式电击穿机制是把本征电击穿机制和热击穿机制结合起来。因为当电子的分布不稳定时，必然产生热的结果。因此，这种理论是用本征电击穿理论描述电子行为，而击穿的判据采用的是热击穿性质。

雪崩式理论认为：电荷是逐渐或者相继积聚，而不是电导率的突然改变，尽管电荷集聚在很短时间内发生。

雪崩式电击穿最初的机制是场发射或离子碰撞。场发射假设由隧道效应来自价带的电子进入缺陷能级或进入导带，导致传导电子密度增加。

局部放电击穿

局部放电就是在电场作用下，在电介质局部区域中所发生的放电现象，这种放电没有电极之间形成贯穿的通道，整个试样并没有被击穿。例如气体的电晕放电、液体中的气泡放电都是局部放电。对于固体电介质来说，电极与介质之间常常存在着一层环境媒质：气隙或油膜。就固体电介质本身来说，实际上也是不均匀的，往往存在着气泡、液珠或其他杂质和不均匀的组分等。例如陶瓷就是一种多孔性的不均匀材料。由于气体和液体介电常数较小，因此承受的电场强度较高。同时气体和液体的击穿电场强度又比较低，于是当外施电压达到一定数值时，在这薄弱的区域，就发生局部放电。

局部放电是脉冲性的，其过程与电晕放电相同。放电结果产生大量的正、负离子，形成空间电荷，建立反电场，使气隙中的总电场强度下降，放电熄灭。这样的放电持续时间很短，为10-8～10-9s。在直流电压作用时，放电熄灭后直到空间电荷通过表面泄漏，使反电场削弱到一定程度，才能开始第二次放电。因此在直流电压作用下，放电次数甚少。在交流电压作用时，情况就有所不同。由于电压的大小与方向是变动的，放电将反复出现，以上表明局部放电是脉冲性的。 [2] 

工程介质，从材料本身来说，其本征击穿电场强度一般较高，但由于介质的不均匀性和各种影响，实际击穿强度往往并不很高，有时甚至要降低一、二个数量级，其中重要原因之一就是局部放电。

电介质击穿：

固体电介质击穿 导致击穿的低临界电压称为击穿电压。均匀电场中，击穿电压与介质厚度之比称为击穿电场强度（简称击穿场强，又称介电强度）。它反映固体电介质自身的耐电强度。不均匀电场中，击穿电压与击穿处介质厚度之比称为平均击穿场强，它低于均匀电场中固体介质的介电强度。固体介质击穿后，由于有巨大电流通过，介质中会出现熔化或烧焦的通道，或出现裂纹。脆性介质击穿时，常发生材料的碎裂，可据此破碎非金属矿石。

固体电介质击穿有3种形式 ：电击穿、热击穿和电化学击穿。

电击穿

电击穿是因电场使电介质中积聚起足够数量和能量的带电质点而导致电介质失去绝缘性能。热击穿是因在电场作用下，电介质内部热量积累、温度过高而导致失去绝缘能力。电化学击穿是在电场、温度等因素作用下，电介质发生缓慢的化学变化，性能逐渐劣化，最终丧失绝缘能力。固体电介质的化学变化通常使其电导增加 ， 这会使介质的温度上升，因而电化学击穿的最终形式是热击穿。温度和电压作用时间对电击穿的影响小，对热击穿和电化学击穿的影响大；电场局部不均匀性对热击穿的影响小，对其他两种影响大。

热击穿

当固体电介质承受电压作用时，介质损耗是电介质发热、温度升高；而电介质的电阻具有负温度系数，所以电流进一步增大，损耗发热也随之增加。电介质的热击穿是由电介质内部的热不平衡过程造成的。如果发热量大于散热量，电介质温度就会不断上升，形成恶性循环，引起电介质分解、炭化等，电气强度下降，最终导致击穿。

热击穿的特点是：击穿电压随温度的升高而下降，击穿电压与散热条件有关，如电介质厚度大，则散热困难，因此击穿电压并不随电介质厚度成正比增加；当外施电压频率增高时，击穿电压将下降。

电化学击穿

固体电介质受到电、热、化学和机械力的长期作用时，其物理和化学性能会发生不可逆的老化，击穿电压逐渐下降，长时间击穿电压常常只有短时击穿电压的几分之一，这种绝缘击穿成为电化学击穿。

液体电介质

纯净液体电介质与含杂质的工程液体电介质的击穿机理不同。对前者主要有电击穿理论和气泡击穿理论，对后者有气体桥击穿理论。沿液体和固体电介质分界面的放电现象称为液体电介质中的沿面放电。这种放电不仅使液体变质，而且放电产生的热作用和剧烈的压力变化可能使固体介质内产生气泡。经多次作用会使固体介质出现分层、开裂现象，放电有可能在固体介质内发展，绝缘结构的击穿电压因此下降。脉冲电压下液体电介质击穿时，常出现强力气体冲击波（即电水锤），可用于水下探矿、桥墩探伤及人体内脏结石的体外破碎。

气体电介质

在电场作用下气体分子发生碰撞电离而导致电极间的贯穿性放电。其影响因素很多，主要有作用电压、电板形状、气体的性质及状态等。气体介质击穿常见的有直流电压击穿、工频电压击穿、高气压电击穿、冲击电压击穿、高真空电击穿、负电性气体击穿等。空气是很好的气体绝缘材料，电离场强和击穿场强高，击穿后能迅速恢复绝缘性能，且不燃、不爆、不老化、无腐蚀性，因而得到广泛应用。为提供高电压输电线或变电所的空气间隙距离的设计依据（高压输电线应离地面多高等），需进行长空气间隙的工频击穿试验。

击穿电压测试仪—大型发电机定子线棒耐电压和击穿试验

1 概述

大型发电机定子线棒工频耐电压试验为单支定子线棒的主绝 缘对地试验,用来检查定子线棒在制造、运输、储存及安装过程中主 绝缘是否有缺陷、损伤或者受到其它物理、化学等环境因素作用而 影响使用性能。另外,对于制造厂,可确保和监控定子线棒制造过程 总工艺及质量的稳定性。

2 试验准备

将定子线棒放置在定子线棒架上,用洁净的棉纱将定子线棒表 面擦拭干净。用专用金属小铜锤沿定子线棒绝缘表面均匀敲击,听 其声音声音来判断绝缘的整体性;若有发空部位则用卷尺测量其尺 寸,做好记录。

由定子线棒中点位置向两侧对称量取一定长度,总长度与槽部 (定子铁心)尺寸相同。将定子线棒槽部包上厚度为0.0008～0.0015mm 的铝箔,中部绑上多股裸铜线作为接地极,在铝箔上平绕或者1/3叠 绕(勒紧)一层玻璃丝带,用记号笔在玻璃丝带上标注该线棒号。在线 棒任一端的导体上绑上多股裸铜软线作为高压极。包扎时务必保证接 地电极与定子线棒表面紧密接触良好,否则可能存在点接触,未接触 区域的电位不为零。

3 试验设备

试验设备为工频试验变压器,并需采用接触调压方式,与传统 的移圈感应式调压方式相比,这种方式的输出电压稳定,波形畸变 极小,对于提高试验精度、减小系统误差具有重要作用。根据试品的 电容量选择合适的试验变压器装置。

P_S =wCU² ´ 10^-9kVA

其中PS为试验变压器容量,单位为kVA；U为外施试验电压,单位为kV；C为试品电容量,可由介质损耗因数试验测出,单位为pF; ω为外施电压的角频率,单位为rad/s。

4 试验过程

在空气中使用正接线的方法机型工频耐电压试验,试验过程包 括将1支处理好的定子线棒放置在试验平台上,定子线棒与平台之 间垫上适量数目的瓷瓶;将地线、高压引线与定子线棒连接;检查所 有接线无误后,试验人员撤离高压试验区,关闭操作间与高压试验 区之间的隔离门,检查门连锁装置是否灵敏,高压试验警示灯是否 显示,然后按照试验变压器操作规程升高电压,待升至规定电压后, 进行耐压计时(通常为1min),直至耐压通过,试验结束,若试验过程 中发生主绝缘击穿或者沿面爬电击穿,该试验视为结束,试验过程 中若发生停电事故,应将控制台的电源总开关切断,待回复送电后, 继续试验。

为节省时间、提高效率,许多时候需要将多个定子线棒摆放在一起进行工频耐电压试验。例如对2支定子线棒摆放在一起进行工 频耐电压试验,在空气中采用正接线的方法进行测试,将定子线棒 平行等距的放置在试验平台上,试验过程与单支定子线棒工频耐电 压试验相同。

以2支定子线棒为例,根据2支水轮发电机定子线棒端部的表面 电位分布趋势分析,在防电晕区域任意2点的电位都是不同的。从高 低阻搭接处到高阻防电晕末端的范围内,电位的变化最为显著;外 施电压越高,电位梯度的变化就越大,例如1.5倍额定电压下的变化 量大于1.0倍额定电压下的变化量,以下就两种情况进行说明:

(1)高电阻搭接处位置相齐时,2支定子线棒的防晕结构相同,在 耐电压试验过程中,2支定子线棒间最短距离的表面电位处处相等, 定子线棒间的空气隙承受的电压为零,定子线棒间不会发生放电;

(2)高低阻搭接处位置不相齐时,2支定子线棒的防电晕结构相 同,在耐电压试验过程中,2支定子线棒间最短距离的表面电位出现 差值,随着外施电压的逐步升高,电位差将逐渐增大,进而导致2支 定子线棒间发生放电,若对多支定子线棒同时进行耐电压试验,由 于2支定子线棒间的放电导致电场分布发生变化,进而引起多支定 子线棒端部发生闪络,从而导致试品严重损坏。

5 工频击穿试验

工频击穿试验为单支定子线棒主绝缘对地试验,主绝缘破坏时 的电压即为击穿电压。工频击穿试验用来检查定子线棒主绝缘的耐 电应力裕度系数,以及在制造过程中主绝缘是否有缺陷;根据击穿 的位置确定制造模具是否有问题,从而为改进工艺提供参考。

工频击穿的主要试验方法可分为瞬时工频击穿和逐级工频击 穿,根据技术合同及考核指标的需要进行选择,详细描述如表1所 示。

将定子线棒放置在线圈架上,用洁净的棉纱将表面擦拭干净。 由线棒中点位置向两侧对称量取一定尺寸,总长度与槽部(定子铁 心)尺寸相同。将线棒槽部包上厚度为0.0008～0.0015mm的铝箔,中 部绑上多股裸铜软线作为高压极,在铝箔上平绕或叠绕一层玻璃丝 带,用记号笔在玻璃丝带上标注该线棒号。在线圈任一端的导体上 绑上多股裸铜软线作为接地极。

通常主绝缘击穿时的电压值远远高于其工频耐压值,对于玻璃 丝带的包扎紧度没有工频耐压的要求高(在高场强下,空气隙放电使 得线圈直线低阻的表面电位相同)。

工频击穿试验在变压器油中进行,应根据线圈直线的长短绑上 适当长度(以线圈全部没入变压器油中为准)的涤波绳2～3根。

真机定子线棒工频击穿试验在变压器油中采用反接法进行测 试,试验过程如下:将1支处理好的定子线棒用木杠穿入涤波绳,并 将其抬入变压器油槽中,铜导体接地、铝箔电极接高压;检查所有接 线无误后,一人上大厅二楼走台处观察击穿过程及击穿部位,其他 试验人员撤离高压试验区;关闭操作间与高压试验区之间的隔离 门,检查门联锁装置是否灵敏,高压试验警示灯是否显示;按照试验 变压器操作规程及委托说明,选择合适的工频击穿试验方法;试验 过程中若发生停电事故,应将控制台的电源总开关切断,待恢复送 电后,继续试验;试验中发生意外情况,应立即将控制台上的“紧急 按钮”按下,以避免更大事故的发生;试验结束后,将油箱盖好,将所 用工具及材料放回原处,清理作业现场。