电压击穿试验仪：原理、设备与应用

目录

1. 试验概述与必要性

2. 击穿类型与机理

3. 关键影响因素

4. 试验设备系统构成

5. 局部放电观测

6. 总结与应用

1. 试验概述与必要性

核心概念

击穿试验：逐步升高施加于样品上的电压，直至样品发生破坏性击穿，以测定其击穿电压与击穿场强，属于破坏性试验。

耐压试验：在规定条件下对样品施加一定电压并维持特定时间，检验其是否发生击穿，属于非破坏性或考核性试验。

试验必要性

验证介质材料在严苛工作条件（如低气压、高温）下的绝缘可靠性。

检测因生产工艺或材料缺陷（如毛刺、金属杂质）导致的潜在绝缘失效风险。

防止正常工作条件下发生介质击穿或表面飞弧，确保产品安全。

2. 击穿的主要类型与机理

电击穿：强电场作用下，介质内部载流子雪崩式电离导致击穿，过程迅速。

热击穿：介质损耗产生的热量大于散热量，内部温度持续上升至临界值引发的击穿。

飞弧（边缘）击穿：因电场不均匀、气体介电强度低及表面污染等因素，沿介质表面形成放电通道导致的击穿。

老化击穿：在长期低于击穿电压的应力作用下，材料绝缘性能逐渐劣化并最终导致的击穿。

安全首要原则：无论发生何种击穿，必须首先切断电源。

3. 影响试验结果的关键因素

电场均匀性：应尽量在均匀电场下测试，以真实反映材料本征特性。不均匀电场会改变击穿位置和发展路径。

电压波形：通常包括交流（工频）、直流和脉冲电压。

交流电压下测得的击穿电压通常，考核严格，因其峰值电压更高且存在介质损耗。

直流电压下测量值居中，空间电荷效应可能抑制放电发展。

脉冲电压下击穿电压，因作用时间极短，热积累等破坏过程来不及发展。

电压作用时间：击穿过程需要时间。随着加压时间增加，击穿电压显著下降，这对热击穿和局部放电击穿尤为明显。

4. 电压击穿试验仪的构成与原理

5. 试验装置需满足：电压可平滑调节、能指示并测量击穿、击穿后自动切断电源、操作安全。

工频交流击穿试验装置核心组件：

高压试验变压器：核心升压设备，提供高电压，短时工作制。

调压设备：通常采用自耦变压器，用于平稳调节输入电压。

电压测量系统：可采用高压测量球隙（基于空气间隙放电电压与距离的固定关系）或分压器等。

保护电阻：限制击穿时短路电流，保护变压器并减小其压降。

击穿指示器：检测击穿瞬间的电流或电压突变。

控制与保护线路：由继电器、接触器等组成，实现自动控制与安全保护。

直流击穿试验装置：在交流装置基础上增加高压整流与滤波环节。电压测量可采用静电电压表或高阻值电阻分压器。

脉冲击穿试验装置：通常采用马克斯（Marx）电路，将多个电容器并联充电后串联放电，以产生高压脉冲。需严格控制脉冲波形参数（如波前/波尾时间）。

5.局部放电观测

概念与危害：局部放电是介质内部气隙或表面电场集中处发生的非贯穿性放电。它会逐渐劣化绝缘性能，最终可能导致击穿，是限制工作电压的重要因素。

主要检测方法：

电气检测法：

介质损耗法：通过测量介质损耗角正切值（tanδ）随电压升高的突变来指示起始放电，方法简单但灵敏度较低。

脉冲电流法：检测局部放电产生的脉冲电流信号，灵敏度高，是常用方法。

非电检测法：包括检测放电产生的光、声、化学产物等方法。

6. 总结与应用

电压击穿与耐压试验是评估电气绝缘材料与元器件性能的关键手段。

选择试验类型（击穿/耐压）、电压波形（交流/直流/脉冲）需依据材料应用场景与考核目的。

现代电压击穿试验仪是集成了高压产生、精密测量、自动控制与安全保护的综合系统。

结合局部放电观测等非破坏性试验，可以更全面地评估绝缘系统的长期可靠性，指导产品设计与质量控制。