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2019-3-11 閱讀(1182)
美國gigavac介電耐受測試論文
介電耐受測試用于評估接線絕緣。在測試安裝在移動房屋中的絕緣材料時，重要的是要在比正常情況更高的電壓下測試絕緣，以確保絕緣不是邊緣的。如果正確設置電壓，使用直流電壓進行介電耐受測試可提供與使用交流電介質(zhì)測試相同的結(jié)果。此外，直流測試比交流測試提供了顯著的安全性和性能改進。
介電測試是一種簡單，無損的方法，用于驗證電氣絕緣是否足以承受瞬態(tài)（浪涌）事件。電力線上的瞬態(tài)電壓尖峰通常是附近雷擊的結(jié)果，但是由于其他原因也會出現(xiàn)尖峰。通常，這種瞬態(tài)尖峰的持續(xù)時間非常短 - 尖峰持續(xù)時間<20微秒。
介電測試可以驗證絕緣的性能余量，確保絕緣不會因老化，潮濕，振動磨損或其他原因造成的絕緣性降低而失效。
通?；诮K產(chǎn)品將經(jīng)受的環(huán)境條件來調(diào)節(jié)電介質(zhì)測試的電壓水平。較高的介電測試電壓用于環(huán)境條件較嚴重的設備。當終產(chǎn)品是新產(chǎn)品時，通過這種更嚴格的介電強度測試表明，在終產(chǎn)品遭受環(huán)境惡化后，受壓的絕緣材料具有足夠的凈空以提供足夠的保護。
測試方法。在介電測試中，在兩個應該彼此電絕緣的導體之間施加高電壓（通常≥1000V）。如果兩個導??體（例如，絕緣帶電導線和金屬外殼）彼此*隔離，則在兩個導體之間施加大的電壓差將不允許電流在導體之間流動。在這種情況下，據(jù)說絕緣體能承受在兩個導體之間施加大電壓電位，因此稱為介電耐受試驗。
通常，兩個介電測試結(jié)果表明絕緣失效。種是由于分隔兩個導體的絕緣材料的低絕緣電阻而在測試期間的過量電流。第二種是由于電弧或放電引起的突然電介質(zhì)擊穿，通過絕緣材料，絕緣材料表面或通過空氣。
測試電壓。如果測試電壓太低，絕緣材料在測試期間將不會受到足夠的應力，從而使絕緣不足以通過測試。另一方面，如果測試電壓太高，則測試可能對絕緣材料造成永9性損壞，否則該材料足以應用。用于測試電壓為120-240 V ac的電源線的一般經(jīng)驗法則是1000 V加上工作電壓的兩倍。使用此規(guī)則，將使用1000 V +（2 x 120 V）= 1240 V ac的電壓測試120 V布線。
測試持續(xù)時間 為了充分地對絕緣施加應力，通常施加測試電壓1分鐘。但是，許多標準允許將生產(chǎn)線測試的測試持續(xù)時間減少到1秒，以適應大容量。對于持續(xù)時間較短的測試，標準通常要求將測試電壓提高20％，以確保1秒足以充分測試絕緣。
Ac與Dc
測試波形。美國的標稱線電壓為120 V ac。電壓波形是正弦波，該電壓的頻率為60 Hz（每秒周期數(shù)）。120V的電壓是指交流電壓的均方根（rms）值。交流電壓的均方根值提供了與直流電壓的熱值相等的數(shù)學公式。換句話說，施加到電阻器（或鎳鉻合金線加熱器）的120V rms的交流電壓將產(chǎn)生與使用120V的直流電壓（例如，來自電池）時相同的熱輸出。
120 Hz時120 V ac的瞬時電壓隨時間變化。在一個周期中，每秒重復60次，電壓將從0 V開始，增加到約170 V的峰值，再次下降到0 V，繼續(xù)下降到-170 V的負峰值，然后增加再次到0 V（見圖1）。在一個周期內(nèi)取電壓的簡單平均值得到0 V的值。計算均方根值導致120 V的測量。根據(jù)定義，正弦波形的峰值是均方根值乘以2的平方根（即，Vpeak = Vrms x 1.414）。圖2顯示了一個交流波形，其均方根電壓約為1000 V.注意，波形的正峰值和負峰值分別超過+1400 V和-1400 V.
圖1. 60 Hz時的120 V交流rms波形。
圖2.具有均方根電壓
約1000 V 的交流波形
測試電壓。電介質(zhì)測試的目的是在短時間內(nèi)對絕緣層施加壓力并檢查它是否會失效。使用60 Hz交流電壓進行測試只是為了方便起見 - 帶有高壓次級繞組的變壓器（例如，霓虹燈變壓器）可用于產(chǎn)生執(zhí)行介電測試所需的高壓。60 Hz交流測試電壓無法比直流測試電壓更好地模擬真實事件。即使120 V交流電源上出現(xiàn)的高壓瞬態(tài)（浪涌）也不是交流電; 它們是瞬時電壓尖峰，其典型持續(xù)時間以微秒（百萬分之一秒）或毫秒（千分之一秒）為單位測量。
關于使用交流電壓與直流電壓進行測試的任何決定都必須考慮測試的目的，即強調(diào)被測絕緣。電壓越高，對絕緣體施加的應力越大。當使用交流測試電壓時，在測試電壓處于正峰值或負峰值時，大量的應力施加到絕緣體上。在正弦交流波形的其他點處，電應力較低。
交流測試電壓為1000 V rms，電壓峰值為1414 V.因此，如果使用直流測試電壓，測試電壓必須增加到1414 V dc，以產(chǎn)生與1000 V相同的絕緣應力水平。公司。直流測試電壓如圖3所示。注意圖2和圖3中的峰值測試電壓是相同的。
圖3. 1414 V直流測試電壓。
DC與AC測試電壓的差異得到國家測試和標準編寫組織的支持，如Underwriters Laboratories，F(xiàn)actory Mutual Corp.，電氣和電子工程師協(xié)會，美國國家標準協(xié)會以及組織等。作為電工委員會。
介電擊穿評估。因為絕緣體上的電應力在交流波形的峰值處高，所以在交流測試電壓的峰值處發(fā)生介電擊穿。圖4是交流電壓介質(zhì)擊穿的示波器顯示。請注意，當電壓增加到峰值時波形是平滑的，然后在峰值電壓處突然擊穿。圖5顯示了類似的直流電壓擊穿的發(fā)生。
圖4.交流電壓介質(zhì)擊穿。
圖5.直流電壓介質(zhì)擊穿。
重要的是要注意電介質(zhì)擊穿是如何突然發(fā)生的。在圖6中，圖4中的交流故障已擴展50,000次 - 示波器的時基已從5毫秒更改為100納秒，以放大故障事件。電壓從峰值下降到0V所需的時間是10納秒，比60Hz交流測試電壓波形的周期快大約一百萬倍。
圖6.放大的交流故障。
由于擊穿發(fā)生得如此之快，并且由于它發(fā)生在交流波形的峰值電壓，因此交流和直流電壓與擊穿*相同; 也就是說，它表現(xiàn)為持續(xù)時間很長的峰值電壓。換句話說，交流波形的峰值電壓比擊穿本身持續(xù)的時間長得多。
圖7示出了類似于圖6所示的擊穿，除了使用1.414倍交流波形的均方根值的直流電壓進行測試。圖6和7的比較表明，在交流和直流條件下的擊穿行為分別是相同的。
圖7.放大的直流擊穿。
的優(yōu)點和缺點。從歷*看，直流測試電壓更難以產(chǎn)生，因此需要更昂貴，更復雜的測試設備。使用直流測試電壓所帶來的性能和安全優(yōu)勢抵消了這一缺點。為了解釋這些優(yōu)點，需要一些額外的背景信息。
只要在由絕緣體隔開的兩個導體之間施加電壓差，就會產(chǎn)生電荷。產(chǎn)生的電荷量與施加的電壓和兩個導體之間的電容成比例。如果電荷由Q表示，電壓由V表示，電容由C表示，則這三個量之間的數(shù)學關系可表示為Q = C x V.
在實際應用中，由于分立電容器可能存在電容，但是當具有電壓差的兩個導體靠近在一起時，也會不經(jīng)意地產(chǎn)生電容。這種類型的電容的示例可以在電動機，變壓器，多導體電線和在金屬附近布線的單導體布線中找到。如果電壓變化，則電荷變化。如果電壓在正方向和負方向上擺動，那么充電將做同樣的事情。
第二個基本概念是每當電壓變化時電流將流過電容器。這是因為隨著電容器兩端的電壓增加，電荷量增加。電流只是衡量一段時間內(nèi)電荷變化的指標。電流通常用I表示，其以安培或安培為單位。電荷量Q以庫侖為單位測量。一安培電流定義為每秒1庫侖的電荷流量。
將電容的概念與電流的概念相結(jié)合產(chǎn)生以下結(jié)果。變化的電壓產(chǎn)生變化的電荷。根據(jù)定義，這種變化的電荷是電流的流動。因此，變化的電壓導致電流在兩個導體之間流動。由于兩個導體之間的電容，即使它們在物理上彼此絕緣，該電流也可以在它們之間流動。導體之間的電容越大，電流將越大。
當使用交流測試電壓進行介電測試時，電流將在被測試的兩個點之間流動（由于兩個導體之間的電容）。該電流并不代表具有低絕緣電阻的測試結(jié)果不合格。因此，交流電介質(zhì)測試儀必須補償這種允許的電流。實現(xiàn)此目的的常用方法是允許測試儀檢測大量電流（通常≥20mA），而不會指示過電流故障。如果使用相同的介電測試儀測試多個產(chǎn)品，則可能需要將該限流設定點調(diào)整得更高，以適應被測導體之間具有大電容的設備。換句話說，介電測試儀必須脫敏，以便忽略電流水平< 20 mA（例如）。這種情況造成兩個非常危險的問題。
脫敏交流電介質(zhì)測試儀無法區(qū)分5和15 mA之間的差異?？紤]如果被測電路在導體之間有電容導致5 mA在測試期間在正常條件下流動會發(fā)生什么。受測試的器件（DUT）具有錯誤的絕緣性，允許300％的正常電流量（15 mA）仍然被脫敏的交流電介質(zhì)測試器視為可接受的測試結(jié)果。
脫敏交流電介質(zhì)測試儀可以向人體提供致命量的電流，并且仍然不會因過電流而關閉。例如，如果DUT下沉5 mA，并且測試操作員接觸到測試電壓，使得10 mA流過操作員，則測試儀將獲得總共15 mA的電流。由于15 mA小于20 mA電流限制設定點，因此測試儀不會關閉，從而導致操作員嚴重受傷或死亡。
當使用直流測試電壓進行介電測試時，電流僅在電壓從0 V上升到終測試電壓時流動。在這種情況下，電流非常小，因為電壓通常會在1-2秒的時間內(nèi)上升，而交流測試電壓則從正峰值變?yōu)樨摲逯?，然后再返回每?0次（請記住，電流與電壓隨時間的變化成正比。實際上，在2秒的時間內(nèi)上升的直流測試電壓僅導致交流測試電壓的1/120（<1％）電流。一旦直流電壓達到終測試水平，電流就會*停止。在大多數(shù)情況下，直流電介質(zhì)測試期間流過的電流量可以忽略不計，
與交流電介質(zhì)測試相比，直流測試具有許多優(yōu)點。大允許測試電流可以設置為更低的水平（典型值為1 mA）。當測試期間流過超過1 mA的電流時，直流測試儀會關閉。這種高度靈敏的測試允許操作員識別交流測試儀可能忽略的邊緣結(jié)構(gòu)。
較低的測試電流水平對操作員來說更加安全。在1 mA時，電流足以使操作員受到?jīng)_擊，但當電流超過1 mA時，測試電流將自動關閉。
結(jié)論
是否使用交流或直流電介質(zhì)測試的問題與被測絕緣通常需要120 V ac的事實無關。介電擊穿發(fā)生在納秒內(nèi)。所有這些事件發(fā)生得如此之快，以至于變化的60Hz交流電壓有效地變?yōu)椴蛔兊闹绷麟妷骸Ｈ绻涣骱椭绷鹘殡娔蛪簻y試的峰值電壓相同，則兩種類型的測試都可以驗證導體之間使用的絕緣的適用性。為使峰值電壓相等，介電耐壓試驗中使用的直流電壓必須是所用交流有效電壓的1.414倍。
與交流測試相比，直流測試具有明顯的優(yōu)勢。由于總絕緣失效，Dc和交流測試提供了相同水平的擊穿檢測。然而，直流泄漏電流檢測的高精度允許檢測邊緣絕緣系統(tǒng)。Dc介電測試對于確保操作員安全性非常有利。忽視將直流測試視為交流測試的替代方案可能會危及測試操作員（測試期間存在電擊危險）和消費者（邊緣絕緣）。
