耐压与击穿试验 (2)

1、电子材料与元器件的耐压和击穿试验本章目录v1.耐压与击穿试验的概念v2.影响耐压及击穿场强的因素v3.电极、试样和媒质的选择v4.耐压和击穿试验的设备和装置耐压和击穿试验的设备和装置v5.局部放电的观测局部放电的观测v6.用非破坏性试验推断抗电强度用非破坏性试验推断抗电强度4. 4耐压与击穿试验的设备和装置击穿设备和装置根据所需电压形式的不同而采用不同的装置电压能匀滑地调节能够指示击穿的到来，测量击穿电压和击穿场强待测样品击穿后，电源能自动切断操作安全原则工频电压下的击穿试验装置直流击穿试验装置脉冲击穿试验装置要求包括工频电压下的击穿试验装置高压击穿装置高压试验变压器调压设备电压测量仪器保护电

2、阻击穿指示器高压屏蔽保护装置控制线路继电器（relay）v是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。 v“自动开关”。v在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 由继电器、接触器、指示灯和开关组成。高压试验变压器调压设备电压测量仪器保护电阻击穿指示器控制线路电压测量球隙。原理：球隙间空气的放电电压在一定条件下与球隙间的距离有严格的确定关系。可以测量击穿电压1）限制被测样品所通过的电流，使样品击穿时线路中的最大电流不超过变压器所允许通过的最大电流；2）避免试验时电阻上产生过大的电压降。各部分的功能放电球隙v放电球隙测压器，是一对直径相

3、同的球型电极，当其与高压试验变压器、控制台、调压器、水电阻等组成成套测试设备后，可在工频高压试验时用于高压测量及保护被试物品之用。 高压试验变压器调压设备电压测量仪器保护电阻击穿指示器控制线路采用自耦变压器，其容量与试验变压器的容量相同。主要用来升高电压，变比很大；功率较小，因而允许通过的电流较小，仅作为短时试验用。其电压，根据试验电压的要求来定；其输出电压的波形是正弦波，波形畸变要小。直流击穿试验装置高压整流滤波工频电压下的击穿试验装置直流击穿试验装置直流高压的测量方法（两种）2221URRRU用静电电压表直接测量，或用电阻分压器进行间接测量用毫安表与高电阻串联的测量系统来实现RIU对一般的

4、电子原件，直流耐压试验的电压不高直流稳压电源采用R1为充电限流电阻，根据允许最大的充电电流来决定R2为放电限流电阻Cx为待测电容器C0的容量应是Cx的10倍以上，以防止Cx充电的过电压影响其耐压性能。电源内阻R0对试验影响较大，一般要求R0的充电时间常数满足(R0+ R1)(C0 + Cx) 1s直流击穿试验装置脉冲击穿试验装置测定短时冲击高电压作用下试样的耐电性能。目标脉冲功率（足够大）、脉冲电压（足够高）、脉冲宽度、脉冲重复频率、前后沿时间。脉冲波形的要求将许多电容并联充电，当电压升高到一定值时，通过球隙的击穿使所用电容器经放电间隙而串联在一起，并在极短时间内经放电电阻Rp及与它并联的待测

5、样品Cx而放电。采用测试装置原理图测试装置等效电路图高压变压器高压整流装置负载回路脉冲回路脉冲回路中有n个电容器，每个电容的容量为C，它们并联到充电电压U，在放电时最大电压可达到nU，而发生器的电容C1=C/n 。电容器放电路径Rb，作为阻尼电阻，目的是消除电容器放电时可能在电路中引起的震荡。S4，作为隔离球隙，目的是使脉冲回路的电容器在充电时不与放电电阻Rp和待测试样Cx相连接。Rp，放电电阻。Cx，待测试样。为了不影响发生器波形，Cx必须小于发生器电容C1的1/10 。S5，作为测量球隙使用。Ra，充电电阻。4.5 局部放电的观测内部气隙在电场作用下产生气体游离放电介质材料或原件中杂质、电

6、极表面上的毛刺等引起电场分布不均匀，出现电场集中，从而导致介质局部击穿或表面飞弧。1）引起介质性能发生不可逆变化；2）逐步导致介质的击穿；3）在高频高压下显得更为显著。限制着原件和材料上使用的工作电压，因此必须正确测定某些元件或材料的起始放电电压、放电强度及电场强度的关系。局部放电实际危害含气隙的元件或介质材料的放电d，整个介质的厚度，气隙的厚度Cc，气泡的电容a，除了b之外其它部分的介质b，与气隙串联部分的介质cCCb，与气泡串联部分介质的电容Ca，其余部分介质的电容Uc，气隙上承受的电压Ub，与气隙串联的介质承受的电压式（4-6）的推导含气隙的元件或介质材料的放电从介质物理可知，气泡在一个

7、周期中将引起4次以上的放电，放电频率为外加电压频率的4倍以上；气体游离放电将导致Cc上的电压变化，从而引起试样两端电压的变化。气泡的游离放电将伴随着产生电、热、声、光和化学过程，同时将导致损耗增加。电气检测法非电检测法介质损耗法脉冲电流法差频法发光法噪声法化学法局部放电的检测方法灵敏度低，很少采用介质损耗法气体游离过程中将消耗一定能量，导致介质产生一附加损耗；而外加电压越高，放电次数越多，附加损耗越大。现象通过测出这种附加损耗而指示出局部放电。方法在图4-9中，放电开始后，随着电压升高，放电强度增强，tg增加；把tg=f(U)关系曲线的转折点作为放电的开始，对应的电压作为内部放电的起始电压。实

8、际优点：方法简单，测量方便，不需要特殊的测量设备，在实际中仍广泛采用。缺点：误差较大。脉冲电流法局部放电时，在试样两端将产生一电压变化（高频震荡信号），这个电压是瞬时的。把试样接入检测回路，在回路中将产生一脉冲电流；通过检测此脉冲电流就可以测量出局部放电的电压。现象方法记录高频电流的线路记录高频电压的线路平衡检测法灵敏度不是太高，调节也比较复杂，不如另两种方法使用广泛。电容Cx较小时记录高频电压的线路记录高频电流的线路局部放电所产生的高频电流通过放大器的输入阻抗Z产生一输入电压，经放大后在示波器上显示出来。试样两端由于放电将产生高频电压，通过耦合电容C而接入放大器的输入电路；合理的选择电容C，

9、可以获得很高的灵敏度灵敏度较低灵敏度较高输入阻抗Z 电阻 R 电感 LLC 取完整的信号，灵敏度低。 取信号的高频部分，灵敏度高。 LC谐振回路取的是某一频率，灵敏度高。差频法1）当被测试样不产生局部放电时，两震荡器的频率相等，混频后所得差拍信号为零，示波器中没有信号显示；2）当被测试样发生局部放电时，其容量发生瞬时改变，差频信号出现，于是观测到局部放电利用差拍原理曲率半径小的导体电极对空气放电，便产生了电晕。 差频法在试验变压器与试样之间接入低通滤波器，去除变压器输出的高频分量。放大器的灵敏度要高，以提高线路的灵敏度。放大器通频带宽和放大倍数大之间作折中。检测指示器的分辨能力要强，以提高线路

10、的灵敏度。4.6 用非破坏性试验推断抗电强度用非破坏性试验推断抗电强度v用非破坏性试验推断抗电强度的意义与现状v用电流激增法来推断击穿电压v用交流第二电流激增点来预测击穿电压值意义与现状v用击穿试验来取得样品的击穿电压值属于破坏性试验，而耐压试验虽然不破坏样品，但无法取得其击穿电压的数值。v能否用非破坏性试验来推断样品的抗电强度呢？v目前尚无普遍适用的试验方法，只是在一定条件下发现某些实验规律，可作为参考性试验方法进行探索，以找出共同的规律用电流激增法来推断击穿电压v一、用电流激增法来推断击穿电压v在高场强下，介质材料的电流与施加的电压不成线性关系，而是随着电压的上升电流增长得更快，当电流增长

11、到某一临界值时就发发生击穿。v因此，可利用电流的增长与击穿发生的内在联系来推断击穿电压值，即利用电流激增法来预测击穿电压值。用电流激增法来推断击穿电压v1.用绝缘电阻的变化来预测击穿电压值v适用于直流电压作用下直流电压作用下预测击穿电压的方法。v依据：实验规律（某些介质产品的传导电流的对数与施加电压的平方根的关系，存在一个电流激增点Ui， Ui 与样品的电流击穿电压UDnp有线性关系。）v关系式： UDnp= 1Ui 其中，1是与产品类型有关，可通过实验测定。用电流激增法来推断击穿电压v2.用交流第二电流激增点来预测击穿电压值v适用于交流电压作用下交流电压作用下预测击穿电压的方法。v依据：实验规律（某些介质产品在外加电压升高时，通过样品的电流会出现两次电流激增，二次电流激增Ui2与材料内部气隙产生的局部放电有关。）和夹层介质模型（估算出Ui2 与交流击穿电压Uaop成正比例）。vUanp= 2Ui2其中，2是与产品类型、结构有关，可通过实验测定。用局部参数放电的某些参数的变化来推断击穿到来v依据：局部放电往往是形成击穿的前导。通过局部放电参数及其变化规律来推断击穿的到来。v常见的参数：放电量