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2019-3-11 閱讀(1205)
美國(guó)gigavac介電耐受測(cè)試論文
介電耐受測(cè)試用于評(píng)估接線絕緣。在測(cè)試安裝在移動(dòng)房屋中的絕緣材料時(shí)，重要的是要在比正常情況更高的電壓下測(cè)試絕緣，以確保絕緣不是邊緣的。如果正確設(shè)置電壓，使用直流電壓進(jìn)行介電耐受測(cè)試可提供與使用交流電介質(zhì)測(cè)試相同的結(jié)果。此外，直流測(cè)試比交流測(cè)試提供了顯著的安全性和性能改進(jìn)。
介電測(cè)試是一種簡(jiǎn)單，無損的方法，用于驗(yàn)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(huì)出現(xiàn)尖峰。通常，這種瞬態(tài)尖峰的持續(xù)時(shí)間非常短 - 尖峰持續(xù)時(shí)間<20微秒。
介電測(cè)試可以驗(yàn)證絕緣的性能余量，確保絕緣不會(huì)因老化，潮濕，振動(dòng)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(cè)試的電壓水平。較高的介電測(cè)試電壓用于環(huán)境條件較嚴(yán)重的設(shè)備。當(dāng)終產(chǎn)品是新產(chǎn)品時(shí)，通過這種更嚴(yán)格的介電強(qiáng)度測(cè)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(hù)。
測(cè)試方法。在介電測(cè)試中，在兩個(gè)應(yīng)該彼此電絕緣的導(dǎo)體之間施加高電壓（通常≥1000V）。如果兩個(gè)導(dǎo)??體（例如，絕緣帶電導(dǎo)線和金屬外殼）彼此*隔離，則在兩個(gè)導(dǎo)體之間施加大的電壓差將不允許電流在導(dǎo)體之間流動(dòng)。在這種情況下，據(jù)說絕緣體能承受在兩個(gè)導(dǎo)體之間施加大電壓電位，因此稱為介電耐受試驗(yàn)。
通常，兩個(gè)介電測(cè)試結(jié)果表明絕緣失效。種是由于分隔兩個(gè)導(dǎo)體的絕緣材料的低絕緣電阻而在測(cè)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(cè)試電壓。如果測(cè)試電壓太低，絕緣材料在測(cè)試期間將不會(huì)受到足夠的應(yīng)力，從而使絕緣不足以通過測(cè)試。另一方面，如果測(cè)試電壓太高，則測(cè)試可能對(duì)絕緣材料造成永9性損壞，否則該材料足以應(yīng)用。用于測(cè)試電壓為120-240 V ac的電源線的一般經(jīng)驗(yàn)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(cè)試120 V布線。
測(cè)試持續(xù)時(shí)間 為了充分地對(duì)絕緣施加應(yīng)力，通常施加測(cè)試電壓1分鐘。但是，許多標(biāo)準(zhǔn)允許將生產(chǎn)線測(cè)試的測(cè)試持續(xù)時(shí)間減少到1秒，以適應(yīng)大容量。對(duì)于持續(xù)時(shí)間較短的測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)通常要求將測(cè)試電壓提高20％，以確保1秒足以充分測(cè)試絕緣。
Ac與Dc
測(cè)試波形。美國(guó)的標(biāo)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(xué)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(shí)相同的熱輸出。
120 Hz時(shí)120 V ac的瞬時(shí)電壓隨時(shí)間變化。在一個(gè)周期中，每秒重復(fù)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(fù)峰值，然后增加再次到0 V（見圖1）。在一個(gè)周期內(nèi)取電壓的簡(jiǎn)單平均值得到0 V的值。計(jì)算均方根值導(dǎo)致120 V的測(cè)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(gè)交流波形，其均方根電壓約為1000 V.注意，波形的正峰值和負(fù)峰值分別超過+1400 V和-1400 V.
圖1. 60 Hz時(shí)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(cè)試電壓。電介質(zhì)測(cè)試的目的是在短時(shí)間內(nèi)對(duì)絕緣層施加壓力并檢查它是否會(huì)失效。使用60 Hz交流電壓進(jìn)行測(cè)試只是為了方便起見 - 帶有高壓次級(jí)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(cè)試所需的高壓。60 Hz交流測(cè)試電壓無法比直流測(cè)試電壓更好地模擬真實(shí)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(shí)電壓尖峰，其典型持續(xù)時(shí)間以微秒（百萬(wàn)分之一秒）或毫秒（千分之一秒）為單位測(cè)量。
關(guān)于使用交流電壓與直流電壓進(jìn)行測(cè)試的任何決定都必須考慮測(cè)試的目的，即強(qiáng)調(diào)被測(cè)絕緣。電壓越高，對(duì)絕緣體施加的應(yīng)力越大。當(dāng)使用交流測(cè)試電壓時(shí)，在測(cè)試電壓處于正峰值或負(fù)峰值時(shí)，大量的應(yīng)力施加到絕緣體上。在正弦交流波形的其他點(diǎn)處，電應(yīng)力較低。
交流測(cè)試電壓為1000 V rms，電壓峰值為1414 V.因此，如果使用直流測(cè)試電壓，測(cè)試電壓必須增加到1414 V dc，以產(chǎn)生與1000 V相同的絕緣應(yīng)力水平。公司。直流測(cè)試電壓如圖3所示。注意圖2和圖3中的峰值測(cè)試電壓是相同的。
圖3. 1414 V直流測(cè)試電壓。
DC與AC測(cè)試電壓的差異得到國(guó)家測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)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(huì)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)以及組織等。作為電工委員會(huì)。
介電擊穿評(píng)估。因?yàn)榻^緣體上的電應(yīng)力在交流波形的峰值處高，所以在交流測(cè)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(qǐng)注意，當(dāng)電壓增加到峰值時(shí)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(kuò)展50,000次 - 示波器的時(shí)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(shí)間是10納秒，比60Hz交流測(cè)試電壓波形的周期快大約一百萬(wàn)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(shí)間很長(zhǎng)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(shí)間長(zhǎng)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(jìn)行測(cè)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(diǎn)和缺點(diǎn)。從歷*看，直流測(cè)試電壓更難以產(chǎn)生，因此需要更昂貴，更復(fù)雜的測(cè)試設(shè)備。使用直流測(cè)試電壓所帶來的性能和安全優(yōu)勢(shì)抵消了這一缺點(diǎn)。為了解釋這些優(yōu)點(diǎn)，需要一些額外的背景信息。
只要在由絕緣體隔開的兩個(gè)導(dǎo)體之間施加電壓差，就會(huì)產(chǎn)生電荷。產(chǎn)生的電荷量與施加的電壓和兩個(gè)導(dǎo)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(gè)量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可表示為Q = C x V.
在實(shí)際應(yīng)用中，由于分立電容器可能存在電容，但是當(dāng)具有電壓差的兩個(gè)導(dǎo)體靠近在一起時(shí)，也會(huì)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(dòng)機(jī)，變壓器，多導(dǎo)體電線和在金屬附近布線的單導(dǎo)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(fù)方向上擺動(dòng)，那么充電將做同樣的事情。
第二個(gè)基本概念是每當(dāng)電壓變化時(shí)電流將流過電容器。這是因?yàn)殡S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(shí)間內(nèi)電荷變化的指標(biāo)。電流通常用I表示，其以安培或安培為單位。電荷量Q以庫(kù)侖為單位測(cè)量。一安培電流定義為每秒1庫(kù)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(dòng)。因此，變化的電壓導(dǎo)致電流在兩個(gè)導(dǎo)體之間流動(dòng)。由于兩個(gè)導(dǎo)體之間的電容，即使它們?cè)谖锢砩媳舜私^緣，該電流也可以在它們之間流動(dòng)。導(dǎo)體之間的電容越大，電流將越大。
當(dāng)使用交流測(cè)試電壓進(jìn)行介電測(cè)試時(shí)，電流將在被測(cè)試的兩個(gè)點(diǎn)之間流動(dòng)（由于兩個(gè)導(dǎo)體之間的電容）。該電流并不代表具有低絕緣電阻的測(cè)試結(jié)果不合格。因此，交流電介質(zhì)測(cè)試儀必須補(bǔ)償這種允許的電流。實(shí)現(xiàn)此目的的常用方法是允許測(cè)試儀檢測(cè)大量電流（通常≥20mA），而不會(huì)指示過電流故障。如果使用相同的介電測(cè)試儀測(cè)試多個(gè)產(chǎn)品，則可能需要將該限流設(shè)定點(diǎn)調(diào)整得更高，以適應(yīng)被測(cè)導(dǎo)體之間具有大電容的設(shè)備。換句話說，介電測(cè)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(gè)非常危險(xiǎn)的問題。
脫敏交流電介質(zhì)測(cè)試儀無法區(qū)分5和15 mA之間的差異?？紤]如果被測(cè)電路在導(dǎo)體之間有電容導(dǎo)致5 mA在測(cè)試期間在正常條件下流動(dòng)會(huì)發(fā)生什么。受測(cè)試的器件（DUT）具有錯(cuò)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(cè)試器視為可接受的測(cè)試結(jié)果。
脫敏交流電介質(zhì)測(cè)試儀可以向人體提供致命量的電流，并且仍然不會(huì)因過電流而關(guān)閉。例如，如果DUT下沉5 mA，并且測(cè)試操作員接觸到測(cè)試電壓，使得10 mA流過操作員，則測(cè)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(shè)定點(diǎn)，因此測(cè)試儀不會(huì)關(guān)閉，從而導(dǎo)致操作員嚴(yán)重受傷或死亡。
當(dāng)使用直流測(cè)試電壓進(jìn)行介電測(cè)試時(shí)，電流僅在電壓從0 V上升到終測(cè)試電壓時(shí)流動(dòng)。在這種情況下，電流非常小，因?yàn)殡妷和ǔ?huì)在1-2秒的時(shí)間內(nèi)上升，而交流測(cè)試電壓則從正峰值變?yōu)樨?fù)峰值，然后再返回每秒60次（請(qǐng)記住，電流與電壓隨時(shí)間的變化成正比。實(shí)際上，在2秒的時(shí)間內(nèi)上升的直流測(cè)試電壓僅導(dǎo)致交流測(cè)試電壓的1/120（<1％）電流。一旦直流電壓達(dá)到終測(cè)試水平，電流就會(huì)*停止。在大多數(shù)情況下，直流電介質(zhì)測(cè)試期間流過的電流量可以忽略不計(jì)，
與交流電介質(zhì)測(cè)試相比，直流測(cè)試具有許多優(yōu)點(diǎn)。大允許測(cè)試電流可以設(shè)置為更低的水平（典型值為1 mA）。當(dāng)測(cè)試期間流過超過1 mA的電流時(shí)，直流測(cè)試儀會(huì)關(guān)閉。這種高度靈敏的測(cè)試允許操作員識(shí)別交流測(cè)試儀可能忽略的邊緣結(jié)構(gòu)。
較低的測(cè)試電流水平對(duì)操作員來說更加安全。在1 mA時(shí)，電流足以使操作員受到?jīng)_擊，但當(dāng)電流超過1 mA時(shí)，測(cè)試電流將自動(dòng)關(guān)閉。
結(jié)論
是否使用交流或直流電介質(zhì)測(cè)試的問題與被測(cè)絕緣通常需要120 V ac的事實(shí)無關(guān)。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?。如果交流和直流介電耐壓測(cè)試的峰值電壓相同，則兩種類型的測(cè)試都可以驗(yàn)證導(dǎo)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(yàn)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(cè)試相比，直流測(cè)試具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于總絕緣失效，Dc和交流測(cè)試提供了相同水平的擊穿檢測(cè)。然而，直流泄漏電流檢測(cè)的高精度允許檢測(cè)邊緣絕緣系統(tǒng)。Dc介電測(cè)試對(duì)于確保操作員安全性非常有利。忽視將直流測(cè)試視為交流測(cè)試的替代方案可能會(huì)危及測(cè)試操作員（測(cè)試期間存在電擊危險(xiǎn)）和消費(fèi)者（邊緣絕緣）。
