击穿实验与耐压试验 ( 2 )

各部分的功能
调压设备
高压试验变压器
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。
保护电阻
可以测量击穿 电压 击穿指示器 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。 电压测量仪器
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。
实 际 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。
Cc
含气隙的元件或介质材料的放电
d，整个介质的厚度 a，除了b之外其它部 分的介质
Uc，气隙上承受的 电压
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。
电阻 R
输入阻抗Z 电感 L LC
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。
记 录 高 频 电 流 的 线 路
记 录 高 频 电 压 的 线 路 电容Cx较小时
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，可以获得很高的灵敏度
差频法
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。 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
用电流激增法来推断击穿电压
2.用交流第二电流激增点来预测击穿电压值 适用于交流电压作用下预测击穿电压的方法。 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）。 Uanp= α2Ui2 其中，α2是与产品类型、结构有关，可通过实 验测定。
用电流激增法来推断击穿电压
一、用电流激增法来推断击穿电压
在高场强下，介质材料的电流与施电流增 长得更快，当电流增长到某一临界值时就发 发生击穿。 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
差频法
检测指示器的 分辨能力要强， 以提高线路的 灵敏度。
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。
§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
用非破坏性试验推断抗电强度的意义与现状
R1 R2 U U2 R2
用毫安表与高电阻串联的 测量系统来实现
U I R
直流击穿试验装置
R1为充电限流电阻， 根据允许最大的充电 电流来决定 对一般的电子原件， 直流耐压试验的电压 不高 采 用 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。 Cx为待测电容器
脉冲回路 负载回路 高压整流装置
高压变压器
测试装置原理图
测试装置等效电路图
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
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。 S5，作为测量球隙使用。 Ra，充电电阻。
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。
采用自耦变压器，其容量与 试验变压器的容量相同。
高压试验变压器 调压设备 保护电阻 电压测量仪器 击穿指示器
控制线路
直流击穿试验装置
高压整流 滤波
直流击穿 试验装置
工频电压下的击 穿试验装置
直流高压的测量方法（两种）
用静电电压表直接测量， 或用电阻分压器进行间接 测量
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
要求 待测样品击穿后，电 源能自动切断
直流 击穿试验装置
包括
脉冲 击穿试验装置 操作安全
工频电压下的击穿试验装置
调压设备
高压试验变压器 高压击穿装置
保护电阻
电压测量仪器 击穿指示器 高压屏蔽保护装置
控制线路
继电器（relay）
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。 “自动开关”。 在电路中起着自动调节、安 全保护、转换电路等作用。
直流稳压电源
R2为放电限流电阻
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
脉冲击穿试验装置
目标 测定短时冲击高电压 作用下试样的耐电性 能。 脉冲波形的要求 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。 采 用 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及与它并联的待测样品 Cx而放电。
用电流激增法来推断击穿电压 用交流第二电流激增点来预测击穿电压值
意义与现状

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。
能否用非破坏性试验来推断样品的抗电强度呢？


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
控制线路 由继电器、接触器、 指示灯和开关组成。
放电球隙

放电球隙测压器，是 一对直径相同的球型电 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。
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。
电子材料与元器件的耐压和击穿试验
本章目录
1.耐压与击穿试验的概念
2.影响耐压及击穿场强的因素 3.电极、试样和媒质的选择 4.耐压和击穿试验的设备和装置 5.局部放电的观测 6.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
根据所需电压 形式的不同而 采用不同的装置 工频电压下的 击穿试验装置 原则 击穿设备 和装置
1.用绝缘电阻的变化来预测击穿电压值 适用于直流电压作用下预测击穿电压的方法。 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。） 关系式： UDnp= α1Ui 其中，α1是与产品类型有关，可通过实验测定。
在图4-9中，放电开始后，随着电压升 高，放电强度增强，tgδ增加；把 tgδ=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。
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
现象 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。 记录高频电流的线路 方法 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。 记录高频电压的线路 平衡检测法
用局部参数放电的某些参数的变化来 推断击穿到来
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。 常见的参数：放电量随电压剧增，放电量随 时间显著增加，放电次数随放电间隔时间的 明显变化等。 这些推断尚处于研究阶段，还有待进一步发 展，以期找出普遍适用的规律性准则。
Cc，气泡的电容
δ，气隙的厚度
Ca，其余部分介质 的电容
Cb，与气泡串联部分 介质的电容
b，与气隙串联部分 的介质
式（4-6）的推导
Ub，与气隙串联的介 质承受的电压
含气隙的元件或介质材料的放电
局部放电的检测方法
从介质物理可知，气泡在一个周期 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。 介质损耗法 电气检测法 脉冲电流法 差频法
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。
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 。
§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。 局部放电 危 害
本章基本要求
基本要求：
（1）了解击穿的分类、影响击穿电压的环境
条件和击穿实验装置的工作原理； （2）掌握影响击穿电压的电学因素、击穿试 验中的升压方式。
发光法 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。 非电检测法 噪声法 化学法 灵敏度低， 很少采用
介质损耗法
现象
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。
方法
通过测出这种附加损耗而指示 出局部放电。
实际