耐壓測試儀

耐壓測試儀，又叫電氣絕緣強度試驗儀，或叫介質強度測試儀，也有稱介質擊穿裝置、絕緣強度測試儀、高壓實驗儀、高壓擊穿裝置、耐壓試驗儀等。將一規定交流或直流高壓施加在電器帶電部分和非帶電部分（一般為外殼）之間以檢查電器的絕緣材料所能承受耐壓能力的試驗。電器在長期工作中，不僅要承受額定工作電壓的作用，還要承受操作過程中引起短時間的高於額定工作電壓的過電壓作用（過電壓值可能會高於額定工作電壓值的好幾倍）。在這些電壓的作用下，電氣絕緣材料的內部結構將發生變化。當過電壓強度達到某一定值時，就會使材料的絕緣擊穿，電器將不能正常運行，操作者就可能觸電，危及人身安全。電氣安全主要測試指標包括交/直流耐壓、絕緣電阻、泄漏電流、接地電阻等。交/直流耐壓試驗用於檢驗產品在實際工作狀態下的電氣安全性能，是檢驗設備電氣安全性能的重要指標之一。目前市場上所見的耐壓測試儀採用GB4706（等同IEC1010）標準，使用較多的是台式結構的單項測試指標測試儀器，不能滿足用户需要多指標綜合測試的需求；而且目前市場上的耐壓測試儀多采用的是傳統的測試方法，測試精度不高，採用的技術和主要性能指標與國外先進水平有一定的差距，不能完全滿足目前發展的電氣安全性能測試工作的需要。因此研究符合最新國際標準的採用先進技術和具有更好性能指標的耐壓測試系統具有重要意義。

耐壓測試儀主要用於聚乙烯絕緣的電力電纜的耐壓測試，也可用於大型電力變壓器的絕緣耐壓測試。耐壓測試儀採用超低頻高壓測試電力電纜的耐壓是一種新的方法。

耐壓測試是指對各種電器裝置、絕緣材料和絕緣結構的耐受電壓能力進行的測試。在不破壞絕緣材料性能的情況下，對絕緣材料或絕緣結構施加高電壓的過程稱為耐壓試驗。一般來講，耐壓測試主要目的是檢查絕緣耐受工作電壓或過電壓的能力，進而檢驗產品設備的絕緣性能是否符合安全標準。

耐壓測試的基本原理：把一個高於正常工作的電壓加在被測設備的絕緣體上，並持續一段規定的時間，如果其間的絕緣性足夠好，加在上面的電壓就只會產生很小的漏電流。如果一個被測設備絕緣體在規定的時間內，其漏電電流保持在規定的範圍內，就可以確定這個被測設備可以在正常的運行條件下安全運行。進行耐壓測試時，技術規格不同被測試品，測量標準也就不同。對一般被測設備，耐壓測試是測量火線與機殼之間的漏電流值，基本規定是：以兩倍於被測物的工作電壓再加1000V作為測試的標準電壓。部分產品的測試電壓可能高於這一規定值。按照IEC61010的規定，測試電壓必須在5s內逐漸地上升到所要求的試驗電壓值（例如5kV等），保證試驗電壓值穩定加在被測絕緣體上不少於5s，此時所測迴路的漏電流值與標準規定的泄漏電流閾值相比較，就可以判斷被測產品的絕緣性能是否符合標準。測試結束後，試驗電壓必須在規定的時間內逐漸地降至零。

調壓變壓器、升壓變壓器及升壓部分電源接通及切斷開關組成。

220V電壓通過接通，切斷開關加到調壓變壓器上調壓變壓器輸出連接升壓變壓器。用户只需調節調壓器就可以控制升壓變壓器的輸出電壓。

電流取樣，時間電路、報警電路組成。控制部分當收到啓動信號，儀器立即在接通升壓部分電源。當收到被測迴路電流超過設定值及發出聲光報警立即切斷升壓迴路電源。當收到復位或者時間到信號後切斷升壓迴路電源。

顯示器顯示升壓變壓器輸出電壓值。顯示由電流取樣部分的電流值，及時間電路的時間值一般為倒計時。

以上是傳統的耐電壓試驗儀的結構組成。隨着電子技術及單片，計算機技術飛速發展；程控耐壓測試儀這幾年也發展很快，程控耐壓儀與傳統的耐壓儀不同之處主要是升壓部分。程控耐壓儀高壓升壓不是通過市電由調壓器來調節，而是通過單片計算機控制產生一個50Hz或60Hz的正弦波信號再通過功率放大電路進行放大升壓，輸出電壓值也由單片計算機進行控制，其它部分原理與傳統耐壓儀差別不大。

（1）電源開關；（2）電源插座；（3）高壓艙；（4）安全開關；（5）安全接地；（6）3A保險；（7）顯示屏；（8）設置盤；（9）指示燈；（10）鍵盤；（11）打印機；

測試系統有三大模塊：程控電源模塊、信號採集調理模塊和計算機控制系統。

由輸出位0V~140V的程控電源和高壓變壓器構成，在單片機ADCm842控制下程控電源輸出電壓經變壓器升壓可以得到設定的輸出電壓值。

由於在實際的耐壓測試中，對不同產品可能要求施加不同的測試電壓，這就要求耐壓測試系統輸出測試電壓是可調的。PWM(Pulse Width Modulation)是控制逆變電源以實現可調電壓的輸出的主要方法之一。PWM控制的理論基礎建立在採樣控制理論的一個重要結論上，即：衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。SPWM波形就是把正弦波用等幅不等寬的脈衝代替，脈衝中點與正弦等分中點重合，且與相對應的正弦面積相等，各脈衝的寬度按正弦規律變化。SPWM波的產生有很多方法，可以由專用集成芯片或通用電路組合產生，也可以由單片機產生。本系統採用單片機ATMEGA16L產生SPWM波，利用單片機ATMEGA16L的內部的累加器和比較器通調節佔空比在PC4口輸出SPWM波。

程控電壓源採用單向220V工頻交流電經過橋式整流獲得直流電壓，經過濾波後為逆變電路提供穩定的直流電。同時由單片機產生的單相SPWM波經過非門產生一路和單片機輸出相位互補的SPWM波，這兩路互補的SPWM波分別經過單穩電路和隔離驅動電路後就可以產生兩路相位互補的門級觸發脈衝序列可以控制的通斷。最終由IGBT構成的逆變橋輸出經低通濾波可得到標準正弦波，正弦電壓幅值0V~140V可調。

包括傳感器、信號調理電路和過電流保護電路，測試迴路漏電流通過傳感器進入信號採集和調理電路，在信號採集和調理電路中對漏電流信號進行I/V轉換變成滿足A/D輸入範圍的電壓信號。過流保護電路在試品或電路故障時啓動。

耐壓測試需要監測的參數是：變壓器輸出高電壓的值和測試迴路的漏電流值（如圖2）。測試系統中所使用的升壓變壓器二次繞組有0~5000V和0~5V兩路電壓輸出，當變壓器二次繞組高壓輸出從0V到5000V變化時，變壓器二次繞組低壓輸出從0V到5V之間變化，兩路輸出之間具有良好的線性關係。測試開始在設定的升壓時間間隔內，變壓器二次繞組低壓側輸出的電壓經隔離變壓器和信號調理電路後進入單片機ADCm842，單片機ADCm842中的12位ADC以每秒42萬次轉換速度進行高速A/D轉換，A/D轉換後的數字量傳送給計算機並與計算機設定值相比較，直到輸出電壓符合設定電壓值，我們就認為實際輸出測試電壓滿足了我們設定值的要求。

耐壓測試系統漏電流的測試範圍是0mA ~20mA，測試開始時，被測設備漏電流通過電流互感器，然後經I/V轉換電路將採樣電流轉換成電壓在單片機內進行相應的A/D轉換和計算，最終得到被測設備在設定電壓條件下的泄漏電流值，通過和安全標準規定的泄漏電流值相比較，就可以檢驗設備耐壓測試是否合格。實際測試時，在電流互感器二次側設計了過流保護電路，當有過流情況出現時，例如被測設備被擊穿或者被測設備絕緣缺陷，電源迅速被切斷，測試被終止以保護測試系統不被損壞。

常規的信號調理部分採用真有效值的模擬運算，泄漏電流信號的有效值和峯值運算都是由硬件電路完成後輸入單片機或計算機的。這種信號調理方式最終只能獲得泄漏電流信號的峯值或有效值。這種方法不僅精度不高而且損失了頻率信息，不能真實的復現泄漏電流的實際波形。本系統採用了高速的A/D轉換將交流電壓值直接採集進計算機，按照用户要求計算出峯值和有效值，並且畫出實時的漏電流波形使用户能直觀的監測漏電流情況。計算機還可以進行軟件校正，去除漂移、失調造成的誤差。按照實際情況還可以採用數字濾波的方式去除高頻干擾，這種信號調理方式簡化了硬件電路，成本較低，測試精度高，測試穩定性好。由於耐壓測試的試驗電壓較高，為了保證試驗的安全性，在測試過程中要保證測試系統機箱外殼良好的接地。

單片機ADCm842和計算機構成PC計算機控制系統,控制測試過程電壓升降、A/D轉換、數據的處理和分析。

耐壓測試以高性能單片機ADCm842為核心組成計算機控制系統。ADCm842內部集成了12位A/D和D/A轉換器，具有DMA控制器可完成A/D轉換到RAM的高速轉換。ADCm842具有優越的8052內核，峯值效率每秒可執行20兆指令。ADCm842內部有多大62KB的片內程序閃存；4KB的片內數據閃存，可擦寫10萬次的2.3KB的片內數據RAM。測試系統的單片機採用C51編程對測試進行控制和數據的處理，PC計算機主要提供人機交互的界面。這種測試系統應用起來靈活方便。

測試控制系統包括對電壓源的控制、數據的採集、A/D轉換、數據分析、數據輸出和顯示、數據存儲等，同時耐壓測試系統軟件可實現測試前自檢，自動消除可能的誤差因素和對故障報警等功能。通過軟件實現對測試電壓的準確控制。當測試電壓達到測試要求值時，啓動測試。軟件按照IEC61010中的測試標準對電壓進行控制。計算機採用VC++編程，測試界面直觀操作方便。用户可以按照實際測試設置不同的測試時間和泄漏電流閾值，可以監視測試進度並顯示測試結果，如果在測試過程中發生被測樣品擊穿現象或其它可能的過流現象，測試儀的輸出電壓能迅速降為零，併發出報警信號。

實際測試選用0.5級的ZX117A型可調高壓電阻箱作為標準被測件，通過單片機控制輸出電壓升到設定值，用南京長勝的CS1940型數字高壓表監視電壓輸出，輸出電壓的誤差不超過±1.5%。使用美國安捷倫的六位半數字萬用表A-34401A測量系統漏電流，以漏電流的計算值為標準評價本系統的測試精度，按照最新國際標準IEC61010，以不同高電壓施加在相同電阻上分別進行漏電流測試，測試結果表明，測量數據的重複性較好，漏電流的測試誤差為±（1.5%±0.05mA）。

絕緣耐壓測試儀測量範圍 耐壓AC0～5kV/100mA 絕緣DC250V 　500V 　1000V 　1～9999MΩ 性能特點性能提升的絕緣耐壓測試儀 測試電壓、時間、漏電流、絕緣電阻全數顯，準確美觀 測量絕緣電阻值高達1010Ω 智能、單片機控制、測試絕緣電阻、電壓、漏電流、時間可任意調節，範圍廣、準確度高 既可測試產品的電阻、電壓也可對合格、不合格品進行篩選、聲光報警 技術參數 輸出電壓AC 0～5kV 　 ±3%，任意調節擊穿電流AC 0～100mA ±5%，任意設定定　時1～99s， 　±3%，手控絕緣電阻測試電壓DC 250V/500V/1000V， 測量範圍1～9999MΩ，±3%～±5%，任意設定變壓器容量750VA 主要功能I/W、W/I自動轉換，手動/自動，單片微處理器控制測試，合格/不合格聲光報警，擊穿保護等功能。

1、將0.7MΩ標準電阻的一端連接耐壓儀的地線.

2、接通電源，將儀器、報警漏電流設定在5mA.

3、開啓儀器，用測試棒擊標準電阻另一端，調整電壓在3410V至3590V內儀器發出報警，則判定該儀器處於正常工作狀態，若不在3410V至3590V範圍內儀器報警的，則儀器工作不正常.

4、當在運行檢查時發現設備功能失效，運行檢查結果不能滿足規定要求時，操作人員需將上一次運行檢查合格以來檢測過的產品重新進行檢測，並將儀器送去維修.。

操作者坐椅和腳下必須墊好橡膠絕緣墊，只有在測試燈熄滅狀態下，無高壓輸出方可進行被測機型連接或拆卸操作.

1、測試前對儀器進行校準，方法：漏電電流5mA狀態下，用700KΩ陶瓷電阻跨接於地線夾同高壓測試棒探頭之間至儀器報警為準。

2、連接被測機型是在確定電壓表指定為“0”，測試燈滅狀態下將儀器地線夾夾緊被測機散熱架，並按下被測機型的電源開關.

3、設定儀器測試條件：A、電壓：3500V；B、漏電流：5mA；C、測試時間定時為：流水線生產時4秒.

4、將測試棒探頭緊貼電源線頭的任一交流輸入金屬插片.

5、按下啓動鍵觀察測試結果，在設定時間內，超漏燈不亮，測被測機型為合格.

6、如果被測機型超過設定漏電流值，則儀器自動切斷輸出電壓，同時鋒鳴器報警，超漏燈亮，則被測機型為不合格，按下復位鍵即可清除報警聲，再測試時應重新按啓動鍵.

1、操作者腳下墊絕緣橡皮墊，戴絕緣手套，以防高壓電擊造成生命危險；

2、儀器必須可靠接地；

3、在連接被測體時，必須保證高壓輸出“0”及在“復位”狀態；

4、測試時，儀器接地端與被測體要可靠相接，嚴禁開路；

5、切勿將輸出地線與交流電源線短路，以免外殼帶有高壓，造成危險；

6、儘可能避免高壓輸出端與地線短路，以防發生意外；

7、測試燈、超漏燈、一旦損壞，必須立即更換，以防造成誤判；

8、排除故障時，必須切斷電源；

9、儀器空載調整高壓時，漏電流指示表頭有起始電流，均屬正常，不影響測試精度.；

10、儀器避免陽光正面直射，不要在高温潮濕多塵的環境中使用或存放.。

應由固定崗位人員操作、非本崗位人員嚴禁操作。.

注意儀器保養，操作人員離開崗位必須斷開儀器電源.。

選用耐壓儀最重要的是2個指標，最大輸出電壓值及最大報警電流值一定要大於你所需要的電壓值和報警電流值。一般被試產品標準中規定了施加高壓值及報警判定電流值。如果施加的電壓越高，報警判定電流越大，那麼需要耐壓儀升壓變壓器功率就越大，一般耐壓儀升壓變壓器功率有0.2kVA、0.5kVA、1kVA、2kVA、3kVA等。最高電壓可以到幾萬伏。最大報警電流500mA-1000mA等。所以在選擇耐壓儀時一定要注意這2個指標。功率選太大就會造成浪費，選的太小耐壓試驗不能正確判斷合格與否。根據IEC414或（GB6738-86）中規定選擇耐壓儀的功率方法，我們認為是比較科學的。“首先將耐壓儀的輸出電壓調到規定值的50%，然後接上被試品，當觀測到的電壓降小於該電壓值的10%時，則認為耐壓儀的功率是足夠的。”也就是如果某一產品的耐壓試驗的電壓值為3000伏，先把耐壓儀的輸出電壓調到1500伏後接上被試品，如果此時耐壓儀輸出電壓下降的值不大於150伏，那麼耐壓儀的功率是足夠的。被試品的帶電部分與外殼之間存在分佈電容。電容存在一個CX容抗，當一個交流電壓施加在這CX電容兩端就會引成一個電流。

這個電流的大小與CX電容的容量成正比與施加的電壓值成正比，當這個電流大到或超過耐壓儀最大輸出電流時，這台耐壓儀就不能正確判別試驗合格與否。

測試電壓顯示—指針或數顯

泄漏電流顯示—指針或數顯

測試時間顯示—一般為0-99S

升壓形式—自動或手動

擊穿報警電流可設定應為全量程

報警形式聲光

誤差一般在±3%以內

[ 2009-8-17 ] 轉載請註明來源：就是要儀器網

摘 要：文章簡單介紹了變壓器感應絕緣耐壓測試儀的組成原理及特點，並對其應用範圍和應用方法作了詳細的説明，最後結合5W小型變壓器的測試實例介紹功率判定變壓器匝間短路的方法。

相對於變壓器的主絕緣即繞組與繞組之間以及繞組與鐵芯之間的絕緣而言，變壓器還有另外一項重要的絕緣性能指標――縱絕緣。縱絕緣是指變壓器繞組具有不同電位的不同點和不同部位之間的絕緣，主要包括繞組匝間、層間和段間的絕緣性能，而國家標準和國際電工委員會（IEC）標準中規定的“感應耐壓試驗”則是專門用於檢驗變壓器縱絕緣性能的測試方法之一。

變壓器的縱絕緣主要依賴於繞組內的絕緣介質——漆包線本身的絕緣漆、變壓器油、絕緣紙、浸漬漆和絕緣膠等等（不同種類的變壓器可能包含其中一種或多種絕緣介質）；縱絕緣電介質很難保證100%的純淨度，難免混含固體雜質、氣泡或水份等，生產過程中也會受到不同程度的損傷；變壓器工作時的最高場強集中在這些缺陷處，長期負載運作的温升又降低絕緣介質的擊穿電壓，造成局部放電，電介質通過外施交變電場吸收的功率即介質損耗會顯著增加，導致電介質發熱嚴重，介質電導增大，該部位的大電流也會產生熱量，就會使電介質的温度繼續升高，而温度的升高反過來又使電介質的電導增加。如此長期惡性循環下去，最後導致電介質的熱擊穿和整個變壓器的毀壞。這一故障表現在變壓器的特性上就是空載電流和空載功耗顯著增加，並且繞組有灼熱、飛弧、振動和嘯叫等不良現象。可見利用感應耐壓試驗檢測出變壓器是否含有縱絕緣缺陷是極其必要的。

變壓器剛出產時，沒有經過惡劣環境長時間的考驗，外施其額定電壓和頻率的電源作試驗，繞組匝間、層間和段間的電壓不足以達到電介質缺陷處的擊穿電壓難以造成這些絕緣缺陷處的放電和擊穿，這種存在絕緣故障隱患的變壓器與絕緣性能良好的同類變壓器的空載電流和空載功耗沒有太大的差別，故而難以發現這些隱患；

而感應耐壓試驗給變壓器施加2倍額定電壓以上的電壓，可在縱絕緣缺陷處建立更高更集中的場強，繞組匝間、層間和段間的電壓達到並超過電介質缺陷處的擊穿電壓；感應耐壓試驗給變壓器施加頻率在2倍的額定頻率以上，較高的頻率又可以大大降低固體電介質的擊穿電壓，使得絕緣缺陷更容易被擊穿；感應耐壓試驗所規定的外施電壓的作用時間亦可保證絕緣缺陷的擊穿；故感應耐壓試驗可以可靠地檢測出變壓器縱絕緣性能的好壞。

感應耐壓試驗給變壓器施加電源的頻率之所以在2倍的額定頻率以上，是因為：變壓器的激磁電流i――主磁通振幅Фm的特性曲線一般設計在額定頻率和額定電壓下接近彎曲飽和部分（如圖1所示），又因在電源頻率不變的情況下，主磁通Фm決定於外施電壓U:

U= E=4.44WfФm Фm

U ――外施電源電壓，V △Фm

E ――加電繞組的感應電動勢，V

f ――外施電源頻率，Hz

W――加電繞組的匝數，n

所以給變壓器加2倍額定電壓以上的電壓 △i i

必然會導致鐵芯嚴重飽和，主磁通Фm增大△Фm，圖1

由圖1可知激磁電流i會急劇增加，致使變壓器發 熱燒燬；為使變壓器在加2倍壓以上鐵芯仍不飽和，則需要提高電源的頻率至2倍頻以上。

感應耐壓試驗給變壓器原邊加2倍壓以上，2倍頻以上的電源，變壓器的主磁通會使原邊和副邊同時感應出感應電動勢E1和E2，且分別是其額定工作狀態下的2倍以上，所以感應耐壓試驗可以同時對主、副繞組進行縱絕緣性能的測試。當然，我們也完全可以根據需要從變壓器的副邊進行測試，不過所施加的電壓應當是變壓器額定工作狀態下空載電壓的2倍以上，頻率同樣是額定頻率的2倍以上。

艾諾變壓器專用感應耐壓測試儀系統組成原理

艾諾公司推出的變壓器專用感應耐壓測試儀是以intel公司80c196kc單片機芯片作為系統的控制和運算核心，由測量電路、控制切換電路、功率模塊及用户界面電路共同組成，其關鍵技術為變頻調壓和精密測量。

高精度電流、 功率測量

針對市場與技術調研結果，用户對於感應耐壓測試中，小電流、小功率測試有很大的應用領域，提高了電流和功率測量顯示的分辨率，電流低檔0.50-30.00mA分辨率0.01mA/高檔30.0-300.0mA分辨率0.1mA，電流高低檔精度均為±(0.4%讀數值+0.1%量程值)，功率低檔0.50W-20.00W分辨率0.01W\高檔20W~300W分辨率0.1W，功率高低檔誤差均為±(0.8%讀數值+0.2%量程值)。電流、功率可保證精度的量程由0.50mA-300.0mA，0.50W-300W可滿足用户對測量精度的要求。

高精度有功功率測量

具有高精度有功功率測量，可更有效的協助用於某些微型電子變壓器的匝間短路判定。

在微型電子變壓器中，由於匝數多（數千匝以上），線徑細（漆包導線直徑0.1mm以下），在短路數匝到數十匝的情況下，與正常的變壓器相比，倍頻倍壓下的測試電流變化沒有有功功率變化明顯（短路10匝一般變化在50%左右），實驗結果表明，有匝間短路的情況下，變壓器的功率因數增大，有功功率增大，因此可作為微型電子變壓器匝間短路判定的依據，更準確地對變壓器的性能進行判斷。下面5W小型變壓器初級短路的測試報告數據可表明這個問題。

因此，電流、功率、功率因數指標都可做為變壓器匝間短路的判定依據，其中功率測量方法，可以作為最好的判定依據。而且測試儀由於採用感應耐壓測試方式，進行無損檢測，不對被測試負載造成破壞，在保證更優測試質量的前提下，可以更大的提高生產效率，降低原材料損耗。

所以變壓器感應耐壓測試儀可以在保證無損檢測的基礎上更好更有效的檢驗出變壓器的縱絕緣性能的好壞，更適用於變壓器流水線、實驗室檢測。

詳細內容請參看以下內容：

1、從理論分析：

變壓器空載電流公式

注:Ⅰco為鐵損電流,與匝數無關,Ⅰφo為磁化電流,與變壓器初級匝數成反比,如果變壓器有短路匝,造成空載電流Ⅰo變大.

變壓器空載損耗公式

注: Pco鐵損損耗, r1 (20℃)為初級銅阻

從上述公式看,空載損耗與空載電流的平方成正比關係,這樣與變壓器初級匝數的平方成反比關係.因此,變壓器有短路匝數時,空載損耗變化量要比空載電流變化量大得多。

5W小型變壓器測試實例

由上述測試報告計算出短路時電流I和功率P相對於正常時即空載時電流I和功率P的變化率，即ΔI=I短路/I空載，ΔP=P短路/P空載，由此得出在各短路匝數和各電壓頻率下電流和功率相對於正常空載時的變化率，如圖2所示，由圖中曲線可以看出功率變化率均大於電流的變化率，而且隨着短路匝數的增加功率的變化率大於電流的變化率的趨勢更加明顯，實驗數據與理論公式相符。