电压击穿仪-耐电压击穿仪-工频电压击穿仪

一、产品概述：

电压击穿试验仪采用触摸屏或计算机控制，是通过给材料持续施加电压测试固体绝缘材料的介电强度、击穿强度、电气强度、耐压强度、击穿电压、试验电流、击穿电流的材料耐高压绝缘性能的试验设备，也可在不同温度不同环境下测试。可实时查看试验曲线，试验后生成各种文档保存或打印试验报告。ZJC系列机型是新升级的落地式机型，占地空间小，外表美观。北京智德创新检测仪器试验空间采用全封闭并有多项安全保护措施，已达到零安全隐患。是替代进口设备的产品。产地北京房山。

二、测试标准：

GB/T 1408.1-2016绝缘材料电气强度试验方法 第1部分：工频下试验；

GB/T 1408.2-2016绝缘材料电气强度试验方法 第2部分:对应用直流电压试验的附加要求；

ASTM D149固体绝缘材料介电击穿电压和介电强度的试验方法；

GB/T 1695-2005硫化橡胶工频击穿电压强度和耐电压的测定方法；

GB/T 3333-1999电缆纸工频击穿电压试验方法；

GB/T 8815-2008 电线电缆用软聚氯乙烯塑料标准；

GBT 12656-1990电容器纸工频击穿电压测定法；

HG/T 3330-2012绝缘漆漆膜击穿强度测定法；

三、技术参数：

输入电压：AC 220V±10%

电源频率：50-60Hz

高压变压器功率：3kVA

输出电压：交流 0～50kV,  直流 0～50kV

漏电流选择：1-30MA可随意设置

测量精度：±2%

测量范围：1kV～50kV

升压方式选择功能：1；连续升压；2；逐级升压；3；瞬时升压。

升压速率设定功能：0.100 kV/s ～ 5.000kV/s可随意设置（ZJC-50kV）

第一章   气体的绝缘特性

气体、特别是空气，是电力系统中应用相当广泛的绝缘材料。如架空输电线路相与相之间、线路与铁塔之间、变压器引出线之间都是以空气作为绝缘介质的。此外，在一些液体与固体绝缘材料内部也或多或少的含有一些气泡。所以气体放电的研究是高电压技术中的一个基本任务。

在通常情况下，由于宇宙射线及地层放射性物质的作用，气体中含有少量的带电质点(约为1000对/cm3)，在电场作用下，这些带电质点沿电场方向运动，形成电导电流，故气体通常并不是理想的绝缘材料。当电场较弱时，由于带电质点极少，气体中的电导电流也极小，故可认为气体电介质是良好的绝缘介质，在电场作用下，电子在气体介质中的运动轨迹如图1-1所示。

当加在气体间隙上的电场强度达到某一临界值后，间隙中的电流会突然剧增，气体介质会失去绝缘性能而导致击穿，这种现象称为气体介质的击穿，也称气体放电。击穿时加在气体间隙两端的电压称为该气隙的电压击穿，或称放电电压，用UF表示。均匀电场中，电压击穿与间隙距离之比称为该气体介质的击穿场强。击穿场强反映了气体介质耐受电场作用的能力，也即该气体的电气强度，或称气体的绝缘强度；在不均匀电场中，电压击穿与间除距离之比，称为该气体介质的平均击穿场强。

气体间隙击穿后，由于电源容量、电极形式、气体压力等的不同，而具有不同的放电形式。在大气压或更高的气压下常表现为火花放电的形式，但如果电源功率大、内阻小时，就可能出现电流大、温度高的电弧放电。不管是火花放电还是电弧放电，放电通常限制在一个带状的狭窄通道中。在极不均匀电场中，可能只有局部间隙中的场强达到临界值，在此局部处首先出现放电，叫局部放电。高压输电线路导线周围出现的电晕放电就属于局部放电。

上面所说的“放电”或“击穿”也适用于液体或固体介质。当电极间既有固体介质，又有气体或液体介质，它们构成并联的放电路径时，放电往往沿着固体介质表面发生，通常叫做闪络。例如当输电线路上出现较高的电压时，常常会引起沿绝缘子表面的闪络，固体介质中的击穿将使介质强度永久丧失。而在气休或液体介质中发生击穿则一般只引起介质强度的暂时丧失，当外加电压去掉后，能恢复其绝缘性能，故称为自恢复绝缘。

第一节气体介质中带电质点的产生与消失

一、气体原子的激发与游离

气体原子在外界因素（电场、高温等)的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，这时气休原子核外的电了将从离原子核较近的轨道跳到离原子核较远的轨道上去，此过程称为原子的激发，也称激励。被激发的原子称为激发原子，微发原子内部的能量比正常原子大。原子的激发状态是不稳定状态，一般经过约10-8s就会回复到正常状态，激发原子回到正常状态时将以短波光的形式放出能量。

如果中性原子由外界获得足够的能量，以致使原子中的一个或几个电子完全脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子(即带电质点)，此过程称为原子的游离，也称电离。游离是激发的极限状态，气体分子(或原子)游离所需要的能量称为游离能，游离能随气体种类而不同，一般约在10～15eV之间。

分子或原子的游离可以一次完成，也可以分级完成，先经过激发阶段，然后再产生的游离称为分级游离。分级游离时，一次需要获得的能量较小，但几次获得的总能量应大于或等于其游离能。

按照外界能量来源的不同，游离可以分为下列几种不同的形式。

1.碰撞游离

处于电场中的带电质点，除了经常地作不规测的热运动，不断地与其他质点发生碰撞以外，还受着电场力的作用，沿电场方向不断得到加速并积累动能。当具有的动能积累到一定数值后，在其与气体原子(或分子)发生碰撞时，可以使后者产生游离。由碰撞而引起的游离称为碰撞游离。碰撞游离是气体放电过程中产生带电质点的极重要来源。

电子、离子、中性质点与中性原子（或分子)的碰撞以及激发原子与激发原子的碰撞都能产生游离。而在气体放电过程中，碰撞游离主要是由自由电子与气体原子(或分子)相撞而引起的，故电子在碰撞游离中起着极其重要的作用。通过碰撞，能使中性源了(或分子)发生游离的电子称为有效电子。 离子或其他的质点因其本身的体积和质量较大，难以在碰撞前积累起足够的能量，因而产生碰撞游离的可能性是很小的。

当电子从电场获得的动能等于或大于气体原子（或分子）的游离能时，就有可能因碰撞而使气体原子(或分子)分裂成电子(或负离子)和正离了。即电子的动能满足如下条件时就有可能引起碰撞游离

(1-1)

式中  m——电子的质量；

v——电子的运动速度；

Wi——气体原子(或分子)的游离能。

质点两次碰撞之间的距离称为自由行程。平均自由行程与气体间的压力成反比，与绝对温度成正比。一般情况下，平均自由行程越大，越容易发生碰撞游离。

2.光游离

由光辐射引起气体原子（或分子)的游离称为光游离。

光辐射的能量以不连续的光子的形式发出。当光子的能量等于或大于气体原子(或分子)的游离能时，就可能引起光游离，即产生光游离的条件为

 (1-2)

式中  h——普朗克常数，其值为6.62×10-27erg·s；

v——光的频率。

因为波长λ=C/v， C为光速(3×108m/s)。则式(1-2)说明，产生光游离的能力不决定于光的强度，而决定于光的波长，波长越短，光子的能量越大，游离能力就越强。通常可见光是不能直接产生光游离的，只有各种短波长的高能辐射线，例如宇宙线、γ线、X线以及短波长的紫外线等才有使气体产生光游离的能力。在气体放电过程中，当处于激发状态的原子回到正常状态，以及异号带电质点复合成中性原子(或分子)时，都以光子的形式放出多余的能量，成为导致产生光游离的因素。光游离在气体放电中起着很重要的作用。

由光游离产生的自由电子称为光电子。

3.热游离

气体在热状态下引起的游离过程称为热游离。

在常温下，由于气体质点的热运动所具有的平均动能远低于气体的游离能，因此不可能产生热游离。但在高温下的气体，例如发生电弧放电时，弧柱的温度可高达数千度以上，这时气体质点的动能就足以导致气体分子(或原子)碰撞时产生游离。此外，高温气体的热辐射也能导致气体分子(或原子)产生光游离，故热游离实质上并不是另外一种独立的游离形式，而是在热状态下产生碰撞游离和光游离的综合。气体分子(或原子)产生热游离的条件是

 (1-3)

式中K——波茨曼常数，其值为1.38×10-16 erg/K；

T——绝对温度，K。

4.表面游离

以上讨论的是气体介质中电子和正离子的产生，但在气体放电中存在着电流的循环，因此必然有阴极发射电子的过程，我们将电子从金属电圾表面逸出来的过程称为表面游离。电子从金属电极表面释放出来所需要的能量称为逸出动。逸出功的大小与金属电极的材料及其表面状态有关，一般需要1~5eV，小于气体在空间游离时的游离能，这说明从阴极发射电子比在空间使气体分子(或原子)游离容易。

用各种不同的方式供给金属电极能量，例如将金属电极加热，正离子撞击阴极、短波光照射电极以及强电场的作用等，都可以使阴极发射电子。

二、气体中带电质点的消失

在气体发生放电过程中，除了有不断产生带电质点的游离过程外，还存在着导致带电质点从游离区域消尖，或者削弱的相反过程，通常称为去游离过程，任何形式的放电过程总存在着带电质点的产生(游离)和带电质点的消失（去游离)过程。带电质点在电场作用下定向运动，消失于电极，带电质点的扩散与复合以及电子的附着效应都属于去游离过程。当导致气体游离的因素消失以后，这些去游离过程可使气体迅速恢复中性的绝缘状态。

1.带电质点的扩散

气体中的带电质点经常处于不规则的热运动中，如果不同区域的带电质点存在着浓度差，则它们总是不断地从高浓度区域向低浓度区域运动，使各处带电质点的浓度变得均匀，此现象称为带电质点的扩散。当空气间隙发生放电并去掉电源以后，放电通道中高浓度的带电质点迅速地向四周扩散，使空气间恢复原来的绝缘状态。

气体中带电质点的扩散是热运动造成的，故它与气体的状态有关。气体的压力越高或温度越低，扩散过程也就越弱。电子的质量远小于离子，所以电子的热运动速度很大，它在热运动过程中所受到的碰撞机会也较少，因此，电子的扩散作用比离子要强得多。

2.带电质点的复合

正离子与负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和，还原为中性分子或中性原子的过程称为复合：复合可在气体中进行，也可在容器壁上发生。在带电质点的复合过程中会放出能量。异号带电质点的浓度愈大，复合也愈强烈，所以，强烈的游离区也总是强烈的复合区。

在带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又可能成为导致光游离的因素。

复合进行的速度取决于带电质点的浓度，正、负带电质点的浓度越大，它们相遇的机会也越大，复合进行得就越快。但并不是异号带电质点每次相遇都能引起复合。要能引起复合，参加复合的异号带电质点需相互接触一定的时间，异号带电质点间的相对速度越大，相互作用的时间就越短，复合的可能性也就越小。气体中电子的运动速度比离子要大得多，所以正、负离子间的复合要比正离子和电子间的复合容易发生得多。故在气体放电过程中，述常以异性离子间的复合更为重要。

3.附着效应

电子与气体原子(或分子)碰撞时，不但有可能发生碰撞游离产生电子和正离子，也有可能发生电子的附着过程而形成负离子。与碰撞游离相反，电子的附着过程放出能量，使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量称为电子的亲合能。电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，电子的亲合能越大，则越易形成负离子，卤族元素的电子外层轨道中增添一个电子，则可形成像惰性气体一样稳定的电子排布结构，因而具有很大的亲合能，所以，卤族元素是很容易俘获一个电子而形成负离子的。容易吸附电子形成负离子的气体称为电负性气体。如氧、氯、氟、水蒸气、六氟化硫等都属于电负性气体，惰性气体和氮则不会形成负离子。

如前所述，离子的游离能力不如电子。电子为原子或分子俘获而形成质量大、运动速度慢的负离子后，游离能力大减，因此，俘获自由电子而成为负离子这一现象会对气体放电的发展起抑制作用，有助于气体绝缘强度的提高，这是值得注意并加以利用的。