脈沖電壓與交流電壓試驗(yàn)測(cè)試

王海濤 柯 進(jìn) 楊芊 / 廣東省計(jì)量科學(xué)研究院

脈沖電壓與交流電壓試驗(yàn)測(cè)試

王海濤 柯 進(jìn) 楊芊 / 廣東省計(jì)量科學(xué)研究院

介紹了脈沖電壓試驗(yàn)、交流電壓試驗(yàn)的原理、測(cè)試方法、判定方法，對(duì)電能表型式試驗(yàn)中脈沖電壓試驗(yàn)、交流電壓試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試研究，為廣大研發(fā)測(cè)試人員提供借鑒。

脈沖電壓；交流電壓；計(jì)量器具

0 引言

《計(jì)量法》第13條規(guī)定：制造計(jì)量器具的企業(yè)、事業(yè)單位生產(chǎn)本單位未生產(chǎn)過(guò)的計(jì)量器具新產(chǎn)品，必須經(jīng)省級(jí)以上人民政府計(jì)量行政部門(mén)對(duì)其樣品的計(jì)量性能考核合格，方可投入生產(chǎn)。型式評(píng)價(jià)是指為確定計(jì)量器具型式是否予以批準(zhǔn)，而對(duì)該計(jì)量器具的型式進(jìn)行的一種檢查。型式評(píng)價(jià)中涉及產(chǎn)品的計(jì)量性能、環(huán)境性能、安全性能、電磁兼容性能等。安全實(shí)驗(yàn)、電磁兼容試驗(yàn)涉及人身安全，具有舉足輕重的作用，是型式評(píng)價(jià)中必不可少的部分。

脈沖電壓，也叫沖擊電壓，是安全性能中的一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。脈沖電壓是指迅速上升到峰值然后緩慢地下降到零的非周期瞬態(tài)電壓[1][2]。

交流電壓測(cè)試本質(zhì)上是高壓脈沖通過(guò)配電系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)備的電源線(xiàn)上，而配電系統(tǒng)的所有絕緣（包括產(chǎn)品的內(nèi)部絕緣）都必須具有足夠的抗電強(qiáng)度以承受不僅是系統(tǒng)的正常工作電壓，而且要承受正常的系統(tǒng)過(guò)壓。因此，產(chǎn)品的絕緣必須能承受高壓試驗(yàn)以確定出現(xiàn)在配電系統(tǒng)中受到高壓脈沖作用時(shí)絕緣不會(huì)被擊穿[3][4]。

本文就型式評(píng)價(jià)中計(jì)量器具產(chǎn)品在進(jìn)行脈沖電壓試驗(yàn)、交流電壓試驗(yàn)的原理、測(cè)試方法、判定方法進(jìn)行深入分析和研究，并以電能表型式試驗(yàn)中脈沖電壓試驗(yàn)、交流電壓試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試研究，為廣大研發(fā)測(cè)試人員提供借鑒。

1 脈沖電壓

脈沖電壓即標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓是指波前時(shí)間T1為1.2 μs，半波峰值時(shí)間T2為50 μs的光滑的雷電沖擊全波，標(biāo)識(shí)為1.2/50 μs沖擊，波形如圖1所示。

允許偏差如下：

峰值：±3%；

波前時(shí)間：±30%；

半峰值時(shí)間：±20%；

過(guò)沖和峰值附近的震蕩是允許的，允許相對(duì)過(guò)沖最大幅值不超過(guò)10%。

圖1 脈沖電壓時(shí)間參數(shù)

脈沖電壓的嚴(yán)酷等級(jí)主要取決于試驗(yàn)電壓、電源能量，對(duì)于Ⅱ類(lèi)防護(hù)電能表脈沖電壓一般為6 000 V，對(duì)于Ⅰ類(lèi)防護(hù)電能表脈沖電壓一般為4 000 V?，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的脈沖電壓發(fā)生器的電源能量為0.5 J，IR46電能表國(guó)際建議中規(guī)定電能表脈沖電壓為：10 000 V，電源能量為10 J，可見(jiàn)對(duì)脈沖電壓的要求大大提升了。

2 交流電壓

把一個(gè)高于正常工作的交流電壓加在被測(cè)設(shè)備的絕緣體上，并持續(xù)一段規(guī)定的時(shí)間，如果其間的絕緣性足夠好，加在上面的電壓就只會(huì)產(chǎn)生很小的漏電流。如果一個(gè)被測(cè)設(shè)備絕緣體在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，其漏電流保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，就可以確定這個(gè)被測(cè)設(shè)備可以在正常的運(yùn)行條件下安全運(yùn)行。當(dāng)高壓加在被測(cè)設(shè)備上時(shí)，如果通過(guò)介質(zhì)的電流突然增加，即通過(guò)介質(zhì)的電流與施加于介質(zhì)的電壓關(guān)系不符合歐姆定律，絕緣材料被破壞而失去了絕緣性能，稱(chēng)之為擊穿。

試驗(yàn)電壓一般為45～55 Hz的交流工頻電壓，試驗(yàn)電壓的波形近似為正弦波。對(duì)于Ⅱ類(lèi)防護(hù)電能表而言，試驗(yàn)電壓為4 kV（電壓線(xiàn)路、輔助電源、電流線(xiàn)路及參比電壓超過(guò)40 V的輔助線(xiàn)路與地之間），試驗(yàn)電壓為2 kV（工作中不連接的各線(xiàn)路之間）。對(duì)于Ⅰ類(lèi)防護(hù)電能表交流電壓為2 000 V。

3 測(cè)試方法

脈沖電壓與交流電壓的測(cè)試原理如圖2所示，脈沖電壓與交流電壓產(chǎn)生的高壓端與低壓端分別作用于被測(cè)設(shè)備，通過(guò)高壓端與低壓端流過(guò)的電流來(lái)考察被測(cè)設(shè)備的絕緣，從而判定脈沖電壓與交流電壓試驗(yàn)是否通過(guò)。

圖2 測(cè)試原理圖

下面以電能表為例詳細(xì)闡述脈沖電壓與交流電壓測(cè)試，電能表原理如圖3所示，電能表具有電壓回路接口、電流回路接口、輔助電源接口、通信及外設(shè)接口，接線(xiàn)端子較多。

圖3 電能表系統(tǒng)框圖

依據(jù)JJF 1245.1-2010《安裝式電能表型式評(píng)價(jià)大綱 通用要求》[5]、JJF 1245.3-2010《安裝式電能表型式評(píng)價(jià)大綱 特殊要求 靜止式有功電能表(0.2S、0.5S、1和2級(jí))》[6]可知；電能表脈沖電壓與交流電壓測(cè)試回路如下：

（1）線(xiàn)路間的脈沖電壓及交流電壓：在工作中不連接的各線(xiàn)路之間；

（2）線(xiàn)路對(duì)地的脈沖電壓及交流電壓：所有的電流線(xiàn)路、電壓線(xiàn)路、輔助電源以及參比電壓超過(guò)40 V的輔助線(xiàn)路連接在一起為一點(diǎn)，另一點(diǎn)是地，試驗(yàn)電壓施加于該兩點(diǎn)之間。

現(xiàn)對(duì)電能表試驗(yàn)端子命名如下：

電壓回路：UA、UB、UC、UN；

輔助電壓回路：L、N；

電流回路：IA、IB、IC；

則脈沖電壓測(cè)試與交流電壓測(cè)試應(yīng)按照表1、表2依次進(jìn)行試驗(yàn)：

表1 脈沖電壓試驗(yàn)端子

表2 交流電壓試驗(yàn)端子

脈沖電壓與交流電壓試驗(yàn)中，“地”指包圍儀表的導(dǎo)電銅箔，此導(dǎo)電箔與所有可接觸導(dǎo)電部件接觸并與置于表底的導(dǎo)電平面相連接，試驗(yàn)中應(yīng)用雙面導(dǎo)電的銅箔進(jìn)行包裹。

4 判定方法

脈沖電壓與交流電壓結(jié)果判定均涉及以下幾個(gè)概念。

破壞性放電：試驗(yàn)時(shí)絕緣完全被放電所橋接，并使電極間的電壓實(shí)際降到零。適用于固體、液體和氣體介質(zhì)以及它們的符合介質(zhì)中的破壞性放電，有時(shí)也稱(chēng)“電氣擊穿”。

閃絡(luò)：氣體或液體媒介中沿介質(zhì)表面發(fā)生的破壞性放電。

擊穿：固體介質(zhì)中發(fā)生的破壞性放電。

固體介質(zhì)中發(fā)生破壞性放電會(huì)導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度的永久喪失；而在液體或氣體介質(zhì)中絕緣只是暫時(shí)喪失強(qiáng)度。

脈沖電壓試驗(yàn)、交流電壓試驗(yàn)中儀表均要求不應(yīng)出現(xiàn)閃絡(luò)、破壞性放電或擊穿?，F(xiàn)有的交直流耐壓測(cè)試儀均有電流測(cè)試功能，通過(guò)觀(guān)察電流的變化情況可以判定是否發(fā)生閃絡(luò)、破壞性放電或擊穿?，F(xiàn)有的大多數(shù)脈沖電壓發(fā)生器則不具備電流測(cè)試功能，需要測(cè)試人員外接示波器間接來(lái)觀(guān)察電流變化情況。

JJF 1245.1-2010《安裝式電能表型式評(píng)價(jià)大綱通用要求》規(guī)定，常規(guī)沖擊電壓與交流耐壓試驗(yàn)，交變濕熱試驗(yàn)、淋雨試驗(yàn)、防塵試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)后，電能表也應(yīng)進(jìn)行脈沖電壓和交流電壓試驗(yàn)。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬實(shí)際中電能表所耐受的惡劣工作環(huán)境，避免由于潮濕、淋雨、粉塵、過(guò)熱等導(dǎo)致電氣絕緣性能降低（如表面電阻下降引起爬電，體積電阻抗電強(qiáng)度的下降或介質(zhì)損耗角和介電常數(shù)的增大使材料的絕緣性能下降等）。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，脈沖電壓和交流電壓作為計(jì)量器具產(chǎn)品中的安全試驗(yàn)，涉及人身安全以及設(shè)備的質(zhì)量，測(cè)試時(shí)應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)產(chǎn)品測(cè)試方法進(jìn)行透徹理解，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)時(shí)也應(yīng)從設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該對(duì)產(chǎn)品的脈沖電壓和交流電壓測(cè)試熟悉，避免增大產(chǎn)品成本。

[1]全國(guó)高電壓試驗(yàn)技術(shù)和絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 163）.GB/T 16927.1-2011高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第1部分：一般定義及試驗(yàn)要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[2]崔東，王建生，張小勇.特高壓設(shè)備雷電沖擊電壓試驗(yàn)波形參數(shù)及過(guò)沖限值討論[J].高壓電器，2013（10）：77-81.

[3]王貴虎.淺談耐壓測(cè)試[J].電子質(zhì)量，2011（3）：60-61.

[4]張春英.電工電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中脈沖電壓試驗(yàn)要求比較分析[J].日用電器，2015（10）：49-53.

[5]全國(guó)電磁計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1245.1-2010安裝式電能表型式評(píng)價(jià)大綱 通用要求[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2010.

[6]全國(guó)電磁計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1245.3-2010安裝式電能表型式評(píng)價(jià)大綱 特殊要求靜止式有功電能表（0.2S、0.5S、1和2級(jí)）[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2010.

Research on the test of impulse voltage and alternating voltage

Wang Haitao，Ke Jing，Yang Qian
（Guangdong Institute of Uetrology）

This paper introduces the principle of impulse voltage test,alternating voltage test, test method and judgment method. The impulse voltage test and the alternating voltage test in the evaluation of energy meter are studied in detail, which can provide reference for the majority of R & D personnel.

impulse voltage; alternating voltage; measuring instruments