絕緣耐壓試驗 Dielectric withstanding voltage test HiPot(High Potential) test

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1 絕緣耐壓試驗 Dielectric withstanding voltage test HiPot(High Potential) test
Lecture 10 絕緣耐壓試驗 Dielectric withstanding voltage test HiPot(High Potential) test

2 高電場下空氣的游離現象

3 極性效應 (DC) 正電荷阻礙負極電場 正極板延伸

4 極性效應 (DC) 在電極間電場是均勻的情況下,氣壓低於1大氣壓（約0.1兆帕）時,空氣間隙擊穿電壓V服從於帕邢定律(Paschen‘s law)，其中 p是氣體的壓力；d是電極的距離。 在標準氣壓下，a= 43.66;b=12.8. 一般情況下,空氣介質擊穿電壓近似於30KV/cm。 在極不均勻電場的情況下，如棒形對平板電極的間隙，擊穿空氣間隙之電場強度大為降低，並且還會出現極性效應，即正極性棒形電極對負極性板狀電極的間隙擊穿電壓小於相反極性的情形。原因是由於正離子比電子運動慢很多，在間隙中形成正極性空間電荷，改變了電場分佈而引起不同的放電發展過程。 正極性棒形電極時，E+≈4.5kV/cm；負極性棒形電極時，E-≈10kV/cm

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6 交流商用頻率電壓擊穿 在均勻電場的間隙中，交流擊穿電壓和直流擊穿電壓相等。 在極不均勻電場的間隙中（如棒型電極對板狀電極的間隙），擊穿總是發生在棒型電極處於正極性的狀態，因而交流擊穿電壓幅值與正極性棒對負極性板間隙的直流擊穿電壓相近。 棒型電極對板狀電極之空氣間隙的交流平均擊穿電壓為Eа≈4.8kV/cm，與上述E+很接近。 圖中,曲線1、2是棒-棒電極間隙。 曲線3是棒-地間隙。

7 衝擊擊穿電壓與電極形狀之關係

8 絕緣耐壓試驗可測出 絕緣材料的絕緣強度太弱 絕緣體上有針孔 零組件之間的距離不夠 絕緣體被擠壓而破裂

9 交流耐壓(ACW)測試 交流耐壓(AC)測試的優點 交流耐壓(AC)測試的缺點
一般而言，交流測試比直流測試更容易被安規單位接受。 主因是大部份的產品都使用交流電，而交流測試可以同時對產品作正負極性的測試，與產品使用的環境完全一致，合乎實際使用狀況。 由於交流測試時無法充飽那些雜散電容，但不會有瞬間衝擊電流發生，因此不需讓測試電壓緩慢上升，可以一開始測試就全電壓加上，除非這種產品對衝擊電壓很敏感。 由於交流測試無法充滿那些雜散電容，在測試後不必對測試物作放電的動作，這是另外一個優點。 交流耐壓(AC)測試的缺點 主要的缺點為，如果被測物的雜散電容量很大或被測物為電容性負載時，這樣所產生的電流，會遠大於實際的漏電電流，因而無法得知實際的漏電電流。 另外一個缺點是由於必須供應被測物的雜散電容所需的電流，機器所需輸出的電流會比採用直流測試時的電流大很多。 這樣會增加操作人員的危險性。

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11 直流耐壓(DCW)測試 直流(DC)測試的優點
一旦被測物上的雜散電容被充滿，只會剩下被測物實際的漏電電流。 直流耐壓測試可以很清楚的顯示出被測物實際的漏電電流。 另外一個優點是由於僅需在短時間內，供應被測物的充電電流，其它時間所需供應的電流非常小，所以機器的電流容量遠低於交流耐壓測試時所需的電流容量。 直流(DC)測試的缺點 除非被測物上沒有任何電容量存在，否則測試電壓必須由“零”開始，緩慢上升，以避免充電電流過大，電容量越大所需的緩升時間越長，一次所能增加的電壓也越低。 充電電流過大時，一定會引起測試器的誤判，使測試的結果不正確。 由於直流耐壓測試會對被測物充電，所以在測試後，一定要先對被測物放電，才能做下一步工作。 與交流測試不一樣，直流耐壓測試只能單一極性測試，如果產品要使用於交流電壓下，這個缺點必須被考慮。 這也是大多數安規單位都建議使用交流耐壓測試的原因。 在交流耐壓測試時，電壓的波峰值是電錶顯示值的√2倍， 所以多數安規單位都要求，如果使用直流耐壓測試，必須提高測試電壓到相等的數值。 直流耐壓必須考慮極性效應的問題。

12 倍壓整流電路 直流耐壓試驗應注意以下两點： （一）試驗電壓的確定
 （一）試驗電壓的確定 進行直流耐壓試驗時，外施电压的数值通常应参考该绝缘的交流耐压试验电压和交、直流下击穿电压之比，但主要是根据运行经验来确定。 （二）实验电压的极性 (考慮極性效應)  電力設備的绝缘分为内绝缘和外绝缘，外绝缘對地電場可以近似於棒型電極對板狀電極。在極不均匀電場中，气体间隙相同时，由于极性效应，负棒—正极的火花放电电压是正棒—负极的火花放电电压的2倍多。

13 衝擊耐電壓試驗 衝擊電壓發生器是一種模仿雷電及操作過電壓等衝擊電壓的電源裝置。主要用於絕緣衝擊耐壓及介質衝擊擊穿、放電等試驗中。 實驗方式：
被測絕緣物「對地及相間」及「斷路距離間」，施加1.2x50μs波形之規定試驗電壓，正、負極性各15次。 合格要求： 自復性絕緣物：破壞放電次數不超過2次。 非自復性絕緣物：不發生破壞放電。

14 絕緣試驗用衝擊電壓的標準波形按照《高電壓試驗技術》國際標準和國家標準規定： 　　雷電衝擊波　　　　　T1=1.2μs±30% T2 =50μs±20%

15 Marx 迴路衝擊電壓產生器 並聯充電 串聯放電

16 衝擊電壓試驗方式 (一) 50%衝擊擊穿電壓 以相同的波形下，改變波峰電壓值。如果該電壓值測試10次有約5次會擊穿，此電壓即為50%衝擊擊穿電壓 。 (二) 伏秒特性 由於空氣的擊穿與電壓和時間均有關係，因此以電壓與時間的曲線來記錄擊穿現象。(優點:精準、缺點:實驗次數太多)

17 屋內線路裝置規則401條特性試驗應施項目 高壓配電盤 構造檢查 商頻耐電壓試驗 主回路電阻測量 機構動作試驗 操作裝置試驗

18 屋內線路裝置規則401條出廠試驗應施項目 高壓配電盤 構造檢查 主回路及輔助回路商用頻率耐電壓試驗 主回路電阻量測 機構動作試驗
配線之確認及電氣動作試驗

19 電壓等級 第一階段 第二階段 第三階段 161kV 69kV 34.5kV 24kV 12kV 7.2kV 3.6kV 80kV 160kV
採用高壓直流試驗器（DC HiPOT Tester）測定用電設備絕緣電阻，其所加最高電壓約為設備最大使用電壓的1.5倍。分三個階段實施，每階段所加電壓為最大使用電壓之0.5、1、1.5倍。 直流耐壓絕緣電阻測定加壓值 電壓等級 161kV 69kV 34.5kV 24kV 12kV 7.2kV 3.6kV 第一階段 第二階段 第三階段 80kV 160kV 240kV 30kV 60kV 90kV 15kV 45kV 36kV 6kV 18kV 10.8kV 1.8kV 5.4kV 絕緣電阻則按施加電壓最高值時之穩定洩漏電流值予以計算，即依第三階段試驗電壓一分鐘下所測得之洩漏電流值，以計算其絕緣電阻，其電阻值參考公式如下： MΩ＝ KV/mA 再按溫度係數換算至20℃時之值予以判斷。

20 目的: 欲判定機器及線路的絕緣物之絕緣可靠度時，採行絕緣耐壓試驗。
試驗電壓及加壓試驗時間之規定: 設備類型 試驗電壓 加壓試驗時間(min) 法規 高壓旋轉機 最大使用AC電壓*1.5 10 屋內線路裝置規則第二十條 高壓變壓器 屋內線路裝置規則第二十一條 高壓電路之開關、電容器 屋內線路裝置規則第二十二條 高壓電纜耐壓 電纜線路較長，C值較大，致現場試驗難取得適當容量之交流電源時，耐壓試驗可改採用兩倍試驗電壓之直流電壓加壓方式試驗。 屋內線路裝置規則第二十三條 耐壓試驗(電纜)所需電源容量以下式計算：

21 The IEEE standard 400.1–2007 lists the voltage values for conducting hi-pot acceptance and maintenance tests in the field for laminated shielded power cables, which are shown in Table below.