摘要：絕緣油的絕緣性能試驗(yàn)一般是采取高壓擊穿，獲取其高壓擊穿電壓值，作為絕緣油的耐壓值。文章講述高壓絕緣油耐壓試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該注意的一些問題，包括高壓變壓器的設(shè)計(jì)，擊穿識(shí)別電路的設(shè)計(jì)，抗干擾問題等。
　　關(guān)鍵詞：擊穿；耐壓；絕緣油；放電
　　
　　一、前言
　　
　　絕緣油交流擊穿電壓試驗(yàn)的原理是：不斷升高交流試驗(yàn)電壓，直到絕緣油發(fā)生擊穿放電，利用電壓崩潰或者電流突然上升作為信號(hào)指示，判斷絕緣油是否被擊穿。如被擊穿，則記錄擊穿前的最高電壓值，作為絕緣油的耐壓值。在大多情況下，擊穿電壓的降低是評定絕緣油老化的主要依據(jù)。它能明確地回答絕緣油是否需要處理或更換等問題。交流擊穿電壓試驗(yàn)是一種統(tǒng)計(jì)方式的試驗(yàn)，以多次擊穿電壓的平均值作為絕緣油的絕緣強(qiáng)度。本文介紹在設(shè)計(jì)交流高壓絕緣油試驗(yàn)機(jī)的過程中遇到的幾個(gè)關(guān)鍵問題。
　　
　　二、擊穿的識(shí)別
　　
　　擊穿識(shí)別的目的是為了及時(shí)斷開高壓回路，保證絕緣油在擊穿的時(shí)候不至于被電離或碳化。擊穿識(shí)別可以基于各種原理，所有這些原理都必須能夠辨別真正的擊穿，正確識(shí)別擊穿是設(shè)計(jì)絕緣油耐壓機(jī)的關(guān)鍵。擊穿識(shí)別電路必須不受高壓變壓器局部放電或來自環(huán)境的電磁干擾等因素的影響。下面分析二種常見的擊穿識(shí)別方法。
　　（一）把電壓崩潰作為電壓擊穿的依據(jù)
　　絕緣油在發(fā)生擊穿的時(shí)候，加在其上的高壓會(huì)發(fā)生崩潰，我們通過檢測電壓是否崩潰來判斷擊穿是否發(fā)生。但是，我們還需要考慮，交流試驗(yàn)電壓存在過零點(diǎn)，因此純粹對下降到某一電壓水平以下進(jìn)行擊穿響應(yīng)是不適當(dāng)?shù)?，簡單的可行的辦法是測量電壓對時(shí)間的微分dv/dt，把它作為擊穿的依據(jù)，在擊穿的情況下dv/dt比正常的時(shí)候要大很多，很容易識(shí)別。
　　（二）把高壓側(cè)試驗(yàn)電流的上升作為擊穿的依據(jù)
　　由于加在絕緣油上的電壓不斷升高，絕緣油測試極板間的容性電流也不斷增加，一般的情況下，容性電流小于500uA，當(dāng)高壓側(cè)電流突然上升到幾個(gè)毫安時(shí)，就是擊穿放電的明確信號(hào)。
　　但是，為了區(qū)別局部放電還是擊穿放電，必須引入附加的時(shí)間判斷，在這段時(shí)間內(nèi)絕緣油的電流必須超過預(yù)選的界線值，才算是擊穿放電，以便排除誤判。
　　按照定義，局部放電是一種不引起電壓完全崩潰的放電，另外絕緣油中局部放電的持續(xù)時(shí)間非常短，往往只有幾個(gè)微秒，因此如果把同時(shí)超過最小時(shí)間間隔（例如：大于10us）和最小電流（例如:大于3mA）作為識(shí)別擊穿放電的依據(jù)，則可以很好的區(qū)分局部放電和擊穿放電，只有滿足大于最小時(shí)間間隔和大于最小放電電流時(shí)，我們才認(rèn)為是發(fā)生了擊穿。適當(dāng)?shù)倪x擇這二個(gè)參數(shù)，就能很好的解決擊穿的識(shí)別，得到正確的結(jié)果（如圖）。
　　
　　
　　三、高壓變壓器的設(shè)計(jì)
　　
　　高壓變壓器的設(shè)計(jì)要考慮下面幾個(gè)問題：
　　1、低功耗，便于用電池供電和便攜式設(shè)計(jì)；
　　2、擊穿發(fā)生時(shí)，高壓輸出能被迅速切斷；
　　3、高壓變壓器內(nèi)部要無局放；
　　4、要做好屏蔽，防止電磁干擾。
　　目前大部分的絕緣油耐壓試驗(yàn)機(jī)中的高壓變壓器都是采用C型鐵心，環(huán)氧澆注的干式升壓變壓器。這種變壓器的特性比較硬，在擊穿發(fā)生的時(shí)候，不容易被關(guān)斷，即使被強(qiáng)行關(guān)斷，變壓器中還會(huì)存有比較大的能量，這些能量通過絕緣油釋放，造成絕緣油碳化。
　　我們可以利用諧振原理，來解決上述的問題。也就是說讓高壓變壓器在它的諧振頻率下工作。諧振電路由升壓變壓器的一次繞組構(gòu)成，配以合適的電容并調(diào)整變壓器鐵心的空氣隙，使其能在工頻下諧振。這樣做有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，首先電源只要提供諧振電路的中寄生電阻的損耗，這樣可以很大程度上降低整個(gè)儀器的功耗，容易實(shí)現(xiàn)用電池供電。第二，使得用逆變電源來驅(qū)動(dòng)升壓變壓器成為可能。利用逆變電源給升壓變壓器供電有很多好處，它可以很容易控制電源的輸出電壓和波形，其輸出波形與電網(wǎng)電壓的質(zhì)量無關(guān)，輸出電壓的調(diào)整分辨率也能做到比較高，并且調(diào)整起來非常方便。第三，由于升壓變壓器工作于諧振狀態(tài)，它的特性很軟。當(dāng)擊穿發(fā)生時(shí)，破壞了諧振所需要的條件，電路不再諧振，使得高壓迅速消失，這樣能很好的保護(hù)絕緣油不受破壞。
　　
　　四、抗干擾問題
　　
　　絕緣油試驗(yàn)機(jī)一般都有單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)及液晶顯示屏，它們安裝的位置都非?？拷邏鹤儔浩?，很容易受到高壓電磁場的干擾。在絕緣油發(fā)生擊穿放電的時(shí)候，更是干擾嚴(yán)重，這些干擾一方面通過電路耦合進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，還有通過空間輻射進(jìn)入。所以，在設(shè)計(jì)電路的時(shí)要充分考慮干擾的影響，我們可以采取下列幾個(gè)措施：
　　1、將高壓變壓器表面涂上導(dǎo)電漆，并將導(dǎo)電漆接地，這樣可以防止高壓向電路板放電。
　　2、與高壓變壓器初級(jí)連接的導(dǎo)線套上磁環(huán)，防止放電時(shí)高頻信號(hào)通過導(dǎo)線進(jìn)入逆變器電路。
　　3、逆變電源最好采用分立元件構(gòu)成，不宜采用集成電路作為功率放大，集成電路功放容易被擊穿而損壞。
　　4、在設(shè)計(jì)顯示屏電路的時(shí)候，要考慮設(shè)計(jì)為斷電復(fù)位，而不是簡單的在復(fù)位端加復(fù)位信號(hào)復(fù)位。
　　5、為了保護(hù)單片機(jī)系統(tǒng)不受干擾，一般都采取光耦隔離的做法，將單片機(jī)系統(tǒng)和逆變電源等大功率電路隔離開來。做到不隔離，合理走線，特別是地線。與大功率電路連接的端口，都配上瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS，這樣可以有效的保護(hù)單片機(jī)系統(tǒng)。
　　
　　五、結(jié)論
　　
　　絕緣油試驗(yàn)機(jī)不僅牽涉到嵌入式系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)，還要處理好高壓變壓器的設(shè)計(jì)和制造工藝。特別是如何判別擊穿，如何處理好干擾，如何精確地在放電瞬間采集高壓電壓的有效值，都是需要值得深入研究和探討的。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　
　　1、Hans-joerg Mat