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電氣強度測試儀影響準確度的因數
影響電壓動態測量準確度的因素：
升壓速度的影響 ：
在試驗過程中試品的擊穿是電與熱共同作用的結果。同一材料進行快速升壓試驗時，電熱作用時間短；進行非常慢速的升壓試驗時，電熱作用時間加長，發熱增大，擊穿電壓值相對偏小。升壓速 度一定程度上會影響材料的擊穿電壓值，因此在絕緣材料的連續升壓試驗中，一般對速度有明確的規 定[2]。傳統的直流電機控制調速存在調節精度低、可靠性差、動態響應速度慢等難以克服的缺陷。本系統采用步進電機帶動調壓器轉動實現調壓，設計 時在調壓器的碳刷上固定一個直徑為 250 mm的齒 輪轉盤，在步進電機的軸上固定一個直徑為 25 mm 的齒輪，兩齒輪減速比為 10∶1，將調壓器慣性前行 的轉動角度降低了 10 倍。為了能夠實現步進精密 調壓和降噪，在步進電機的前級施加一個步進驅動 器，它能夠將1.8°的步距角進一步細分，考慮到本系統功率小，可選擇性價比高的 256 細分步進電機驅 動器。將原有的一個步距角細分成 256 等份，又進一步提升了步進電機在起速和減速停止階段的速度，減少了步進電機的慣性和噪聲[3]，從而能夠實現恒速平穩調壓。
調壓器分辨率的影響 ：
接觸式調壓器是一種自耦式變壓器，其原副邊 比接近 1∶1，常用的單相 3 kVA調壓器匝數約為 250 匝，接近 1V/匝，本系統中只用到調壓器的 0～200 V，高壓變壓器的匝數比為 200∶50 000，調壓器的 1 匝對應高壓端的 250 V，相差 1 匝測試電壓相差 250 V，調壓器對測試電壓分辨率的影響為0.25 kV。 調壓器確定時，不考慮采樣周期等其他因素的影響，擊穿電壓測試儀的分辨率也確定，擊穿電壓值 的誤差從理論上分析只和試驗電壓值有關系，試驗 電壓值越低，分辨率引入的誤差就越大，滿量程 50 kV 時的誤差為 0.5%，10% 量程時的誤差為 5%。為提高擊穿電壓值在低量程時的準確度，在調壓器和變壓器之間串接一個輸入 200 V、輸出多量程的變 壓器，如表 1 所示。改進后的設備在 10% 量程時選擇多抽頭變壓器的 25 V 檔，對應調壓器輸出電壓 200 V，對應高壓輸出 5 kV。按照上述調壓器分辨 率的分析，分辨率改善為原有的 1/8，誤差降低至 0.625%，顯 著 提 高 了 擊 穿 電 壓 在 低 量 程 時 的 分 辨率。
過流斷閘時間：
在絕緣材料擊穿試驗過程中，恒速升壓將電壓 施加到試品上，試品在電、熱的共同作用下發生絕 緣失效，破壞瞬間阻值急速下降，形成導電通道，高壓瞬間對地短路。在此過程中，流過試品的電流先從零緩慢增加，在破壞前期一般會產生強烈的放 電，電流值有所增加，破壞瞬間，電流陡增。系統檢 測到過電流信號立刻發出停止指令，斷開主回路電源。從識別過流信號到發出停止指令，再到斷閘動作完成，需要一定的時間，此過程時間越短越好。
本系統中電流信號通過采樣電阻和信號調理 電路轉換成電壓信號，電壓信號輸入至LM311比較 器的比較端，同 LM311 比較器的基準端進行比較， 當測試信號超過基準值時，LM311的輸出端會產生 一個電平躍變，驅動中間繼電器動作，切斷主回路 電源。LM311是高速電壓比較器，其輸入和輸出的 動作時間約為 100 ns。繼電器的動作時間稍緩，為 增加動作的快速性，最終選擇高性能的歐姆龍繼電 器和施耐德接觸器，采用示波器監測其動作時間約 為40 ms，滿足系統性能要求。
采樣周期的影響分析：
50 kV 工頻電壓通過分壓、放大等環節轉換成 5 V 直流電壓信號，再通過 VF 電路轉換成 100 kHz 脈沖信號。本系統選擇西門子 s7-200 系列 214- 2AD23-0XB8 型 PLC，脈沖信號的采集由 PLC 內置 的高速計數器結合中斷程序來完成。測量時，只需 定義中斷間隔時間，統計每次中斷間隔時間段內的 脈沖個數 N，通過比例換算就可直接顯示為對應的 電壓值[4]。
由 PLC 的高速計數器和優先級高的中斷程序 組成的A/D變換器，轉換周期從1 ms到250 ms可自 由設置。采樣周期的大小影響測試的分辨率，當采 樣周期小時，跟蹤速度快，但分辨率低、誤差大；當 采樣周期大時，測量分辨率高，但系統跟蹤速度慢， 電壓測量滯后，易造成動態測量誤差。
本系統中試驗電壓滿量程 u（0 50 kV）對應的頻 率信號為100 kHz，若選擇采樣周期T是10 ms，則采 樣點數N是100，一個采樣周期內采集的脈沖數n是 1 000，量化誤差e(n)為最小量化單位1 Hz的二分之 一，即0.05%。升壓過程中電壓值是動態變化的，相 鄰兩采樣點之間的電壓差值和速度有很大關系，理 想狀態下電壓差值是升壓速度的 1/N。表 2 是在不 同的采樣掃描周期和不同的升壓速度下得出的對 電壓測量準確度的誤差數據。
從表2可以看出，掃描周期越短，采樣周期引入的量化誤差就越大，采樣誤差g(n)越小；掃描周期越長，量化誤差就越小，采樣誤差越大。在50 kV擊穿電壓測試儀的實際應用中，測試的試品是各種絕緣材料，升壓速度通常從 0.5～2.0 kV/s 選取。結合以 上數據分析，選擇的最佳采樣周期是60 ms。
