脉冲电压与交流电压试验测试

王海涛 柯 进 杨芊 / 广东省计量科学研究院

脉冲电压与交流电压试验测试

王海涛 柯 进 杨芊 / 广东省计量科学研究院

介绍了脉冲电压试验、交流电压试验的原理、测试方法、判定方法，对电能表型式试验中脉冲电压试验、交流电压试验进行了详细测试研究，为广大研发测试人员提供借鉴。

脉冲电压；交流电压；计量器具

0 引言

《计量法》第13条规定：制造计量器具的企业、事业单位生产本单位未生产过的计量器具新产品，必须经省级以上人民政府计量行政部门对其样品的计量性能考核合格，方可投入生产。型式评价是指为确定计量器具型式是否予以批准，而对该计量器具的型式进行的一种检查。型式评价中涉及产品的计量性能、环境性能、安全性能、电磁兼容性能等。安全实验、电磁兼容试验涉及人身安全，具有举足轻重的作用，是型式评价中必不可少的部分。

脉冲电压，也叫冲击电压，是安全性能中的一个试验项目。脉冲电压是指迅速上升到峰值然后缓慢地下降到零的非周期瞬态电压[1][2]。

交流电压测试本质上是高压脉冲通过配电系统进入设备的电源线上，而配电系统的所有绝缘（包括产品的内部绝缘）都必须具有足够的抗电强度以承受不仅是系统的正常工作电压，而且要承受正常的系统过压。因此，产品的绝缘必须能承受高压试验以确定出现在配电系统中受到高压脉冲作用时绝缘不会被击穿[3][4]。

本文就型式评价中计量器具产品在进行脉冲电压试验、交流电压试验的原理、测试方法、判定方法进行深入分析和研究，并以电能表型式试验中脉冲电压试验、交流电压试验进行了详细测试研究，为广大研发测试人员提供借鉴。

1 脉冲电压

脉冲电压即标准雷电冲击电压是指波前时间T1为1.2 μs，半波峰值时间T2为50 μs的光滑的雷电冲击全波，标识为1.2/50 μs冲击，波形如图1所示。

允许偏差如下：

峰值：±3%；

波前时间：±30%；

半峰值时间：±20%；

过冲和峰值附近的震荡是允许的，允许相对过冲最大幅值不超过10%。

图1 脉冲电压时间参数

脉冲电压的严酷等级主要取决于试验电压、电源能量，对于Ⅱ类防护电能表脉冲电压一般为6 000 V，对于Ⅰ类防护电能表脉冲电压一般为4 000 V。现有标准规定的脉冲电压发生器的电源能量为0.5 J，IR46电能表国际建议中规定电能表脉冲电压为：10 000 V，电源能量为10 J，可见对脉冲电压的要求大大提升了。

2 交流电压

把一个高于正常工作的交流电压加在被测设备的绝缘体上，并持续一段规定的时间，如果其间的绝缘性足够好，加在上面的电压就只会产生很小的漏电流。如果一个被测设备绝缘体在规定的时间内，其漏电流保持在规定的范围内，就可以确定这个被测设备可以在正常的运行条件下安全运行。当高压加在被测设备上时，如果通过介质的电流突然增加，即通过介质的电流与施加于介质的电压关系不符合欧姆定律，绝缘材料被破坏而失去了绝缘性能，称之为击穿。

试验电压一般为45～55 Hz的交流工频电压，试验电压的波形近似为正弦波。对于Ⅱ类防护电能表而言，试验电压为4 kV（电压线路、辅助电源、电流线路及参比电压超过40 V的辅助线路与地之间），试验电压为2 kV（工作中不连接的各线路之间）。对于Ⅰ类防护电能表交流电压为2 000 V。

3 测试方法

脉冲电压与交流电压的测试原理如图2所示，脉冲电压与交流电压产生的高压端与低压端分别作用于被测设备，通过高压端与低压端流过的电流来考察被测设备的绝缘，从而判定脉冲电压与交流电压试验是否通过。

图2 测试原理图

下面以电能表为例详细阐述脉冲电压与交流电压测试，电能表原理如图3所示，电能表具有电压回路接口、电流回路接口、辅助电源接口、通信及外设接口，接线端子较多。

图3 电能表系统框图

依据JJF 1245.1-2010《安装式电能表型式评价大纲 通用要求》[5]、JJF 1245.3-2010《安装式电能表型式评价大纲 特殊要求 静止式有功电能表(0.2S、0.5S、1和2级)》[6]可知；电能表脉冲电压与交流电压测试回路如下：

（1）线路间的脉冲电压及交流电压：在工作中不连接的各线路之间；

（2）线路对地的脉冲电压及交流电压：所有的电流线路、电压线路、辅助电源以及参比电压超过40 V的辅助线路连接在一起为一点，另一点是地，试验电压施加于该两点之间。

现对电能表试验端子命名如下：

电压回路：UA、UB、UC、UN；

辅助电压回路：L、N；

电流回路：IA、IB、IC；

则脉冲电压测试与交流电压测试应按照表1、表2依次进行试验：

表1 脉冲电压试验端子

表2 交流电压试验端子

脉冲电压与交流电压试验中，“地”指包围仪表的导电铜箔，此导电箔与所有可接触导电部件接触并与置于表底的导电平面相连接，试验中应用双面导电的铜箔进行包裹。

4 判定方法

脉冲电压与交流电压结果判定均涉及以下几个概念。

破坏性放电：试验时绝缘完全被放电所桥接，并使电极间的电压实际降到零。适用于固体、液体和气体介质以及它们的符合介质中的破坏性放电，有时也称“电气击穿”。

闪络：气体或液体媒介中沿介质表面发生的破坏性放电。

击穿：固体介质中发生的破坏性放电。

固体介质中发生破坏性放电会导致绝缘强度的永久丧失；而在液体或气体介质中绝缘只是暂时丧失强度。

脉冲电压试验、交流电压试验中仪表均要求不应出现闪络、破坏性放电或击穿。现有的交直流耐压测试仪均有电流测试功能，通过观察电流的变化情况可以判定是否发生闪络、破坏性放电或击穿。现有的大多数脉冲电压发生器则不具备电流测试功能，需要测试人员外接示波器间接来观察电流变化情况。

JJF 1245.1-2010《安装式电能表型式评价大纲通用要求》规定，常规冲击电压与交流耐压试验，交变湿热试验、淋雨试验、防尘试验、温升试验后，电能表也应进行脉冲电压和交流电压试验。通过这些实验来模拟实际中电能表所耐受的恶劣工作环境，避免由于潮湿、淋雨、粉尘、过热等导致电气绝缘性能降低（如表面电阻下降引起爬电，体积电阻抗电强度的下降或介质损耗角和介电常数的增大使材料的绝缘性能下降等）。

5 结语

综上所述，脉冲电压和交流电压作为计量器具产品中的安全试验，涉及人身安全以及设备的质量，测试时应严格把关，对产品测试方法进行透彻理解，严把质量关。设计人员进行产品研发时也应从设计之初就应该对产品的脉冲电压和交流电压测试熟悉，避免增大产品成本。

[1]全国高电压试验技术和绝缘配合标准化技术委员会（SAC/TC 163）.GB/T 16927.1-2011高电压试验技术 第1部分：一般定义及试验要求[S].北京：中国标准出版社，2011.

[2]崔东，王建生，张小勇.特高压设备雷电冲击电压试验波形参数及过冲限值讨论[J].高压电器，2013（10）：77-81.

[3]王贵虎.浅谈耐压测试[J].电子质量，2011（3）：60-61.

[4]张春英.电工电子产品标准中脉冲电压试验要求比较分析[J].日用电器，2015（10）：49-53.

[5]全国电磁计量技术委员会.JJF 1245.1-2010安装式电能表型式评价大纲 通用要求[S].北京：中国计量出版社，2010.

[6]全国电磁计量技术委员会.JJF 1245.3-2010安装式电能表型式评价大纲 特殊要求静止式有功电能表（0.2S、0.5S、1和2级）[S].北京：中国计量出版社，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