摘要：中航时代ZJC-100kV电压击穿试验仪作为材料绝缘性能检测的核心设备，其工作原理基于电场强度对材料的破坏性测试。当试样置于两电极间时，通过持续升高的电压加载，直至材料发生击穿现象。第三代全自动试验仪通过西门子PLC构建闭环控制系统，将升压速率控制精度提升至±

一、设备基础原理与行业定位

中航时代ZJC-100kV电压击穿试验仪作为材料绝缘性能检测的核心设备，其工作原理基于电场强度对材料的破坏性测试。当试样置于两电极间时，通过持续升高的电压加载，直至材料发生击穿现象。第三代全自动试验仪通过西门子PLC构建闭环控制系统，将升压速率控制精度提升至±1%，配合光电隔离技术使测量系统抗干扰能力达到60dB，有效解决了传统设备在复杂电磁环境下的数据漂移问题。

中航时代ZJC-100kV电压击穿试验仪在绝缘材料检测领域具有里程碑意义，其10-5000V/s无级调速能力突破传统分段式升压限制。采用松下步进电机驱动调压器，实现每微秒0.01°的精确角度控制，配合3kVA高压变压器的线性输出特性，确保升压过程的严格线性度（线性相关系数R²≥0.999）。这种技术突破使得检测数据可比性提升40%，特别适用于航空航天级复合材料等高端材料的精准测试。

二、关键部件技术解析

高压发生系统采用3kVA工频变压器与电子调压器的复合结构，突破传统自耦调压器的功率限制。变压器次级绕组采用分段式设计，在500V以下区间设置精密绕组（线径0.05mm，匝间电容≤1pF），实现低压段±0.5%的电压控制精度。调压器采用晶闸管与机械传动复合调节，兼顾0-5000V/s的宽范围调速需求。

测量系统构建三重隔离防护体系：初级侧采用西门子S7-1200 PLC实现数字信号隔离，模拟量采集模块配备ADI公司的ADuM5410隔离芯片（隔离电压5kVrms），末级测量回路使用日本松野HV-P100系列高压分压器（精度等级0.2级）。这种架构使系统共模抑制比达到120dB，即使在10kV测试时也能保证漏电流测量精度±0.1μA。

机械执行机构采用松下MHMD022P1U步进电机驱动调压器碳刷，定位精度达到0.005mm，配合绝对式编码器形成闭环控制。电机驱动器内置32位DSP处理器，可实现每秒2000次的实时位置校正，确保升压速率在5000V/s时仍保持±2%的速度波动率。

三、软件系统与测试流程

控制软件基于协议构建分布式架构，主控界面与PLC间采用双重校验机制（CRC16+累加和校验）。动态曲线显示模块采用DirectX图形加速技术，支持10000点/秒的实时刷新率，确保在5kV/μs升压速率下仍可捕捉到1μs级的击穿事件。数据存储采用SQLite嵌入式数据库，支持GB级测试数据的毫秒级检索。

标准测试流程包含7个关键阶段：

1. 预电离处理：施加10%额定电压60秒，消除材料表面电荷积聚

2. 梯度升压：按预设速率线性升压，采样周期≤10ms

3. 击穿判定：综合电压跌落率（≥30%/ms）和电流突变（≥500%）双重判据

4. 自动放电：通过IGBT控制RLC谐振放电回路，2秒内将残余电压降至50V以下

5. 数据固化：自动记录击穿电压、升压时间、漏电流曲线等28项参数

6. 绝缘恢复：强制风冷系统使油杯温度在3分钟内降至40℃以下

7. 报告生成：自动生成符合GB/T1408、ASTM D149等标准的检测报告

四、特殊工况处理与安全设计

针对高湿度环境（RH≥85%），设备配置双级油过滤系统。第一级采用5μm金属滤网拦截悬浮颗粒，第二级使用分子筛滤芯吸附极性分子，确保绝缘油的体积电阻率始终维持在1×10¹⁴Ω·cm以上。试验油箱配备铂电阻温度传感器，当油温超过70℃时自动启动半导体制冷模块，温控精度±0.5℃。

安全防护系统构建五重保护机制：

- 门连锁装置：采用双冗余磁保持继电器，断开阻抗≥100MΩ

- 过流保护：分级式熔断器（0.1A/1A/10A）配合电子断路器

- 电弧监测：紫外传感器（响应波长180-260nm）结合高速摄像机（10000fps）

- 接地系统：独立接地网（接地电阻≤0.5Ω）配合等电位连接

- 应急放电：双通道放电棒（陶瓷绝缘，耐压100kV）与自动接地装置

五、设备校准与维护要点

年度校准需执行12项关键指标：

1. 电压表基本误差（0-100kV，0.5级）

2. 电流测量精度（1nA-10mA，1%±2digit）

3. 升压速率线性度（10-5000V/s，±2%）

4. 时间间隔测量误差（1ms-3600s，±0.01%）

5. 电极同轴度（≤0.02mm）

6. 油杯密封性（0.3MPa气压保持30min）

日常维护重点关注：

- 钨铜电极每50次试验后需用800目氧化铝抛光膏处理

- 绝缘油每200小时测试击穿电压（应≥60kV/2.5mm）

- 传动机构每月补充KLUBER Isoflex Topas NB52润滑脂

- 光电编码器窗口每季度用无水乙醇清洁

中航时代ZJC-100kV电压击穿试验仪的技术创新体现在将工业控制领域的先进技术（如西门子PLC、松下伺服）与高压测量技术深度融合，通过模块化设计（21个独立功能模块）实现了检测精度与可靠性的双重提升。其自主设计的油路循环系统、分布式散热结构等细节创新，使设备连续工作时间突破1000小时无衰减，为新材料研发提供了可靠的测试平台。

来源：小李科技讲堂