固體電介質(zhì)擊穿電壓測(cè)試儀

一、參數(shù)介紹：

1、測(cè)試材料：絕緣材料類；

2、符合標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1408.1-2016；IEC60243-1：2013；GB/T1408.2-2016；IEC60243-2：2013；ASTM D149；GB/T1695-2005；

3、可選配：高溫空氣中測(cè)試；高溫油中測(cè)試；

4、輸入電壓：AC220V 50Hz 

5、輸出電壓：AC：0～150kV； DC：0～150kV

6、輸出功率：15kVA

7、測(cè)量范圍：AC15～150kV； DC15～150kV

8、測(cè)量誤差： ≤2％

9、升壓速率： 0.5kV/s～10kV/s

10、耐壓時(shí)間：0～8H

11、漏電流： 1～30 mA可由計(jì)算機(jī)軟件自由進(jìn)行設(shè)定

12、電源 ：交流220V±10%的單相交流電壓和50Hz±1%的頻率

13、試驗(yàn)環(huán)境溫度：15 ～ 30℃，相對(duì)濕度：0～85%能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

14、外形尺寸長(zhǎng)×寬×高：1980mm×1220 mm×1750mm（參考）

15、設(shè)備自重：1500Kg（參考）

16、接地要求儀器需要單獨(dú)接地，接地附合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，金屬棒深埋地下至少要1.5米以下

17、型號(hào)：固體電介質(zhì)擊穿電壓測(cè)試儀ZJC-150E

二、絕緣材料抗電強(qiáng)度強(qiáng)電場(chǎng)作用下絕緣材料的破壞

在強(qiáng)電場(chǎng)中工作的絕緣材料，當(dāng)所承受的電壓超越一臨界 值V穿時(shí)便喪失了絕緣材料性能而被擊穿，這種現(xiàn)象稱為 電介質(zhì)的擊穿，V穿稱為擊穿電壓。

采用相應(yīng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)來(lái)比較各種材料的耐擊穿能力，材料所能承受的最大電場(chǎng)強(qiáng)度稱為材料的抗電強(qiáng)度或介電強(qiáng)度， 其數(shù)值等于相應(yīng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)（V/m）：

E穿 =V穿/d

三、影響材料擊穿電壓的因素：

 材料本身的性質(zhì)：固體介質(zhì)的擊穿同時(shí)伴隨著材料的破壞，而氣體及液體介質(zhì)被擊穿后，隨著外 電場(chǎng)的撤銷仍然能恢復(fù)材料性能。

外界因素：試樣和電極的形狀、外界的媒介、溫 度、壓力等。

電介質(zhì)的擊穿形式：介質(zhì)在電場(chǎng)中擊穿現(xiàn)象相當(dāng)復(fù)雜，一 個(gè)器件的擊穿可能有多種擊穿形式，主要有： 電擊穿 、熱擊穿 、化學(xué)擊穿

對(duì)于任意一種材料，這3種形式的擊穿都可能發(fā)生，主要 取決于試樣的缺陷情況及電場(chǎng)的特征（交流和直流，高頻 和低頻，脈沖電場(chǎng)等）以及器件的工作條件。

四、擊穿形式：

1、電擊穿

在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下原來(lái)處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的少數(shù)“自由電子”將沿反電場(chǎng)方向 定向運(yùn)動(dòng)。在其運(yùn)動(dòng)過程中不斷撞擊介質(zhì)內(nèi)的離子，同時(shí)將其部分能量轉(zhuǎn) 給這些離子，當(dāng)外加電壓足夠高是，自由電子定向運(yùn)動(dòng)的速度超過一定臨 界值可使介質(zhì)內(nèi)的離子電離出次級(jí)電子，這些電子都會(huì)從電場(chǎng)中吸取能量 而加速，又撞擊出第三級(jí)電子，連鎖反應(yīng)將造成大量自由電子形成 “雪 崩” ，導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿，這個(gè)過程大概只需要10－7－10－8s的時(shí)間，因此 電擊穿往往是瞬息完成的。

2、熱擊穿

絕緣材料在電場(chǎng)下工作時(shí)由于各種形式的損耗，部分電 能轉(zhuǎn)變成熱能，使介質(zhì)被加熱，若器件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量 大于器件散發(fā)出去的熱量，則熱量就在器件內(nèi)部積聚， 使器件溫度升高，升溫的結(jié)果進(jìn)一步增大損耗，使發(fā)熱 量進(jìn)一步增多，這樣惡性循環(huán)的結(jié)果使器件溫度不斷上 升，當(dāng)溫度超過一定限度時(shí)介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)燒裂、熔融等現(xiàn) 象而wan全喪失絕緣能力，這就是介質(zhì)的熱擊穿。

3、化學(xué)擊穿

長(zhǎng)期運(yùn)行在高溫、潮濕、高電壓或腐蝕性氣體環(huán)境 下的絕緣材料往往會(huì)發(fā)生化學(xué)擊穿，化學(xué)擊穿和材 料內(nèi)部的電解、腐蝕、氧化、還原、氣孔中氣體電 離等一系列不可逆變化有很大的關(guān)系，而且需要相

當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，材料被“老化” ，逐漸喪失絕緣性能， 最后導(dǎo)致被擊穿而破壞。

五、化學(xué)擊穿的機(jī)理：

（1）在直流和低頻交變電壓下，由于離子式電導(dǎo)引起電解過程，材料中發(fā) 生電還原作用，使材料的電導(dǎo)損耗急劇上升，最后由于強(qiáng)烈發(fā)熱成為熱化 學(xué)擊穿；

（2）當(dāng)材料中存在著封閉氣孔時(shí)，由于氣體的游離放出的熱量使器件溫度 迅速上升，變價(jià)金屬氧化物在高溫下金屬離子加速從高價(jià)還原成低價(jià)離子， 甚至還原成金屬原子，使材料電子式電導(dǎo)大大增加，電導(dǎo)的增加反過來(lái)又 使器件強(qiáng)烈發(fā)熱，導(dǎo)致最終擊穿。

六、影響抗電強(qiáng)度的因素：

（1）溫度 ：溫度對(duì)電擊穿影響不大； 對(duì)熱擊穿影響較大，溫度升高使材料的漏導(dǎo)電流增大，損耗增大，發(fā)熱量增 加，促進(jìn)了熱擊穿的產(chǎn)生； 環(huán)境的溫度升高使器件內(nèi)部的熱量不容易散發(fā)，進(jìn)一步加大了熱擊穿傾向。 溫度升高使材料的化學(xué)反應(yīng)加速，促使材料老化，加快了化學(xué)擊穿的進(jìn)程。

（2）頻率 ：頻率對(duì)熱擊穿有很大的影響，在一般情況下，如果其他條件不變，則E穿與 頻率w的平方根成反比，

七、抗電強(qiáng)度的測(cè)量與應(yīng)用：

在特定的條件下進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)GB/T1408.1-2016；IEC60243-1：2013；GB/T1408.2-2016；IEC60243-2：2013；ASTM D149；GB/T1695-2005；規(guī)定了固體電工材料頻擊穿電壓，擊穿場(chǎng)強(qiáng)，耐電壓的實(shí)驗(yàn)方法。對(duì)試樣的尺寸，電極的形狀，加壓方式等都做了規(guī)定。

八、提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法

【摘 要】文章介紹提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法。通過功能概述、要點(diǎn)歸納，掌握提高固體電介質(zhì)擊穿電壓常用方法和措施。

【關(guān)鍵詞】介質(zhì)擊穿；絕緣

在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，固體電介質(zhì)喪失電絕緣能力而由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)。導(dǎo)致?lián)舸┑膠ui低臨界電壓稱為擊穿電壓。均勻電場(chǎng)中，擊穿電壓與固體電介質(zhì)厚度之比稱為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱擊穿場(chǎng)強(qiáng)，又稱介電強(qiáng)度），它反映固體電介質(zhì)自身的耐電強(qiáng)度。不均勻電場(chǎng)中，擊穿電壓與擊穿處固體電介質(zhì)厚度之比稱為平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)，它低于均勻電場(chǎng)中固體電介質(zhì)的介電強(qiáng)度。

1、擊穿形式

根據(jù)擊穿的發(fā)展過程，固體電介質(zhì)的擊穿可分為3種形式：電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿，同一種電介質(zhì)中發(fā)生何種形式的擊穿，取決于不同的外界因素。隨著擊穿過程中固體電介質(zhì)內(nèi)部的變化，擊穿過程可以從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。

1.1 電擊穿

取決于固體電介質(zhì)中碰撞電離的一種擊穿形式。電場(chǎng)使電介質(zhì)中積聚起足夠數(shù)量和足夠能量的帶電質(zhì)點(diǎn)，導(dǎo)致電介質(zhì)喪失絕緣性能。對(duì)于電擊穿有以下幾種不同的理論解釋：本征擊穿、電子崩擊穿和電致機(jī)械應(yīng)力擊穿，通常以本征擊穿代表電擊穿，所以電擊穿有時(shí)又稱本征擊穿。本征擊穿過程所需時(shí)間為10-8s數(shù)量級(jí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)大于1MV/cm。

1.2 熱擊穿

在電場(chǎng)作用下，固體電介質(zhì)承受的電場(chǎng)強(qiáng)度雖不足以發(fā)生電擊穿，但因電介質(zhì)內(nèi)部熱量積累、溫度過高而導(dǎo)致失去絕緣能力，從而由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)。

1.3 電化學(xué)擊穿

在電場(chǎng)、溫度等因素作用下，固體電介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)變化，性能逐漸劣化，最終喪失絕緣能力，從而由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)。電化學(xué)擊穿過程包括兩部分：因固體電介質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化而引起的電介質(zhì)老化；與老化有關(guān)的擊穿過程。

固體電介質(zhì)發(fā)生緩慢化學(xué)變化的原因多種多樣。直流電壓下，固體電介質(zhì)因離子電導(dǎo)而發(fā)生電解，結(jié)果在電極附近形成導(dǎo)電的金屬樹枝狀物，甚至從一個(gè)電極伸展到另一個(gè)電極。在電場(chǎng)作用下，固體電介質(zhì)內(nèi)部的氣泡中，或不同固體電介質(zhì)之間的氣隙或油隙中，會(huì)發(fā)生局部放電。與固體電介質(zhì)接觸的電極邊緣場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng)的局部區(qū)域內(nèi)如有氣體或液體電介質(zhì)，這里也會(huì)發(fā)生局部放電。局部放電的長(zhǎng)期作用會(huì)使固體電介質(zhì)逐步損壞。

電場(chǎng)越強(qiáng)，溫度越高，電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)，固體電介質(zhì)的化學(xué)變化進(jìn)行得越強(qiáng)烈，其性能的劣化也越嚴(yán)重。

固體電介質(zhì)的化學(xué)變化通常使其電導(dǎo)增加，這會(huì)使固體電介質(zhì)的溫度上升，因而電化學(xué)擊穿的最終形式是熱擊穿。

影響因素：影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的主要因素有：電場(chǎng)的不均勻程度，作用電壓的種類及施加的時(shí)間，溫度，固體電介質(zhì)性能、結(jié)構(gòu)，電壓作用次數(shù)，機(jī)械負(fù)荷，受潮等。

2、提高固體擊穿電壓的方法：

（1）改進(jìn)制造工藝，使介質(zhì)可能做到均勻致密。

（2）改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)，使電場(chǎng)分布均勻。

（3）改善絕緣的運(yùn)行條件。

3、提高固體擊穿電壓的具體措施：

（1）通過精選材料、改善工藝、真空干燥、加強(qiáng)油浸（油、膠、漆），以清除固體電介質(zhì)中殘留的雜質(zhì)、氣泡、水分等。

如電力電容器內(nèi)部的浸漬劑主要作用是填充固體絕緣介質(zhì)的空隙，以提高介質(zhì)的耐電強(qiáng)度，改善局部放電特性和增強(qiáng)散熱冷卻的能力。由于電容器絕緣介質(zhì)的工作電場(chǎng)強(qiáng)度較高，同時(shí)冷卻條件較差，因此對(duì)浸漬的技術(shù)性能要求較高。目前采用表面粗化薄膜，并在高真空下浸漬而形成的全膜電容器已廣泛應(yīng)用。

紙絕緣電纜在運(yùn)行過程中，由于黏性浸漬劑的熱膨脹系數(shù)大，在負(fù)荷、溫度有變動(dòng)體積改變明顯，而鉛鋁護(hù)套受熱后冷卻難以恢復(fù)原有尺寸，絕緣內(nèi)部容易形成氣隙。故黏性浸漬電纜僅適用于35KV以下交流系統(tǒng)。

更高電壓的油紙電纜選用黏度較低的電纜油浸漬，并加以油壓，以減小油中氣隙，提高絕緣強(qiáng)度。由于薄紙的電氣強(qiáng)度高，通常包纏用的紙帶改用0.045～0.075mm的薄紙來(lái)代替常用的0.12mm厚的電纜紙。隨著絕緣材料的發(fā)展，用烷基苯等合成油來(lái)代替電纜油，用薄膜-纖維合成紙來(lái)代替電纜紙。

（2）采取合理的絕緣結(jié)構(gòu)。使各部分絕緣的耐電強(qiáng)度與其承受的場(chǎng)強(qiáng)相匹配；改善電極形狀及表面光潔度，是電場(chǎng)分布均勻；改善電極與絕緣體的接觸狀態(tài)，消除接觸觸電的氣隙或使接觸處的氣隙不承受電位差，如用半導(dǎo)體漆。

帶絕緣（總包絕緣）的三相交流電纜方式，電場(chǎng)屬非同軸圓柱分布，平行于紙層方向?qū)⒊霈F(xiàn)較強(qiáng)的切線分量，從而容易出現(xiàn)滑閃放電。故10KV以上的三芯電纜不用帶絕緣結(jié)構(gòu)而改用分相鉛包（或屏蔽）的，若線芯及金屬護(hù)層表面均光滑，其間絕緣層中的電場(chǎng)分布近于同軸圓柱體電場(chǎng)，電場(chǎng)分布較為均勻。

交流110KV及以上的高壓套管常用電容式套管，它是在導(dǎo)電桿上包以多層絕緣紙構(gòu)成，在層間按設(shè)計(jì)要求位置加有鋁箔，以起到均壓作用。

油浸式變壓器中常用的絕緣紙有兩種：①電纜紙（通常用0.08～0.12mm厚），主要用于導(dǎo)線絕緣、層間絕緣及引線絕緣等；②更薄的電話紙和更柔軟的皺紋紙有利于包緊出線頭、引線等。絕緣紙板常用作繞組間的墊塊、隔板等，或制成絕緣筒及對(duì)鐵軛的角環(huán)等。在電場(chǎng)很不均勻的區(qū)域，如對(duì)鐵軛或高壓引線絕緣，也采用由紙漿制成合適形狀的絕緣成型件，以改善電場(chǎng)分布，防止發(fā)生沿面滑閃放電。通常變壓器繞組與鐵軛間的電場(chǎng)不如繞組中部均勻，故高壓進(jìn)線布置在繞組中部，若需將高壓引線（或自耦變壓器的中壓引線）安置在繞組端部時(shí)，需要加進(jìn)靜電板以改善繞組近端部處的電場(chǎng)分布。靜電板是在絕緣環(huán)上用金屬帶包纏成一個(gè)具有較大曲率半徑的不閉合金屬環(huán)，再包以很厚的絕緣層。

（3）在運(yùn)行中，注意防止塵污、防潮和有害氣體的侵蝕，加強(qiáng)散熱冷卻，如自然通風(fēng)、強(qiáng)迫通風(fēng)、氫冷、油冷、水內(nèi)冷等措施。如油、紙絕緣的配合使用，可以彌補(bǔ)各自缺點(diǎn)，顯著增強(qiáng)絕緣性能，但紙纖維為多孔性的極性介質(zhì)，極易吸收水分，即使經(jīng)過干燥油浸處理仍會(huì)吸潮。因此，在出廠前變壓器內(nèi)纖維的含水量應(yīng)降低到0.3%～0.5%，在現(xiàn)場(chǎng)如需吊芯，務(wù)必選擇晴朗干燥天氣，盡量縮短暴露時(shí)間。對(duì)于長(zhǎng)期停運(yùn)的變壓器再重新投入前，需檢查是否受潮，有時(shí)還可以先預(yù)熱干燥后再投入運(yùn)行。