介電強度

一、基本概念：

1、電擊穿：

高分子材料在一定電壓范圍內是絕緣體，但隨著施加電壓的升高，性能會逐漸下降。當電壓升到一定值時變成局部導電，此時稱材料被擊穿。

2、介電強度（擊穿強度）：

指造成聚合物材料介電破壞時所需的最大電壓，一般以單位厚度的試樣被擊穿時的電壓數表示。    

                              E=V/d

式中：E——介電強度，KV/mm

          V擊穿——擊穿電壓，KV

          d——試樣厚度，mm

二、基本原理：

通常介電強度越高，材料的絕緣質量越好。

塑料擊穿的主要表現：

絕緣性能破壞，擊穿點上產生電弧，材料穿孔熔化、變焦、燒毀等。

固體介質中，總有一些自由電子存在，在外電場作用下被加速而撞擊中性原子，致使原子電離，最終造成材料擊穿。

高分子的擊穿通常與溫度有關：

當低于某一溫度時，界電強度與溫度無關——電擊穿

高于這一溫度時，隨溫度升高而界電強度降低。

高分子材料在發(fā)生電擊穿時，常伴隨有熱擊穿。

熱擊穿，介電強度隨溫度增加而迅速降低。

塑料擊穿的特點：

塑料材料的擊穿過程，通常伴隨著熱擊穿與電擊穿，很難說界定是某種擊穿。

一般來說，工作溫度高，散熱條件差，介質電導及損耗大的材料，發(fā)生熱擊穿的幾率高。

熱擊穿的原理：

塑料介質在電場中發(fā)生的熱量大于它能散發(fā)的熱量，使其內部溫度不斷升高。

溫度升高導致其電阻下降，流經試樣電流增大，產生的熱量更多，如此循環(huán)不已，致使介質轉變?yōu)榱硪环N聚集態(tài)，失去了耐電壓能力、材料被破壞。

熱擊穿的外部表現：

介電強度隨溫度升高而迅速下降；

熱擊穿與電壓作用的長短有關；

與電場畸變及周圍介質的電性能關系不大；

擊穿點多發(fā)生在電極內部。

三、試驗方法：

短時法 （連續(xù)均勻升壓）

   施加于試樣的電壓從零開始，以均勻速率逐漸增加到材料發(fā)生介電破壞。

低速升壓法 （逐級升壓）

   將預測擊穿電壓值的一半作為起始電壓，然后以均勻速率增加電壓直到發(fā)生擊穿。

   每級升壓值大約為V擊穿的5~10%。測試的試樣厚度一般是1.59mm

四、介電強度試驗方法有：

GB/T1408.1-2016；

IEC60243-1：2013

GB/T1408.2-2016；

IEC60243-2：2013

ASTM D149；

GB/T1695-2005；

五、試樣制備與處理：

根據測試產品規(guī)格及測試要求，采用模塑成型或機械加工方法制備試樣。與電極接觸的試樣兩表面要平行，并且應盡可能平整光滑，試樣厚度一般不大于3mm，當厚度大于3mm時，單面成（3±0.2）mm，未加工面應與高壓電極接觸。

         注意：不同厚度的試樣其結果不能進行比較。

對于垂直于材料表面的試驗，要求試樣有足夠大的面積以防止試驗過程中發(fā)生閃絡。

（注：閃絡：試樣和電極周圍的氣體或液體煤質承受電應力作用時，其絕緣性能損失，由此引起的試驗回路電流促使相應的回路斷路器動作）

試樣的幾何形狀見下表，每組試樣數量不得少于3個：

試樣預處理應遵循測試材料的產品規(guī)格進行。如果沒有特殊要求，則試樣在溫度為（23±2）℃，相對濕度為（50±5）％的條件下不少于24h。

六、試樣條件：

（1）常態(tài)實驗環(huán)境條件：溫度為20±5℃，相對濕度為65±5％。

（2）熱態(tài)實驗或潮濕環(huán)境實驗條件由產品標準予以規(guī)定。

（3）實驗煤質：介電強度試驗應盡量在接近測試材料的實際使用環(huán)境的煤質中進行，同時應避免測試中發(fā)生閃絡。選用的煤質不應與被測試試樣發(fā)生反應。通常選用的液體煤質應符合IEC 60296:2003的變壓器油，當在礦物油會發(fā)生膨脹的材料，也可以采用其他液體（如硅油）。對擊穿電壓值相對較低的試樣，可以直接在空氣中試驗。

七、實驗步驟：

（1）選擇試樣，并根據產品要求對試樣進行預處理。

（2）調節(jié)環(huán)境的溫濕度并選好試驗煤質。試驗環(huán)境的調節(jié)：常態(tài)溫度為20±5℃，相對濕度為65±5％。熱態(tài)或潮濕環(huán)境的試驗條件按產品標準規(guī)定調節(jié)。試驗煤質：氣體煤質一般采用空氣，液體煤質用變壓器油或耐高溫的氣缸油。

（3）測量試樣厚度。用厚度測量儀在試樣測量電極面積下，沿直徑測量試樣厚度不少于3點，取其算術平均值作為試樣厚度，測量誤差為±0.01mm。

（4）試樣經測厚和預處理后，再用綢布蘸上對材料無任何作用的溶劑擦凈表面，裝入儀器內兩電極之間，保持良好的接觸，開始試驗。

（5）測試介電強度。

（6）耐電壓實驗。

八、實驗結果：

（1）擊穿的判斷：在電擊穿時，回路中的電流增加和試樣兩端電壓下降，使斷路器跳開或熔絲燒斷。試樣沿施加電壓方向及位置有貫穿小孔、開裂或燒焦等痕跡。如果痕跡不清，可用重復施加試驗電壓來判斷。

（2）介電強度計算：按式（5-15）計算

Eb＝Ub／d

式中： Eb－擊穿強度，KV/mm；

       Ub－擊穿電壓，KV，以各次實驗的算術平均    值作為實驗結果，取三位有效數字；

       d－試樣厚度，mm。

 以5次實驗的平均值作為實驗結果，取三位有效數字。

      如個別實驗值對平均值的相對誤差超過15%，則另取樣進行5次實驗，實驗結果由10次實驗的算術平均值計算。

九、實驗設備：

ZJC-50E介電強度測試儀

ZJC-100E介電強度測試儀

試驗主機由高壓變壓器、調壓變壓器、保護電路等部件組成：

十、介電強度測試裝置(高壓試驗變壓器)的維護：

(1)要經常檢查儀器室外及室內接地是否可靠。

(2)參加試驗人員必須遵守試驗裝置使用操作規(guī)程，確保試驗安全。

(3)試驗電壓通常應不大于儀器最高工作電壓的80％(如≤80kV)。

(4)隨時保持工作環(huán)境的清潔，應避免儀器工作媒質受到臟物污染。

介電強度|耐電壓擊穿強度測試儀

1、介電強度試驗電壓上升曲線的選擇

介電強度試驗時，電壓上升曲線的選擇在相關 手冊中可以查到，但往往是幾十年以前定出的。目 前，隨著電介質材料及其介電性能研究的深入，以及 計算機技術的發(fā)展，特別是單片機技術的成熟與成 本的下降，為進一步探討更合理的電壓上升曲線提 供了可能與必要。

介電強度是最基本的絕緣特性參數，介電強度 試驗分為擊穿試驗和耐壓試驗。在電氣產品的生產 使用過程中，經常要做介電強度試驗。如電機產品 生產過程中，分別要在定子嵌線、浸絕緣漆、電機裝 配等工序做耐壓試驗，出廠時又要做耐壓試驗。每經 過一次耐壓試驗，絕緣多少要受到一些破壞，因此，電機廠在制定生產工藝時，規(guī)定的試驗電壓值往往 前道工序高，后道工序低。特別是有些廠家的電氣產 品，介電強度自檢時合格，而在有關部門抽檢時卻出 現了不合格的情況，主要原因是電氣絕緣經多次介 電強度試驗，已受到一定程度的損壞。文中希望通過 對電壓上升曲線合理選擇，來最大限度地減少各次 介電強度試驗對電氣絕緣的損害。

2、合理的電壓上升曲線

所有絕緣材料都只能在一定的電場強度以下保 持其絕緣特性，當電場強度超過一定限度時，絕緣材料便會瞬間失去絕緣特性，造成電極間短路，稱為電 氣擊穿。絕緣材料電氣擊穿以后，通過擊穿處的電 流會突然增大。當電導性電流流過一個弱導電性的 導體時，焦耳效應會對材料加熱，材料的電導率隨溫 度的增加而上升，反過來又引起電流的增加，如此依 次循環(huán)，如果絕緣材料上累積的熱量不能因熱傳導 或界面上的熱幅射而足夠快地散發(fā)掉，導致熱過載 造成材料久性的破壞，稱為熱擊穿。絕緣材料并 不是全的絕緣，在介電強度試驗過程中，通過絕緣 體的漏電流始終存在，如果此漏電流過大或上升速 度過快，使絕緣材料來不及散熱，同樣會加速絕緣組 織的老化和破壞。因此只有找到絕緣材料所加電壓、通過的電流與材料溫升之間的關系，才能找到合理 的電壓上升曲線。

儀器特點：

1、獨立的控制系統(tǒng)，模塊式結構方便于售后維護，外觀美觀大氣，整個實驗過程中無噪音，電級自動對中定位，操作方便，安全系數大，精度高。
2、由設備本身觸摸屏及控制面板進行操作控制，如不需要進行曲線分析，可不配備計算機。
3、如需進行曲線分析，可配備計算機，只進行數據及曲線記錄功能，不進行設備控制，避免了試驗人員在計算機和設備間交替操作，更人性化。
4、設備具有試驗參數記憶功能，相同試驗條件不需要每次試驗都進行設置，且斷電仍會記憶最后一次試驗設置參數。
5、試驗界面簡單明了，且配有示意曲線說明，參數不同，曲線走勢不同，方便理解。
6、控制面板簡潔，功能標注明確，操作簡單。
7、可記錄并同時顯示10次試驗記錄，方便試驗數據的對比分析。且可以隨時舍棄不理想的任意一組數據。
8、增加了U盤下載功能，可以將設備中的試驗記錄直接下載到U盤中。
9、如配備計算機，可生成詳細的試驗報告單，包括每一組具體信息，多組綜合信息，及曲線。
10、設備試驗界面采用儀表盤及數字同時且實時顯示的方式，更方便試驗過程的觀看。
11、設備具有安全警告提示，在未關閉試驗箱門時試驗無法開始，且會彈出警告，在滿度（即：高壓變壓器無輸出）時會彈出警告，且試驗過程中如果開門，試驗會自動結束。
12、采用藍牙數據傳輸，解決由于有隔離墻阻擋穿墻過線的麻煩和遠距離操作安全可靠；
13、設備配有三色報警燈，綠燈亮時表示箱門關閉良好可以開始試驗，黃燈亮時表示試驗箱門打開，此時可進行試樣更換。紅燈亮時表示高壓大于0.5KV，此時不要開箱門。直流試驗結束放電過程警報燈會閃爍且報警。（總結：綠燈箱門關閉良好，黃燈開門小心操作，紅燈有高壓）
優(yōu)勢：
1、*自動放電；
2、*交流電壓、直流電壓測試誤差1%；
3、*電極支架采用優(yōu)質環(huán)氧板；
4、*軟件可連續(xù)做10組試驗對比；
5、*試驗曲線不同顏色，可疊加對比；
6、*軟件可設置電流保護功能；
7、*帶有主機控制區(qū)域，不通過電腦可單獨控制主機；
8、*主機帶有電壓、電流顯示功能；
9、*內置排風裝置；
10、*內置照明功能；
11、*放電報警裝置；
12、*藍牙遠程控制；
13、*三色燈報警裝置（綠燈箱門關閉良好，黃燈開門小心操作，紅燈有高壓）；
14、*可實現觸摸屏或電腦雙重操作；
15、*可實現組合編程，梯度升壓的升壓和耐壓時間可分別單獨設置；
16、*U盤下載功能，可以將設備中的試驗記錄直接下載到U盤中。

主要技術參數：

設備名稱：介電強度|耐電壓擊穿強度測試儀（計算機控制）

測量范圍：0-100kV  功率：10kVA  漏電流：1-30mA  升壓速率：0.1kv/s-5kv/s

輸入電壓：AC 220V±10%

電源頻率：50-60Hz

高壓變壓器功率：5kVA

輸出電壓：AC 0～50kV  ,DC 0～50kV

測量精度：±1%

測量范圍：1kV～50kV

升壓方式選擇功能：1；連續(xù)升壓；2；逐級升壓；3；瞬時升壓。

升壓速率設定功能：0.100 kV/s ～ 5.000kV/s

外形尺寸：1000mm*700mm*1400mm(ZJC-50E產品)；

測試材料：絕緣材料類；

符合標準：GB/T1408.1-2016；IEC60243-1：2013；GB/T1408.2-2016；IEC60243-2：2013；ASTM D149；GB/T1695-2005；

可選配：高溫空氣中測試；高溫油中測試；