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固體電介質(zhì)擊穿電壓測試儀

一、參數(shù)介紹：

1、測試材料：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：高溫空氣中測試；高溫油中測試；

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、測量范圍：AC15～150kV； DC15～150kV

8、測量誤差： ≤2％

9、升壓速率： 0.5kV/s～10kV/s

10、耐壓時間：0～8H

11、漏電流： 1～30 mA可由計算機軟件自由進行設(shè)定

12、電源 ：交流220V±10%的單相交流電壓和50Hz±1%的頻率

13、試驗環(huán)境溫度：15 ～ 30℃，相對濕度：0～85%能夠穩(wěn)定運行。

14、外形尺寸長×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接地，接地附合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，金屬棒深埋地下至少要1.5米以下

17、型號：固體電介質(zhì)擊穿電壓測試儀ZJC-150E

二、絕緣材料抗電強度強電場作用下絕緣材料的破壞

在強電場中工作的絕緣材料，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)的擊穿場強來比較各種材料的耐擊穿能力，材料所能承受的最大電場強度稱為材料的抗電強度或介電強度， 其數(shù)值等于相應(yīng)的擊穿場強（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)在電場中擊穿現(xiàn)象相當(dāng)復(fù)雜，一 個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的特征（交流和直流，高頻 和低頻，脈沖電場等）以及器件的工作條件。

四、擊穿形式：

1、電擊穿

在強電場的作用下原來處于熱運動狀態(tài)的少數(shù)“自由電子"將沿反電場方向 定向運動。在其運動過程中不斷撞擊介質(zhì)內(nèi)的離子，同時將其部分能量轉(zhuǎn) 給這些離子，當(dāng)外加電壓足夠高是，自由電子定向運動的速度超過一定臨 界值可使介質(zhì)內(nèi)的離子電離出次級電子，這些電子都會從電場中吸取能量 而加速，又撞擊出第三級電子，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，這個過程大概只需要10－7－10－8s的時間，因此 電擊穿往往是瞬息完成的。

2、熱擊穿

絕緣材料在電場下工作時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)果進一步增大損耗，使發(fā)熱 量進一步增多，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介質(zhì)會出現(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

長期運行在高溫、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)長時間，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，由于氣體的游離放出的熱量使器件溫度 迅速上升，變價金屬氧化物在高溫下金屬離子加速從高價還原成低價離子， 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)的增加反過來又 使器件強烈發(fā)熱，導(dǎo)致最終擊穿。

六、影響抗電強度的因素：

（1）溫度 ：溫度對電擊穿影響不大； 對熱擊穿影響較大，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)擊穿的進程。

（2）頻率 ：頻率對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、抗電強度的測量與應(yīng)用：

在特定的條件下進行，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，擊穿場強，耐電壓的實驗方法。對試樣的尺寸，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

在強電場作用下，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。均勻電場中，擊穿電壓與固體電介質(zhì)厚度之比稱為擊穿電場強度（簡稱擊穿場強，又稱介電強度），它反映固體電介質(zhì)自身的耐電強度。不均勻電場中，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強，它低于均勻電場中固體電介質(zhì)的介電強度。

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，導(dǎo)致電介質(zhì)喪失絕緣性能。對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，所以電擊穿有時又稱本征擊穿。本征擊穿過程所需時間為10-8s數(shù)量級，擊穿場強大于1MV/cm。

1.2 熱擊穿

在電場作用下，固體電介質(zhì)承受的電場強度雖不足以發(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、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，甚至從一個電極伸展到另一個電極。在電場作用下，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，會發(fā)生局部放電。與固體電介質(zhì)接觸的電極邊緣場強較強的局部區(qū)域內(nèi)如有氣體或液體電介質(zhì)，這里也會發(fā)生局部放電。局部放電的長期作用會使固體電介質(zhì)逐步損壞。

電場越強，溫度越高，電壓作用時間越長，固體電介質(zhì)的化學(xué)變化進行得越強烈，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：電場的不均勻程度，作用電壓的種類及施加的時間，溫度，固體電介質(zhì)性能、結(jié)構(gòu)，電壓作用次數(shù)，機械負(fù)荷，受潮等。

2、提高固體擊穿電壓的方法：

（1）改進制造工藝，使介質(zhì)可能做到均勻致密。

（2）改進絕緣設(shè)計，使電場分布均勻。

（3）改善絕緣的運行條件。

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)的耐電強度，改善局部放電特性和增強散熱冷卻的能力。由于電容器絕緣介質(zhì)的工作電場強度較高，同時冷卻條件較差，因此對浸漬的技術(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、溫度有變動體積改變明顯，而鉛鋁護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，提高絕緣強度。由于薄紙的電氣強度高，通常包纏用的紙帶改用0.045～0.075mm的薄紙來代替常用的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代替電纜油，用薄膜-纖維合成紙來代替電纜紙。

（2）采取合理的絕緣結(jié)構(gòu)。使各部分絕緣的耐電強度與其承受的場強相匹配；改善電極形狀及表面光潔度，是電場分布均勻；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，電場屬非同軸圓柱分布，平行于紙層方向?qū)⒊霈F(xiàn)較強的切線分量，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，若線芯及金屬護層表面均光滑，其間絕緣層中的電場分布近于同軸圓柱體電場，電場分布較為均勻。

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，或制成絕緣筒及對鐵軛的角環(huán)等。在電場很不均勻的區(qū)域，如對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不如繞組中部均勻，故高壓進線布置在繞組中部，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，需要加進靜電板以改善繞組近端部處的電場分布。靜電板是在絕緣環(huán)上用金屬帶包纏成一個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）在運行中，注意防止塵污、防潮和有害氣體的侵蝕，加強散熱冷卻，如自然通風(fēng)、強迫通風(fēng)、氫冷、油冷、水內(nèi)冷等措施。如油、紙絕緣的配合使用，可以彌補各自缺點，顯著增強絕緣性能，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)場如需吊芯，務(wù)必選擇晴朗干燥天氣，盡量縮短暴露時間。對于長期停運的變壓器再重新投入前，需檢查是否受潮，有時還可以先預(yù)熱干燥后再投入運行。