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電氣介電強(qiáng)度|交直流介電擊穿電壓測(cè)定儀

介電強(qiáng)度

一、概述：

1、定義：絕緣材料或結(jié)構(gòu)，在電場(chǎng)作用下瞬間失去絕緣特性，造成電極間短路，稱為電氣擊穿。絕緣材料或結(jié)構(gòu)發(fā)生擊穿時(shí)所加的電壓稱為擊穿電壓，擊穿點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)稱為擊穿場(chǎng)強(qiáng)。

式中：EB—擊穿場(chǎng)強(qiáng)（MV/mm）;UB—在規(guī)定試驗(yàn)條件下，兩極間的擊穿電壓(MV或KV);d—兩電極間擊穿部位的距離，即試樣在擊穿部位的厚度（m或mm）

閃絡(luò)：--指高壓電器(如高壓絕緣子)在絕緣表面發(fā)生的放電現(xiàn)象,稱為表面閃絡(luò),簡(jiǎn)稱閃絡(luò).

絕緣閃絡(luò)： 絕緣材料在電場(chǎng)作用下，尚未發(fā)生絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿時(shí)，在其表面或與電極接觸的空氣(離子化氣體)中發(fā)生的放電現(xiàn)象，稱為絕緣閃絡(luò)。

二、影響介電強(qiáng)度的因素：

1、電壓波形 直流、工頻正弦及沖擊電壓下，擊穿機(jī)理不同，所測(cè)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)也不同，工頻交流電壓下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比直流和沖擊電壓下的低得多。

2、電壓作用時(shí)間，無(wú)論電擊穿還是熱擊穿都需要時(shí)間，隨著加壓時(shí)間的增長(zhǎng)，擊穿電壓明顯下降。

3、電場(chǎng)的均勻性及電壓的極性，電場(chǎng)不均勻往往測(cè)得的電壓比本征擊穿值低。

4、試樣的厚度與不均勻性 試樣的厚度增加，電極邊緣電場(chǎng)就更不均勻，試樣內(nèi)部的熱量更不易散發(fā)，試樣內(nèi)部的含有缺陷的幾率增大，這些都會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降。

5、環(huán)境條件  試樣周圍的環(huán)境條件，如溫度、濕度以及壓力等都會(huì)影響試樣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)；溫度升高，通常會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降；濕度增大，會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降；氣壓對(duì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響，主要是對(duì)氣體而言。氣壓高，擊穿場(chǎng)強(qiáng)升高；但接近真空時(shí)，也會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)升高。另外還有：時(shí)間、輻射、機(jī)械力、電極材料及極性效應(yīng)。

三、擊穿機(jī)理：

1氣體介質(zhì)擊穿

1）撞擊游離：氣體介質(zhì)在電場(chǎng)中，由于受輻照、電能、熱能等因素的作用，總會(huì)存在少量的離子和電子。

這些帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過程中必然和氣體的分子或原子相撞，如果帶電粒子的能量大于分子或原子的電離能，則可能由于碰撞時(shí)能量的交換而使分子或原子產(chǎn)生電離（即使帶電粒子的能量小于電離能，經(jīng)過多次碰撞也可能使分子發(fā)生電離）。氣體分子電離之后，放出的電子又在電場(chǎng)中加速碰撞其它的分子或原子使之產(chǎn)生電離，因此電子 的總數(shù)越來(lái)越多形成電子崩。同時(shí)由于離子的質(zhì)點(diǎn)大，速度慢，而集聚在陰極的附近，造成陰極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度增高，使電子 不斷從陰極被拉出，源源不斷地投入氣體中，這就形成 了自持放電即氣體擊穿。這種擊穿理論是符合低氣壓短間隙（電極間的距離近）的氣體擊穿。

2）流柱理論：在長(zhǎng)間隙、高氣壓中的放電，除了撞擊之外，形成放電發(fā)展的主要因素是光游離。在電子崩發(fā)展到一定階段后，電子崩的前部的離子復(fù)合增強(qiáng)，而復(fù)合時(shí)放出的光子又引起周圍氣體電離，于是又形成新的電子崩，這樣在電子崩之間呈成為電子離子的混合通道，這個(gè)混合通道稱為流柱。

3）在均勻和不均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿電壓，在均勻電場(chǎng)中，氣體擊穿電壓與氣體起始電離電壓相近。擊穿電壓與氣體壓力和電極間的距離的乘積成相關(guān)。這種關(guān)系規(guī)律稱巴申定律。在不均勻電場(chǎng)中，氣體的擊穿電壓將高于氣體起始電離擊穿電壓，因電場(chǎng)ZUI強(qiáng)的地方總首先開始局部電離放電，之后才逐漸擴(kuò)大放電范圍，直到放電貫穿兩電極

時(shí)才發(fā)生擊穿。

2、液體介質(zhì)的擊穿

1）小橋理論：在液體介質(zhì)中，含有的各種雜質(zhì)，如灰塵、纖維、水分等，這些雜質(zhì)在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生極化并沿著電場(chǎng)方向排列起來(lái)，移向電場(chǎng)強(qiáng)度高的地方連成小橋，而使電場(chǎng)發(fā)生畸變。造成擊穿電場(chǎng)下降。2）撞擊游離 和氣體電離的理論類似。不過由于液體中分子間的距離比氣體小得多，電子在兩次碰撞間的自由行程也短得多，因此，要獲得足夠的能量就要需要更高的電場(chǎng)強(qiáng)度，這說(shuō)明液體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比氣體高的多。

3、固體材料的電擊穿理論 固體材料的本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)比液體材料高得多，一般在50-150兆伏/米由于固體材料聚集很緊，電子在其中的運(yùn)動(dòng)就不能簡(jiǎn)單地看作單個(gè)電子與單個(gè)分子或原子相碰撞，而是受周圍許多分子或原子對(duì)它的制約。如電子通過晶格時(shí)，受晶格質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的影響，使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，同時(shí)也發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移，這過程稱散射。當(dāng)電子的獲得的能量大于損失的能量時(shí)，電子就不斷被加速，就會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┌l(fā)生。從這點(diǎn)出發(fā)提出兩種最主要的電擊穿理論：其一，弗羅利赫（Frohlich）理論，另一個(gè)是希伯爾理論。此外，還有許多電擊穿理論，如場(chǎng)致發(fā)射擊穿理論，電機(jī)械應(yīng)力破壞理論。

4、固體介質(zhì)的熱擊穿理論   介質(zhì)的擊穿因熱因素起決定作用的引起的破壞稱為熱擊穿。

5、局部放電導(dǎo)致?lián)舸?span>  材料擊穿發(fā)生在局部，而沒有貫穿到兩電極之間，這種現(xiàn)象稱為局部放電。

電氣介電強(qiáng)度|交直流介電擊穿電壓測(cè)定儀-電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的常見問題和誤解

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是電氣安全領(lǐng)域一項(xiàng)最為基本且十分重要的試驗(yàn)項(xiàng)目，它主要檢驗(yàn)涉電產(chǎn)品中對(duì)電的防護(hù)和隔離的絕緣性能。在長(zhǎng)期工作實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，行業(yè)中許多從業(yè)人員對(duì)電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的相關(guān)概念、要求存在誤解和疑問，同時(shí)還有一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中也存在著明顯的概念性錯(cuò)誤。

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是檢查電子電器產(chǎn)品絕緣性能優(yōu)劣的一種重要手段。在電氣強(qiáng)度試驗(yàn)前，需對(duì)試驗(yàn)電壓、試驗(yàn)時(shí)間和漏電流值進(jìn)行設(shè)定，以判斷被測(cè)試的樣品是否滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，而試驗(yàn)電壓如何施加，試驗(yàn)時(shí)間如何計(jì)算，判定電流如何設(shè)定這三個(gè)問題是影響電氣強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的重要因素，而不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這三個(gè)問題的描述或規(guī)定略有不同。

1電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的常見問題和誤解

1.1超過跳閘電流（GB/T17627.1標(biāo)準(zhǔn)中稱為脫扣電流）不意味著擊穿

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)過程中通常依據(jù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，需要在試驗(yàn)儀上設(shè)定跳閘電流值，常見的跳閘電流值為10mA、100mA。跳閘電流主要用于防止試驗(yàn)過程中產(chǎn)生過大的漏電流而產(chǎn)生破壞性危險(xiǎn)，當(dāng)漏電流值超過設(shè)定值時(shí)，試驗(yàn)儀就會(huì)發(fā)生跳閘現(xiàn)象，使試驗(yàn)電路自動(dòng)脫開，從而使電極間不再有電壓輸出。那么，問題在于：標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)期間不應(yīng)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，發(fā)生跳閘是否就是出現(xiàn)了擊穿現(xiàn)象？如果不是，是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求？解答如上疑問，首先應(yīng)了解什么是擊穿。擊穿是指在電場(chǎng)作用下絕緣物內(nèi)部產(chǎn)生破壞性的放電，絕緣電阻下降，電流增大，并產(chǎn)生破壞和穿孔的現(xiàn)象。當(dāng)擊穿發(fā)生時(shí)，由于絕緣電阻的變化，電流和電壓則呈現(xiàn)出非線性變化的現(xiàn)象，而且在這種變化中，電流的增速遠(yuǎn)大于電壓的增速。擊穿其實(shí)就是一種在絕緣體內(nèi)發(fā)生破壞性放電的情況。絕緣的擊穿受絕緣體材質(zhì)、狀態(tài)、環(huán)境溫濕度等多種因素的影響。顯然，擊穿和漏電流導(dǎo)致的跳閘沒有直接的關(guān)系。即使試驗(yàn)期間發(fā)生了由于漏電流值超過了跳閘電流設(shè)定值而導(dǎo)致試驗(yàn)電路脫開，也不意味著絕緣真的被擊穿。但是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的跳閘電流值是試驗(yàn)期間漏電流的上限值，漏電流過大則表明絕緣是不充分的，存在著安全隱患。因此，出現(xiàn)這種情況時(shí)，視同為擊穿，也不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀容許偏差的問題

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀是我國(guó)強(qiáng)制性檢定的測(cè)量裝置，根據(jù)其檢定規(guī)程的要求，其準(zhǔn)確度等級(jí)為5級(jí)，表明最大允許誤差為5%。生產(chǎn)企業(yè)用于生產(chǎn)過程檢驗(yàn)的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀都要經(jīng)過強(qiáng)制性檢定，檢定部門對(duì)于滿足檢定規(guī)程要求的試驗(yàn)儀頒發(fā)檢定證書。那么滿足檢定規(guī)程的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀是否符合家電產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB4706.1中電氣強(qiáng)度測(cè)試的要求呢？問題的關(guān)鍵在于5%的偏差是否滿足GB4706.1的標(biāo)準(zhǔn)要求。GB4706.1標(biāo)準(zhǔn)中13.3引用的GB/T17627.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值與測(cè)量到的試驗(yàn)電壓值之間允許有±3%的偏差。如此，對(duì)于滿足準(zhǔn)確度5級(jí)檢定規(guī)程的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀還需做進(jìn)一步判斷，看其是否滿足±3%的偏差要求。只有滿足電壓規(guī)定值與測(cè)量值之間偏差在±3%的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀才滿足GB4706.1中電氣強(qiáng)度測(cè)試的要求。

1.3常用工廠出廠檢驗(yàn)方法與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)方法的差異

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是涉電產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)出廠檢驗(yàn)的常規(guī)基本檢驗(yàn)項(xiàng)目，只不過出廠檢驗(yàn)的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法存在著較大不同。第一，試驗(yàn)電壓值可能不一樣，出廠檢驗(yàn)的試驗(yàn)電壓通常大于或等于標(biāo)準(zhǔn)電壓；第二，試驗(yàn)中設(shè)定的跳閘電流不一樣，出廠檢驗(yàn)時(shí)的跳閘電流會(huì)設(shè)定得較低，常見的出廠檢驗(yàn)的跳閘電流為5mA；第三，承受電壓時(shí)間不一樣，出廠檢驗(yàn)通常采用1s，而標(biāo)準(zhǔn)一般要求1min；第四，試驗(yàn)部位不同，出廠檢驗(yàn)根據(jù)生產(chǎn)的需要一般只對(duì)產(chǎn)品的表面進(jìn)行測(cè)試，而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定需要對(duì)器具的整個(gè)絕緣系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。出廠檢驗(yàn)的主要作用是在生產(chǎn)線上快速地篩選出可能因品質(zhì)或裝配引起的質(zhì)量不過關(guān)的產(chǎn)品，是從產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量控制角度出發(fā)的，然而長(zhǎng)時(shí)間對(duì)絕緣施加高電壓對(duì)絕緣本身是一種傷害。因此在生產(chǎn)線上需要采用一種快速等效的方式進(jìn)行。而產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是一種從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)等全面分析質(zhì)量出發(fā)的要求。因此，電氣強(qiáng)度的出廠檢驗(yàn)與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法會(huì)有差異，千萬(wàn)不能混為一談，要注意不能簡(jiǎn)單地將出廠檢驗(yàn)的方法作為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定方法來(lái)使用。

1.4絕緣電阻值≠電氣強(qiáng)度電壓÷漏電流

大多數(shù)涉電產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中都有絕緣電阻測(cè)量的要求，在一些標(biāo)準(zhǔn)中我們發(fā)現(xiàn)絕緣電阻的測(cè)量是通過在電氣強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)用電壓除以漏電流的方式而計(jì)算得出的。不可否認(rèn)電氣強(qiáng)度電壓與漏電流之間確實(shí)受到絕緣體的電阻因素影響，但是絕緣電阻的測(cè)量不應(yīng)該簡(jiǎn)單利用電氣強(qiáng)度試驗(yàn)而得出。電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是一種高電壓的試驗(yàn)，在高電壓電場(chǎng)下，即使絕緣沒有被擊穿，也可能會(huì)發(fā)生部分放電的損壞情況，所以利用電氣強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)量絕緣電阻的方式并不合理。另外絕緣電阻受到材料、溫度、濕度、污損等各種因素的影響，利用高壓電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生較高的電流，從而導(dǎo)致各種因素的影響加大（如絕緣表面溫度增加），不利于絕緣電阻的測(cè)試。

2試驗(yàn)誤判原因

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)使用耐壓儀，施加試驗(yàn)電壓在絕緣端間，同時(shí)監(jiān)測(cè)回路電流。當(dāng)回路電流增大并超過設(shè)定閾值后，耐壓儀報(bào)警表示絕緣擊穿。因此，耐壓儀性能高低和檢測(cè)員經(jīng)驗(yàn)多寡，將影響試驗(yàn)結(jié)果判定。以下介紹幾種常見的試驗(yàn)誤判案例。

誤判案例1：二次/多次試驗(yàn)

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是一種高壓試驗(yàn)，對(duì)絕緣有損傷。如果使用過高電壓試驗(yàn)后，再降低到正確電壓考核，即使二次試驗(yàn)結(jié)果失敗也不可以進(jìn)行判定。因?yàn)榻^緣已經(jīng)受損，不可以繼續(xù)考核，應(yīng)當(dāng)更換全新設(shè)備重新試驗(yàn)。

誤判案例2：報(bào)警閾值過小

電流不受控地急劇增加是判定電氣強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵指標(biāo)，而不是單純依賴耐壓儀的報(bào)警提示。假設(shè)耐壓儀設(shè)定閾值是10mA，試驗(yàn)中回路電流高于10mA時(shí)耐壓儀報(bào)警，此時(shí)不能盲目地判定。應(yīng)該考慮提高閾值，象提高到50mA或更高進(jìn)行試驗(yàn)，觀察回路電流是否會(huì)不受控地增加。設(shè)備內(nèi)如有大量電容，其產(chǎn)生的高漏電流可能會(huì)觸發(fā)交流電壓試驗(yàn)閾值報(bào)警，如果能夠確認(rèn)是電容影響，允許更換直流電壓試驗(yàn)。

誤判案例3：放電保護(hù)器件響應(yīng)

防雷保護(hù)等壓敏器件在進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)主動(dòng)短路放電，使設(shè)備后級(jí)電路不受過壓沖擊。由于短路放電現(xiàn)象與電擊穿非常相似，容易誤判。當(dāng)遇到擊穿電壓始終是固定數(shù)值時(shí)（壓敏器件響應(yīng)電壓是定值），應(yīng)引起注意，拆機(jī)檢查是否有壓敏器件，如有則開路它們?cè)龠M(jìn)行試驗(yàn)。

誤判案例4：耐壓儀輸出容量不足導(dǎo)致回路電流小，無(wú)法達(dá)到報(bào)警閾值，容易誤判。因此，許多電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了耐壓儀短路輸出電流至少要達(dá)到200mA，保證其輸出容量足夠進(jìn)行試驗(yàn)。

結(jié)語(yǔ)

由于一些絕緣性不好的電子產(chǎn)品容易危及到用戶人身財(cái)產(chǎn)安全，因此，電氣強(qiáng)度檢測(cè)人員必須全面掌握電氣強(qiáng)度實(shí)際試驗(yàn)中設(shè)備與試驗(yàn)要求，才可以有效考核電子產(chǎn)品絕緣的性能，嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量，為用戶人身財(cái)產(chǎn)安全提供有效的保障。