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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(nèi)是絕緣體，但隨著施加電壓的升高，性能會逐漸下降。當(dāng)電壓升到一定值時變成局部導(dǎo)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(shù)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(zhì)量越好。

塑料擊穿的主要表現(xiàn)：

絕緣性能破壞，擊穿點上產(chǎn)生電弧，材料穿孔熔化、變焦、燒毀等。

固體介質(zhì)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(guān)：

當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟葧r，界電強度與溫度無關(guān)——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(zhì)電導(dǎo)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(zhì)在電場中發(fā)生的熱量大于它能散發(fā)的熱量，使其內(nèi)部溫度不斷升高。

溫度升高導(dǎo)致其電阻下降，流經(jīng)試樣電流增大，產(chǎn)生的熱量更多，如此循環(huán)不已，致使介質(zhì)轉(zhuǎn)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(xiàn)：

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(guān)；

與電場畸變及周圍介質(zhì)的電性能關(guān)系不大；

擊穿點多發(fā)生在電極內(nèi)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(yù)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(jù)測試產(chǎn)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(yīng)盡可能平整光滑，試樣厚度一般不大于3mm，當(dāng)厚度大于3mm時，單面成（3±0.2）mm，未加工面應(yīng)與高壓電極接觸。

         注意：不同厚度的試樣其結(jié)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(luò)。

（注：閃絡(luò)：試樣和電極周圍的氣體或液體煤質(zhì)承受電應(yīng)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(yīng)的回路斷路器動作）

試樣的幾何形狀見下表，每組試樣數(shù)量不得少于3個：

試樣預(yù)處理應(yīng)遵循測試材料的產(chǎn)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(chǎn)品標準予以規(guī)定。

（3）實驗煤質(zhì)：介電強度試驗應(yīng)盡量在接近測試材料的實際使用環(huán)境的煤質(zhì)中進行，同時應(yīng)避免測試中發(fā)生閃絡(luò)。選用的煤質(zhì)不應(yīng)與被測試試樣發(fā)生反應(yīng)。通常選用的液體煤質(zhì)應(yīng)符合IEC 60296:2003的變壓器油，當(dāng)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(jù)產(chǎn)品要求對試樣進行預(yù)處理。

（2）調(diào)節(jié)環(huán)境的溫濕度并選好試驗煤質(zhì)。試驗環(huán)境的調(diào)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(chǎn)品標準規(guī)定調(diào)節(jié)。試驗煤質(zhì)：氣體煤質(zhì)一般采用空氣，液體煤質(zhì)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(shù)平均值作為試樣厚度，測量誤差為±0.01mm。

（4）試樣經(jīng)測厚和預(yù)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(nèi)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(jié)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(fù)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(shù)平均    值作為實驗結(jié)果，取三位有效數(shù)字；

       d－試樣厚度，mm。

 以5次實驗的平均值作為實驗結(jié)果，取三位有效數(shù)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(jié)果由10次實驗的算術(shù)平均值計算。

九、實驗設(shè)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(diào)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(jīng)常檢查儀器室外及室內(nèi)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(yīng)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(yīng)避免儀器工作媒質(zhì)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(guān) 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(zhì)材料及其介電性能研究的深入，以及 計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機技術(shù)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(shù)，介電強度 試驗分為擊穿試驗和耐壓試驗。在電氣產(chǎn)品的生產(chǎn) 使用過程中，經(jīng)常要做介電強度試驗。如電機產(chǎn)品 生產(chǎn)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(jīng) 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(chǎn)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(chǎn) 品，介電強度自檢時合格，而在有關(guān)部門抽檢時卻出 現(xiàn)了不合格的情況，主要原因是電氣絕緣經(jīng)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(dāng)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(dāng)電導(dǎo)性電流流過一個弱導(dǎo)電性的 導(dǎo)體時，焦耳效應(yīng)會對材料加熱，材料的電導(dǎo)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(dǎo) 或界面上的熱幅射而足夠快地散發(fā)掉，導(dǎo)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(guān)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(jié)構(gòu)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(shù)大，精度高。
2、由設(shè)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(shù)據(jù)及曲線記錄功能，不進行設(shè)備控制，避免了試驗人員在計算機和設(shè)備間交替操作，更人性化。
4、設(shè)備具有試驗參數(shù)記憶功能，相同試驗條件不需要每次試驗都進行設(shè)置，且斷電仍會記憶最后一次試驗設(shè)置參數(shù)。
5、試驗界面簡單明了，且配有示意曲線說明，參數(shù)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(shù)據(jù)的對比分析。且可以隨時舍棄不理想的任意一組數(shù)據(jù)。
8、增加了U盤下載功能，可以將設(shè)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(shè)備試驗界面采用儀表盤及數(shù)字同時且實時顯示的方式，更方便試驗過程的觀看。
11、設(shè)備具有安全警告提示，在未關(guān)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(jié)束。
12、采用藍牙數(shù)據(jù)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(shè)備配有三色報警燈，綠燈亮?xí)r表示箱門關(guān)閉良好可以開始試驗，黃燈亮?xí)r表示試驗箱門打開，此時可進行試樣更換。紅燈亮?xí)r表示高壓大于0.5KV，此時不要開箱門。直流試驗結(jié)束放電過程警報燈會閃爍且報警。（總結(jié)：綠燈箱門關(guān)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(zhì)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(shè)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(nèi)置排風(fēng)裝置；
10、*內(nèi)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(guān)閉良好，黃燈開門小心操作，紅燈有高壓）；
14、*可實現(xiàn)觸摸屏或電腦雙重操作；
15、*可實現(xiàn)組合編程，梯度升壓的升壓和耐壓時間可分別單獨設(shè)置；
16、*U盤下載功能，可以將設(shè)備中的試驗記錄直接下載到U盤中。

主要技術(shù)參數(shù)：

設(shè)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(shè)定功能：0.100 kV/s ～ 5.000kV/s

外形尺寸：1000mm*700mm*1400mm(ZJC-50E產(chǎn)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；