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絕緣材料電氣強度試驗儀—電氣強度能力驗證結果分析
1、概述：
電氣強度試驗是產品安全測試領域中常見的電氣測試項 目之一，所有涉及電氣絕緣強度的評估包含“打耐壓"測試。因 此，電氣強度測試也被稱作耐壓測試，它是衡量電器的絕緣在 過電壓作用下耐擊穿的能力，是評價電氣產品在正常工作中絕 緣是否符合標準規(guī)定的重要試驗方法。這也是一種考核該產品 是否保證使用安全的可靠手段，給使用者帶來安全的保證。
通過本次驗證，提高了實驗室對標準的理解和掌握，了解 了國內電氣實驗室對電氣產品電氣強度試驗的整體測試水平。
2、電氣強度能力驗證樣品簡介：
本次樣品為一個專門設計自行組裝的電氣盒，樣品上粘 貼有編號，如“001-125"“008-101"，表示“實驗室代碼-樣品編 號"。發(fā)放樣品前，對樣品進行了均勻性檢驗和穩(wěn)定性檢驗，檢 驗結果符合要求。樣品用氣泡膜和紙盒封裝，運輸時采用了妥 善的包裝，避免樣品在途中變形、受潮和腐蝕。
3、檢測要求
3.1 依據標準
GB 4706.1—2005《家用和類似用途電器的安全 第 1 部分: 通用要求》；GB 8898—2011《音頻、視頻及類似電子設備 安全 要求》；GB 4943.1—2011《信息技術設備全 第 1 部分：通用 要求》；GB 7000.1—2007《燈具 第 1 部分：一般要求與試驗》。
能力驗證的組織者為中國家用電器研究院，推薦的標準 均 為 民 用 類 的 標 準 ， 實 驗 室 主 要 依 據 的 標 準 為 GB/T 14598.3—2006《電氣繼電器 第 5 部分量度繼電器和保護裝置 的絕緣配合要求和試驗》，此標準適用于量度繼電器和保護裝 置，及與之相關的輔助裝置。
3.2 試驗要求
①試驗前，將樣品及測試裝置放置在溫度為 20℃±5℃，相 對濕度 45%~75%的環(huán)境下進行預處理 24h，使其與環(huán)境達到 熱平衡；②試驗場所的環(huán)境條件：保持恒定溫度 20℃±5℃，相 對濕度 45%~75%；本次試驗選定的環(huán)境為密閉的房間，利用 空調來調節(jié)溫度，將樣品遠離空調，減少空氣對流對試驗產生 的影響；③電氣強度試驗裝置的跳閘電流參考 GB 4706.1— 2005 第 13.3 章的表 5，取限值為 100mA 跳閘；④在樣品的 1、 2 號測試端之間，施加 2500V 交流電壓 1min，試驗初始施加的 電壓不超過規(guī)定電壓值的一半，然后平緩地升高到規(guī)定值，檢 驗是否擊穿 （本條規(guī)定的試驗方法與 GB/T 14598.3—2006 6.1.4.4 條的規(guī)定吻合）；⑤上述試驗完畢后，在 3、4 號加壓端 施加 2500V 交流電壓，測量 7、8 號測試端的電壓值。
4、試驗過程
4.1 試驗前準
①7451 輸出電壓驗證。GB/T 14598.3—2006 6.4.1.3 條要 求試驗電壓源對被試繼電器施加規(guī)定值的一半時，所觀察到 的電壓應低于 10%，試驗電壓源的電壓值精度應高于 5%。輸 出電壓如表 1 所示，從表 1 中可以看出經過測量輸出電壓，其 誤差滿足標準要求。
②7451 漏電流驗證。將試驗線接到一個滑線變阻器上，串 接上一個 34410A（測量電流）
推動滑線電阻，可以改變漏電流的大小，7451 漏電流達到 99.99mA 時，34410A 顯示為 99.93mA，滿足要求
③被測樣品測量電壓電路分析。用 34410A 測量，被測樣 品 3、4 端 的 電 阻 為 12.593MΩ， 樣 品 7、8 端 的 電 阻 為 0.5087MΩ，樣品 4、8 端相通，樣品 3-7 端電阻為 12.09MΩ，假 想電路如圖 1 所示。
通過分析，如果 3-4 端施加 2500V 電壓，7-8 的測量理論 值為 100.989V。
④測量儀表的選擇。先在 3、4 端施加 100V 電壓，7、8 測 量結果如表 2 所示。
34410A 測量電壓時內阻為 1MΩ，FLUCK 15B 及 FLUCK 289C 內阻均為 10 MΩ。內阻對測量結果影響較大。理論上內 阻越大對結果影響越小。
4.2 電氣強度試驗
在樣品的 1、2 端施加 2500V 交流電壓。本次用的測試設 備為 7451 安規(guī)綜合分析儀，其初始測試電壓為 0V，升高到規(guī) 定值為 10s，持續(xù)時間為 1min，試驗連接圖如圖 2 所示。
7451 測試時間為 60s，測試電壓為 2.5kV，漏電流為 99.99mA。點擊 TEST 按鈕，試驗開始，電壓升高到 1.99kV 時， 被測樣品擊穿。
4.3 測量電壓值試驗
在樣品的 3、4 端施加 2500V 交流電壓。7451 初始測試電 壓為 0V，升高到規(guī)定值為 10s，持續(xù)時間為 1min，表計連接到 測試樣品的 7、8 端子，試驗連接圖如圖 3 所示。
用了 3 個類型的表計對 7、8 端電壓進行了測量，施加在 3、4 端電壓為 2500V（7451 顯示），結果如表 3 所示。
通過表 3 可以看出，內阻越大，越接近理論值?？紤]到表 計內阻的影響，最終上報的結果選擇的是 98.7V。
5、試驗結果分析
本次能力驗證分為兩部分，兩項均為滿意結果，則判為“滿意 結果"；兩項其中任一項為不滿意結果，則判為“不滿意結果"
本次能力驗證共有 178 家實驗室參加，經過綜合判定，最 終有 146 家實驗室結果為滿意。其中所有實驗室電氣強度結 果都為“滿意結果"，不滿意的原因均為測量電壓值超過能力 評定標準差。
不滿意的原因主要歸結為 3 點：①試驗的環(huán)境條件。由于 電氣盒設計為純阻性負載，阻性負載本身會受環(huán)境溫度影響， 同一樣品在不同溫度下會呈現(xiàn)不同的阻值變化，阻值的變化會 影響電氣盒的分壓大小，雖然影響比較小，但是也會累加結果 的不確定度。②升壓方式。若進行了不規(guī)范操作，如瞬間將電壓 升至 2500V，瞬間的高壓沖擊會使產品的絕緣產生泄漏電流， 出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，或者將內部部件損壞，這就是錯誤操作造成的 試驗樣品不通過或者試驗結果不準確。③測量電壓用的表計內 阻過小。根據分析，表計內阻對結果影響特別大，如選用表計不 當或忽略了表計內阻的影響，會最終影響測量結果。
絕緣材料電氣強度試驗儀技術要求
測試原理
固體電介質擊穿有3種形式：電擊穿、熱擊穿和電化學擊穿。
電擊穿
電擊穿是因電場使電介質中積聚起足夠數量和能量的帶電質點而導致電介質失去絕緣性能。熱擊穿是因在電場作用下，電介質內部熱量積累、溫度過高而導致失去絕緣能力。電化學擊穿是在電場、溫度等因素作用下，電介質發(fā)生緩慢的化學變化，性能逐漸劣化，最終喪失絕緣能力。固體電介質的化學變化通常使其電導增加，這會使介質的溫度上升，因而電化學擊穿的最終形式是熱擊穿。溫度和電壓作用時間對電擊穿的影響小，對熱擊穿和電化學擊穿的影響大；電場局部不均勻性對熱擊穿的影響小，對其他兩種影響大。
熱擊穿
當固體電介質承受電壓作用時，介質損耗是電介質發(fā)熱、溫度升高；而電介質的電阻具有負溫度系數，所以電流進一步增大，損耗發(fā)熱也隨之增加。電介質的熱擊穿是由電介質內部的熱不平衡過程造成的。如果發(fā)熱量大于散熱量，電介質溫度就會不斷上升，形成惡性循環(huán)，引起電介質分解、炭化等，電氣強度下降，最終導致?lián)舸?/span>
熱擊穿的特點是：擊穿電壓隨溫度的升高而下降，擊穿電壓與散熱條件有關，如電介質厚度大，則散熱困難，因此擊穿電壓并不隨電介質厚度成正比增加；當外施電壓頻率增高時，擊穿電壓將下降。
電化學擊穿
固體電介質受到電、熱、化學和機械力的長期作用時，其物理和化學性能會發(fā)生不可逆的老化，擊穿電壓逐漸下降，長時間擊穿電壓常常只有短時擊穿電壓的幾分之一，這種絕緣擊穿成為電化學擊穿。當加在某絕緣介質上的電壓高于過一定程度（擊穿電壓）后，這時絕緣介質會發(fā)生突崩潰而使其電阻迅速下降，繼而使得一部分絕緣介質變?yōu)閷w。在有效的擊穿電壓下，電擊穿現(xiàn)象可以發(fā)生在固體、流體、氣體或者真空等不同的介質中。
電樹枝（預擊穿）
在電氣工程中，樹化是固體絕緣中的一種電氣預擊穿現(xiàn)象。這是由于局部放電而造成的破壞性過程，并通過受應力的介電絕緣層，在類似于樹枝的路徑中進行。固體高壓電纜絕緣的樹化是地下電力電纜中常見的擊穿機制和電氣故障來源。當干介電材料在很長一段時間內受到高且發(fā)散的電場應力時，首先發(fā)生并傳播電樹。觀察到電樹化起源于雜質、氣孔、機械缺陷或導電突起在電介質的小區(qū)域內引起過度電場應力的點。這可以使體電介質內的空隙內的氣體電離，從而在空隙的壁之間產生小的放電。雜質或缺陷甚至可能導致固體電介質本身的部分擊穿。這些局部放電(PD)產生的紫外線和臭氧隨后與附近的電介質發(fā)生反應，分解并進一步降低其絕緣能力。隨著電介質的降解，氣體通常會釋放出來，從而產生新的空隙和裂縫。這些缺陷進一步削弱了材料的介電強度，增強了電應力，加速了PD過程。
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