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環(huán)氧樹脂擊穿強(qiáng)度測試儀

一、擊穿強(qiáng)度：

擊穿強(qiáng)度測試流程根據(jù) GB/T 1408.1—2016 的測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以 2 000 V/s 和 100 V/s 升壓速度測 量樣品短時(shí)和長時(shí)電場作用下的擊穿強(qiáng)度，測量環(huán) 境溫度是 25 ℃，測試樣品是直徑 100 mm，厚度 1 mm 的圓片，擊穿強(qiáng)度按照 E=U/d 進(jìn)行計(jì)算，E 為擊穿場強(qiáng)，U 為擊穿電壓，d 為試樣厚度，每種 樣品測試 10 次，測試結(jié)果用威布爾對數(shù)分布顯示。 圖 4 所示為擊穿電壓測試平臺，試驗(yàn)電壓頻率是 50 Hz，試驗(yàn)電極與樣品以“球電極樣品球電極" 結(jié)構(gòu)擺放，球電極直徑為 20 mm，試驗(yàn)時(shí)電極和樣 品浸沒在 25 號變壓器油中以防止樣品表面的沿面閃絡(luò)。

二、沿面閃絡(luò)電壓：

分別以 2 000 V/s 和 100 V/s 升壓速度表征樣品 短時(shí)和長時(shí)電場作用下的沿面閃絡(luò)電壓，測試樣品 是直徑 100 mm、厚度 1 mm 的圓片，每種樣品測試 10 次，測試結(jié)果用威布爾對數(shù)分布顯示。圖 5 所示 為沿面閃絡(luò)電壓測試平臺，試驗(yàn)電壓頻率是 50 Hz， 沿面閃絡(luò)電壓測試環(huán)境是在壓強(qiáng) 0.2 MPa 的 SF6氣 體中，測量環(huán)境溫度是 25 ℃。樣品與電極擺放結(jié)構(gòu)如圖 6 所示，電極是高 20 mm，直徑 20 mm 的不銹 鋼圓柱電極，電極邊緣為半徑 1 mm 圓角，極間距 為 5 mm。

三、樣品的擊穿強(qiáng)度

以2 000 V/s 和 100 V/s 的升壓速度分別測量樣 品在短時(shí)和長時(shí)電場作用下的擊穿強(qiáng)度。測試結(jié)果 用威布爾分布顯示，如圖11—圖12所示，并取63.2% 擊穿概率下的值作為擊穿強(qiáng)度的值進(jìn)行分析。

圖 11 顯示，2 000 V/s 升壓速度下，隨著氧化 鋁中 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，樣品的擊穿強(qiáng)度先維持 穩(wěn)定后逐漸下降。Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.02%~0.04%時(shí)， 擊穿強(qiáng)度相對穩(wěn)定，Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.06%~0.12% 時(shí)，擊穿強(qiáng)度逐漸下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在短時(shí)電 場作用下，Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)對樣品的擊穿強(qiáng)度影響較 小，Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高會降低樣品的擊穿強(qiáng)度。

圖12 顯示，100 V/s 升壓速度下，隨著氧化鋁 中 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，樣品的擊穿強(qiáng)度逐漸降低， 且降幅較大。Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.02%時(shí)，擊穿強(qiáng)度為 30.9 kV/mm；Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.12%時(shí)，擊穿強(qiáng)度為 25.4 kV/mm，擊穿強(qiáng)度下降了 5.5 kV/mm。對比發(fā) 現(xiàn)，長時(shí)電場作用下，氧化鋁中 Na+的存在，顯著 降低了樣品的擊穿強(qiáng)度。

環(huán)氧復(fù)合絕緣材料樣品的擊穿是大量高能電 子碰撞破壞的結(jié)果，氧化鋁中隨著 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 增加，樣品的體積電阻率下降，對電子注入的阻抗 減小，高壓電極發(fā)射的電子容易注入材料基體中， 碰撞破壞材料基體，導(dǎo)致樣品擊穿。長時(shí)電場作用 下，由于升壓速度慢，高壓電極發(fā)射的電子注入材 料基體中不斷碰撞材料基體，釋放大量的熱量，激發(fā)更多的電子參與碰撞破壞，進(jìn)而導(dǎo)致樣品擊穿。

短時(shí)和長時(shí)電場作用下，隨著氧化鋁中 Na+質(zhì) 量分?jǐn)?shù)的增加，樣品的擊穿強(qiáng)度最終均逐漸降低， 表明氧化鋁中 Na+的存在，對樣品擊穿強(qiáng)度不利， 應(yīng)避免使用 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的氧化鋁填料。

四、樣品的沿面閃絡(luò)電壓

以2 000 V/s 和 100 V/s 的升壓速度，測量樣品 在短時(shí)和長時(shí)電場作用下的沿面閃絡(luò)電壓。測試結(jié)果用威布爾分布顯示，如圖13—圖14 所示，并取63.2% 擊穿概率下的值作為沿面閃絡(luò)電壓值進(jìn)行分析。

圖13 中，2 000 V/s 升壓速度下，隨著 Na+質(zhì)量 分?jǐn)?shù)的增加，樣品的沿面閃絡(luò)電壓逐漸下降，Na+ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.02%時(shí)，樣品的沿面閃絡(luò)電壓為 32.2 kV，Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.12%時(shí)，樣品的沿面閃 絡(luò)電壓為 30.6 kV/mm，下降了 1.6 kV，約 5%，下 降幅度較小。圖 14 中，100 V/s 升壓速度下，隨著 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，樣品的沿面閃絡(luò)電壓逐漸下 降，Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.02%時(shí)，樣品的沿面閃絡(luò)電壓 為 33 kV，Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.12%時(shí)，樣品的沿面閃 絡(luò)電壓為 29.3 kV/mm，下降了 3.7 kV，約 11%，下降 幅度較大。此外，Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.02%~0.06%時(shí)， 長時(shí)電場作用下樣品的沿面閃絡(luò)電壓高于短時(shí)電場 作用下；Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.08%~0.12%時(shí)，長時(shí)電場 作用下樣品的沿面閃絡(luò)電壓低于短時(shí)電場作用下。

短時(shí)和長時(shí)電場作用下，樣品的沿面閃絡(luò)電壓均 隨著 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加逐漸下降。分析認(rèn)為，樣品 的沿面閃絡(luò)是大量電荷積聚在材料表面，碰撞環(huán)氧材 料基體，使得環(huán)氧分子斷裂形成碳化點(diǎn)，樣品表面電 場發(fā)生畸變引起的。隨著 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，樣品 的表面電阻率下降，對電子沿著樣品表面遷移的阻抗 減小，促使高壓電極發(fā)射更多的高能電子碰撞破壞樣 品表面，使得環(huán)氧分子斷裂形成碳化點(diǎn)，引發(fā)沿面閃 絡(luò)。長時(shí)電場作用下，Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.02%~0.06% 時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓高于短時(shí)電場作用下，分析認(rèn)為是 因?yàn)闃悠返捏w積電阻率下降，高壓電極發(fā)射的電子存 在向樣品淺表層注入情況，使得碳化點(diǎn)之間的電場均 勻，電場畸變減小。而 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.08%~0.12% 時(shí)，長時(shí)電場作用下樣品的沿面閃絡(luò)電壓低于短時(shí)電 場作用下，分析認(rèn)為是因?yàn)闃悠返捏w積電阻率進(jìn)一步 降低，高壓電極發(fā)射的電子注入樣品淺表層更多，參 與碰撞破壞環(huán)氧基體并釋放熱量，激發(fā)更多的電子參 與碰撞破壞環(huán)氧基體，導(dǎo)致材料基體內(nèi)部碳化加劇， 進(jìn)而引發(fā)沿面閃絡(luò)。

短時(shí)和長時(shí)電場作用下樣品的沿面閃絡(luò)電壓 均隨著 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加逐漸下降。結(jié)果說明， 氧化鋁中 Na+的存在對樣品的沿面閃絡(luò)性能不利。

環(huán)氧樹脂擊穿強(qiáng)度測試儀升壓方式的選擇：

介電強(qiáng)度試驗(yàn)：電壓從零按一定方式和速度上升到規(guī)定的試驗(yàn)電壓或擊穿電壓。

升壓方式：快速升壓、20s逐級升壓、60s逐級升壓、慢速升壓、和極慢速升壓。

（1）快速升壓

電壓從零上升到擊穿電壓所經(jīng)歷的時(shí)間約為10~20s?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的升壓速度有：100V/s、200V/s、500V/s、1000V/s、2000V/s和5000V/s。

（2）20s逐級升壓

施加于試樣的電壓先以快速升壓的速度上升到擊穿電壓的40%，之后按每級升壓值逐級升壓，每級停留20s，直到試樣擊穿為止。

（3）60s逐級升壓

與20s逐級升壓方式相似，只是每級停留時(shí)間為60s。

（4）慢速升壓

從快速升壓的擊穿電壓的40%開始，以較慢的速度升壓，使擊穿過程發(fā)生在120~240s內(nèi)。電壓上升速度可選取2V/s、5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s、500V/s和1000V/s 。

（5）極慢速升壓

 與慢速升壓方式相似，只是擊穿過程發(fā)生在300~600s內(nèi)。電壓上升速度可選取1V/s、2V/s 5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s。