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技术文章/ARTICLE

电压击穿试验仪电极选择方案

点击次数:93   发布时间:2019/9/2 14:18:09

 电压击穿试验仪:

满足标准:
1GB1408.1-2006《绝缘材料电气强度试验方法》
2GB1408.2-2006《绝缘材料电气强度试验方法 
        
2部分:对应用直流电压试验的附加要求》
3GB/T1695-2005《硫化橡胶工频击穿电压强度和耐电压的测定方法》
4GB/T3333 电缆纸工频电压击穿试验方法
5HG/T 3330绝缘漆漆膜击穿强度测定法
6GB12656 电容器纸工频电压击穿试验方法
7ASTM D149《固体电绝缘材料工业电源频率下的介电击穿电压和介电强度的试验方法》

击穿电压工作原理:

电压击穿试验仪选型常识:

1、如何选择合适的测试电极:

测试电极的规格有很多,针对不同材料和规格选择不同的电极尺寸,具体根据材料测试所要求的测试标准,如果标准里没有特殊要求,通常测试板材类的材料时使用多的测试电极是等径和不等径电极。

2、在空气中和在油中做电压击穿试验有什么区别:

A:测试介质空气是指把被测试样和电极放置在空气中做耐压和击穿实验

B;测试介质油----是指把被测试样和电极完全放置在油中做耐压和击穿实验,通常使25#变压器油做试验介质

C:无论在空气中还是在油中做实验对测试数据没有影响,如果被测样品没有特殊要求通常默认在空气中做实验,有两种情况需要在油中做实验,一是标准里有规定,必须在油中做实验,二是在空气中做实验时,被测试样出现爬电、释放电火花而导致无法击穿时必须放置在油中做实验。

5、电压击穿试验仪电极和试样

金属电极应始终保持光滑、清洁和无缺陷。

1:当对薄试样进行试验时,电极的维护格外重要为了在击穿时尽量减小电极损伤,优先采用不锈钢电极.

接到电极上的导线既不应使得电极倾斟或其他移动或使得试样上压力变化,也不应使得试样周围的电场分布受到显著影响,

2:试验非常薄的薄膜(例如,<5μm>时,这些材料的产品标准应规定所用的电极、操作的具体程序和试样的制备方法。

5.1 垂直于非叠层材料表面和垂直于叠层材料层向的试验

5.1. 1 植材和片状材料(包括纸植、纸、织物和薄膜)

5.1. 1. 1 不等直径电极

电极极由两个金属圆柱体组成,其边缘倒圆成半径为(3.00.2) mm的圆弧。其中一个电极的直径为(251) mm,高约25 mm,另一个电极直径为(75士。mm,高约 15 mm 两个电极同铀放置,误差在 2mm内,如图la)所示。

 

 

5.1. 1. 2 等直径电极

如果使用一电极架便上下电极准确对中放置,误差在1. 0 mm内,则下电极直径可减小到(25 。 mm,两电极直径差不大于0. 2 mm. 其所测结果与5. 1. 1. 1不等直径电极测得的结果不一定相同。

5. 1. 1. 3 厚样品的试验

当有规定时,厚度超过 3mm 的板材和片材应单面机加工至(3. 0 士 0. 2) mm. 然后,试验时将高压电极置于未加工的面上。

注:为了避兔网络或因受现有设备限制,必要时可以根据需要,通过机加工把试样制备成更小的厚度。

5.1. 2 带、薄膜和窄条

两个电极为两根金属棒,其直径为(6. 0±0. 1) mm. 垂直安装在电极架内,使一个电极在另一个电 撞上面,试样夹在棒的两个端面之间。

上下电极要同心轴,误差在0.1 mm内。 两电极端面应与其轴向相垂直,端面的边缘倒成半径为(1. 00.2) mm的圆弧。 上电极压力为(50±2) g且应能在电极架内的沿垂直方向自由移动。

图 2 示出了一种合适的装置。 如果需要使试样在拉伸状态下进行试验,则应将试样夹在架子中,使试样披在如图2所示的规定的位置上。 为达到所需的拉伸,方便的办法是将试样的一端缠在可旋转的圆捧上。

 

为了防止窄条边缘发生闪络,可用薄膜或其他薄的绝缘材料条搭盖在窄条边缘并夹住试样。 此外, 电极周围可以采用防弧密封固,此时电植和密封圈之间留有(12) mm的环状间隙。 下电极与试样之间的间隙(在上电极与试样接触之前>应小于0.1 mm

注:对薄膜的试验,见IEC60674-2,1998,

5. 1. 3 软管和软套管

GB/T7113. 2-2005进行试验。

5.1. 4 硬管<内径100mm及以下的)

外电极是(251) mm宽的金属箱带,内电极是与内壁紧配合的导体,例如圆棒、管、金属箔或充填直径(0. 752. 0) mm的金属球,便与管材的内表面良好接触, 不管怎样,内电极的每端应至少伸出 外电极25 mm

注:当没有有害影响时,可用硅油、硅脂或凡士林将箔贴到试样的内外表面。

5. 1. 5 硬管(内径大于100 mm)

外电极是(751)mm宽的金属锚带,内电极是直在(25±1)mm的圆形金属箔,金属箔应相当柔软以适应圆筒的曲率,该装置如图3所示。

 

5.1. 6 浇注及模塑材料

5.1. 6. 1 浇注材料

   按IEC 60455-2: 1998制样和试验。

5.1. 6. 2 模塑材料

应用一对球电极,每个球的直径为(20.00.1) mm,在排列电极时,使它们共有的轴线与试样平面垂直(见图4)。

 

5.1. 6. 2. 1 热固性材料

应用(1. 00.1) mm厚的试样,这些试样可以按ISO 295: 1991压塑成型或按ISO 10724: 1994注塑成型,其表面尺寸应足以防止闪络(见5. 3. 2)。

注:如果不能应用(1. 00. 1) mm厚的试样,则可用(2. 0O. 2) mm厚的试样。

5.1. 6. 2. 2热塑性材料

应用按ISO 294-1: 1996ISO294-3: 1996中同型注塑成型试样,尺寸为60 mm×60 mm×1 mm. 如果该尺寸不足以防止闪络(见5. 3. 2)或按相关材科标准规定要求用压塑成型试样,此时用按 ISO 293: 1986压塑成型的平板试样,其直径至少为100 mm,厚(1.0±0.1) mm

注塑或压塑的条件见相关材料标准。如果没有可适用的材料标准,则这些条件必须经供需双方协商。

5.1. 7 硬质成型件

对不能将其置于平面电极间的成型绝缘件,应采用对置的等直径球电极。通常用作这类试验的电极直径为12. 5 mm20 mm(见图5)。

5.1. 8清漆

GB/T 1981. 2-2003进行试验。

 

5.1.9 充填胶

电极是两个金属球,每个球的直径为(12. 5 ~ 13mm. 水平同轴放置,除另有规定外,彼此相隔(1. 00.1) mm,并都嵌入充填胶内 应注意避免出现空隙,特别避免两电极间的空隙。 由于用不同的 电极距离得到的结果不能直接相比,因此必须在材科规范的试验报告中注明间隙距离.

5.2 平待于非叠层材料表面和平行于叠层材料层向的试验

如果不必区分由试样击穿引起的破坏和贯穿表面引起的破坏,则可使用5. 2.15. 2. 2 的电极,但 5. 2. 1的电极应被优先采用。

当要求防止表面破坏时.应采用5. 2. 3的电般

5. 2. 1 平行饭电极

5. 2. 1. 1 板材和片材

试验板材和片材时,试样厚度为被试材料厚度,试样表面为长方形,长(1002) mm,宽(25. 0 .2) mm,试样两侧面应切成垂直于材料表面的两个平行平面。 试样夹在金属平行板之间,两金属板相距25mm,厚度不小于10 mm,电压施加在金属板上。对于薄材料可以用2个或3个试样恰当地放置 <即:使它们的表面形成合适的角度>以支撑上电极。电极应有足够大的尺寸,以覆盖试样边缘至少超过试样各边15 mm,要注意保证试样上下两面的整个面积均与电极良好的接触。电极的边缘应适当倒圆(半径为(3-5mm),以避免电极的边与边之间的闪络(见图6

注,如果现有设备不能使试样击穿,则可以将试样宽度减少至05. 0±0. 2) mm或 (10.0O. 2) mm. 试样宽度的这种减少,必须在报告中予以特别说明。

这种电极仅适用于厚度至少为1. 5 mm的硬质材料的试验。

5. 2. 1. 2硬管

试验硬管时,试样是一个完整的环或圆弧长度为100 mm的一段环,其轴向长度为(250. 2) mm。试样两端应加工成垂直于管铀向的两个平行的平面。将试样放在两平行板电极之间按5. 2. 1. I所述的板材和片材的试验方法进行试验,必要时可用(23)个试样来支撑上电极。电极应有足够大的尺寸以使电极覆盖试样并至少超过试样各边15 mm,要注意保证试样上下两面的整个面积均与电极良好接触。

 

5. 2. 2 锥销电极

在试样上垂直试样表面钻两个相互平行的孔,两孔中心距离为(251) mm. 两孔的直径这样来确定:用锥度约2%的钱刀扩孔后每个孔的较大的一端的直径不小于4.5 mm且不大5. 5 mm.

钻好的两孔完全贯穿试样,但如果试样是大管子,则孔仅贯穿一个管壁,并在孔的整个长度上用铰刀扩孔。

在钻孔和扩孔时,孔周围的材料不应有任何形式的损坏,如劈裂、破碎或碳化。

用作电极的锥形销的锥度为(2.00. 2%,并将锥形销压人<但不要锤人>两孔,以使它们能与试样紧密配合,并突出试样每一面至少2 mm(见图7a)和7b))

这类电极仅适用于试验厚度至少为1. 5 mm的硬质材料。

 

 

5. 2. 3 平行圆柱形电极

对厚度大于15mm的具有高电气强度的试样进行试验时,将试样切成100mm×50 mm,并如图8 所示钻两个孔,每个孔的直径比圆柱形电极的直径大,但差值不大于0.I mm.圆柱形电极直径为(6.00.1mm,并有半球形端部,每个孔的底部是半球形以便与电极端配合,使得电极端部和孔的底部之间间隙在任何点都不超过0.05 mm。如果在材料规范中没有另外规定,则两孔沿其长度的侧面相距应是(101)mm,每孔应延伸到离相对的表面(2.25±0. 25) mm以内。两种任选形式的通风电极如回8所示.当使用带小槽的电极时,这些小槽位置应与电极间的间距正好相反。

 

5.3 试样

除了上述各条中己组述过的有关试样的情况外,通常还要注意下面儿点。

5.3. 1 制各固体材料试样时,应注意与电极接触的试样两表面要平行,而且应尽可能平整光滑。

5.3.2 对于垂直于材料表面的试验,要求试样有足够大的面权以防止试验过程中发生闪络。

5.3.3 对于垂直于材料表面的试验,不同厚度的试样其结果不能直接相比(见第4章)。

5.4 两电极间距离

用来计算电气强度的两电植间距离值应为下列之一(按被试材料的规定)

a) 标称厚度或两电极间距离(除非另有规定,一般均采用此值);

b) 对于平行于表面的试验,两电极间的距离;

c) 在每个试样上击穿点附近直接测悍的厚度或两电极间的距离。

 

6、电压击穿试验仪试验前的条件处理

绝缘材料的电气强度随温度和水份含量而变化, 若被试材料已有规定,则应遵循此规定。 否则,除非另有商定条件,试样应在温度为(232,相对湿度为(505%条件下扯理不少于24 h

 

7、电压击穿试验仪周围媒质

材料应在为防止闪络而选取的周围媒质中试验。在大多数情况下,符合IEC 60296: 2003的变压器

油是zui适用的媒质。对在矿物油中会引起膨胀的材料,此时其他的流体(例如硅油),可能是更合适的。

对击穿电压值相对较低的试样,可在空气中试验,此时若要在高温下进行试验时,应注意即使在中等的试验电压下,在电极边缘的放电也会对测试值造成很大影响。

如果试图在另一种媒质中时某种材料的性能进行试验评定,则可以应用这种媒质。

所选取的媒质应对被试材料的危害影响是zui小的。

周围媒质对试验结果可能有很大影响,特别是对易暖收的材料,如纸租纸板,因此必须在试样制备程序中确定全部的必要步骤(例如干燥和浸渍),以及试验过程中周围媒质的状态。

必须有足够的时间让试样和电极达到所要求的温度,但有些材料会因长期处于高温而受到影响。

7.1 在高温空气中的试验

在高温空气中做试验,可在任何设计合理的烘箱中进行,烘箱要有足够大的体棋来容纳试样和电极,使官们在试验时不发生闪络。烘箱应装有空气循环装置使试样周围的温度在规定温度的土2内且应大体上保持均匀,把温度计、热电偶或其他测量温度的装置尽可能放在实验点附近测量温度。

7. 2 在班体申的试验

当试验要在绝缘液体中进行时,除非其他液体更合适外,一般应使用符合IEC 60296: 2003的变庄器油。 必须保证穰体有足够的电气强度以避免网络- 在具有比变压器油更高的的相对电容率的液体中 试验的试样,会出现比在变压器袖中试验时更高的电气强度。 降低变压器油或其他掖体电气强度的杂 质,也可能会增加试样上测得的电气强度。

高温下的试验可以在烘箱内的盛液容器中进行<7. 1),也可在绝缘油作为竟也传递介质的恒温控制的油播中进行。在这种情况下,应采用合适的液体循环措施,以便试样周围的温度大致均匀,并保持在规定温度的±2内。

 

8、电压击穿试验仪电气设备

8.1电源

    用一个可变低压正弦电源供给一个升压变压器来获得试验电压。 变压器及其电源和它的调节装置应具有如下特性。

8. 1. 1 在回路中有试样的情况下,对等于和小于试样击穿电压的所有电压,试验电压的峰值与有效值(r, m. s)之比为根号2(15%)即(1. 341. 48)。

8. 1. 2 电源的容量应足够大,使之在发生击穿之前均能符合8. 1. 1 要求,对于大多数材料,在使用推荐的电极的情况下,通常40 mA的输出电流容量巳足够。对于大多数试验来说,电源容量范围为;对于10kV及以下的小电容试样的试验,其容量为0.5kVA;对于试验电压为100 kV以下者则为5 kVA

8.1. 3 可变低压电源调节装置应能使试验电压平滑、均匀地变化,无过冲现象。当用一个自耦调压器按第10章施加电压时,所产生的递增的增量不应超过预期击穿电压的2%

    对短时试验或快速升压试验,zui好使用马达驱动调节装置。

8.1. 4 为了保护电源不致损坏,应装有一个装置使在试样击穿的几个周期内切断电源。这个装置可以由一个接在高压回路中的电流敏感元件组成。

8.1.5 为了限制在击穿时由电流或电压冲击引起电极的损伤,要求将一个具有合适值的电阻器与电极串联。电阻值的大小应取决于电极所允许的损伤程度。

   注:应用阻值很高的电阻器可能会导致测得的击穿电压比应用阻值低的电阻器测得的击穿电压值高。

8.2电压测量

8.2. l 按等效有效值记录电压值。 较好的方法是用一块峰值电压表并将其读数除以根号2 电压测量回路的总误差应不超过测得值的5%,该误差包括了由于电压表的响应时间所引起的误差。 在所用的任何升压速率下,该响应时间引起的误差应不大于击穿电压的1%

8.2.2 果用符合8. 2.1要求的电压表来测量施加到电极上的电压。 zui好将它直接接到电极上,也可通过分压器或电压互感器接到电极上。 如果使用升压变压器的测量线圈来测量电压,则施加到电极上的 电压的指示正确度应不受升压变压器负载和串联电阻器的影响。

8. 2. 3 希望在击穿后能在电压表上保留zui大试验电庄的读数值,从而正确地读出并记录击穿电压,但

指示嚣应对在击穿时发生的瞬变现象不敏感。

 

9、电压击穿试验仪程序

9.1 试验应记录如下内容:

a) 被试样品;

b) 试样厚度的测量方法(若不是标称厚度);

c) 试验前的处理;

d) 试样数量(若不是5个,应注明);

e) 试验温度;

f) 周围媒质;

g) 使用的电极;

h) 升压方式;

I)    以电气强度或是击穿电压作为报告的结果。

9.2 将符合第5章的电极装到试样上,装电极时要防止损伤试样。使用符合第8章的电气设备,将电压施加到两电极之间,接10. 110. 5之一的方法升高电压,观察试样是击穿还是闪络<见第11>

 

10、电压击穿试验仪升压方式

10.1 短时<快跑>试验

10. 1. 1 将试验电压由零开始以均匀的速度升高直至击穿发生。

10. 1. 2 对被试材料选择开压速度时,应使大多数击穿发生在(1020) s之间。 对于击穿电压有显著 差异的材料,也有可能在这个时间范围以外发生破坏 如果大多数击穿都发生在(1020) s之间,则认为试验是成功的。

10. 1. 3 升压速度应从下述中选取:

100V/s,200 V/s, 500V/s1000 V/s2000v /s, 5000v /s等等

注:对于大多数材料,通常使用500 V/s的升压速度,对模塑材料,推荐使用2 000 V/s升压速度,以便获得与IEC 6029 6, 2003相适应的可比数据。

10.2 20 s逐组升压试验

10. 2. 1 将40%的预计短时击穿电压施加于试拌上。 假如不知道短时击穿电压预计值,则应按10. 1 的方法来得到。

10.2.2 假如试样耐受这个电压20 s还未击穿,则应按表1规定的增量逐级增加电压。 每一次增加的电压应立即且连续施加20s直至发生击穿。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.2.3 升压要尽可能地快并无任何瞬态过电压,级间升压所用的时间应包括在较高一级电压的20 s期间内。

10. 2. 4 如果击穿发生在从起始试验算起少于6级的电压内,则用更低的起始电压再做5个试样的试验。

10.2.5 根据试样能耐受20s而不击穿的zui高试验电臣来确定电气强度。

10. 3 慢连升压试验(120240) s

40%的预计短时击穿电压开始匀速升压,使击穿发生在(120240) s之间。 对于击穿电压有显著差异的材料来说,有些试样可能在此时间范围以外发生破坏, 如果大多数击穿发生在(120240) s 之间,则认为是满意的。 选择升压速度时应从下列数据中开始选择:2 /sV儿,5 V/s,10 V/s,20 V/s, 50 V/s,100 V/s,200 V/s,500 V/s,l 000 V/s,等等。

10.4 60s逻辑升压试验

除非另有规定,应按10. 2进行试验,但每一级中的耐压时间为60 s,

10.5 极慢速升压试验(300600) s

除非另有规定,应按10.3进行试验,但击穿应发生在(300600) s之间。 从下列数据中选择升压速

度:1V/s,2 V儿,5 V/s,10 V/s,20 V儿,50 V/s,100 V/s,200 V/s,等等。

:10.3中所述的(120240) s的慢速升压试验和在10.5中所述的(300600) s的极慢速升压试验所得结果与20 s逐级升压(10, 2)或60 s逐级升压(10, 4)所得结果大致相似 当使用现代自动设备时,前两者较逐级升压试验更为方便且采用这两种慢速开压试验也使自动设备的使用成为可能.

10.6 检查试验

当做检查或耐压试验时,要求施加一个预先确定的电压值。 即将该电压尽可能快而准确地升到所要求的值,升压过程中不出现任何瞬态的过电压。然后将所要求的电压值维持到规定的时间。

 

11电压击穿试验仪击穿的判断

11.1 在电击穿的同时,回路中电流增加和试样两端电压下降。电流的增加可使断路器跳开或熔丝烧

断.但是有时也可由于闪络、试样充电电流、漏电或局部版电电流、设备磁化电流或误动作而引起断路嚣跳开.因此,断路器应与试验设备及被试材料的特性相匹配,否则,断路器可能会在试样未击穿时动作或当试样击穿时断路器不动作,这样便不能正确地判断出是否击穿。即使在zui好的条件下,也存在周围媒质先击穿的情况也会发生。因此,在试验过程中要注意观察和检测这些现象,若发现媒质击穿,应在报告中注明.

注:对漏电检测电路敏感性特别重要的那些材料,在这种材料的标准中也应作同样的说明。

11.2在垂直于材料表面方向试验时通常容易判断,无论通道是否充有碳粒,当击穿发生后用肉眼容易

看到真正击穿的通道.

11.3当平行于材料表面方向试验时,要求判断是由试样破坏引起的击穿现象还是由闪络引起的失效(见5.2)。可以通过检查试样或使用再施加一次电压的办法来进行鉴别,再次施加的电压值应小于第 一次施加的击穿电压值。试验证明,再次施加的电压值为di一次击穿电压值的50%比较合适,然后用 di一次试验相同的方法升压直到破坏。

 

12、电压击穿试验仪试验次数

12.1 除非另有规定,通常应做5次试验,取试验结果的中值作为电气强度或击穿电压的值。如果任何一个试验结果偏离中值的15%以上,则另做5次试验。然后由10次试验的中值作为其电气强度或击穿电压的值.

12. 2 当试验并非用于例行的质量控制时,必须做较多的试样,具体的数量与材料的分散性和所用的统计分析方法有关。

12.3 对并非用于例行的质量控制试验.参见附录A对决定需要试验次数和数据分析参考是有用的。

 

13、报告

除非另有规定,报告应包括如下内容

a) 电压击穿试验仪被试材料的全称,试样及其制备方法的说明;

b) 电压击穿试验仪电气强度的中值<kV/mm表示>或击穿电压的中值(以kV表示);

c) 电压击穿试验仪每个试样的厚度<5.4)

d) 试验时所用的周围媒质及其性能;

e) 电极系统;

f) 施加电压的方式及频率;

g) 电气强度的各个值(以kV/mm表示>或击穿电压的各个值<kV表示);

h) 在空气中或在其他气体中试验时的温度、压力和湿度,若在液体中试验时周围媒质的温度;

i) 试验前条件处理;

j)击穿类型和位置的说明。

如果只需要zui简单的结果报告,则应该报告前6项内容及zui低值和zui高值。

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