擊穿電壓測(cè)試設(shè)備參數(shù):ZJC-100KV
項(xiàng)目 | 參數(shù) |
輸入電壓 | 交流 220 V |
輸出電壓 | 交流 0--100 KV ; 直流 0—100 KV |
電器容量 | 10KVA |
高壓分級(jí) | 0-10KV,0--50KV,0-100KV |
升壓速率 | 100V/S 200V/S 500 V/S 1000 V/S 2000V/S 5000V/S 等 |
試驗(yàn)方式: | 直流試驗(yàn):1、勻速升壓 2、梯度升壓 3、耐壓試驗(yàn) |
交流試驗(yàn):1、勻速升壓 2、梯度升壓 3、耐壓試驗(yàn) |
試驗(yàn)介質(zhì) | 空氣,試驗(yàn)油 |
電壓試驗(yàn)精度 | ≤ 2% |
電壓連續(xù)可調(diào) | 0-100 KV |
擊穿電壓測(cè)試設(shè)備基本概念
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(huì)逐漸下降。當(dāng)電壓升到一定值時(shí)變成局部導(dǎo)電,此時(shí)稱材料被擊穿。
2、介電強(qiáng)度(擊穿強(qiáng)度)
指造成聚合物材料介電破壞時(shí)所需的最大電壓,一般以單位厚度的試樣被擊穿時(shí)的電壓數(shù)表示。
E=V/d
式中:E——介電強(qiáng)度,KV/mm
V擊穿——擊穿電壓,KV
d——試樣厚度,mm
基本原理
◆通常介電強(qiáng)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(diǎn)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(chǎng)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(shí),界電強(qiáng)度與溫度無關(guān)——電擊穿
?高于這一溫度時(shí),隨溫度升高而界電強(qiáng)度降低。
◆高分子材料在發(fā)生電擊穿時(shí),常伴隨有熱擊穿。
?熱擊穿,介電強(qiáng)度隨溫度增加而迅速降低。
◆塑料擊穿的特點(diǎn):
?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(chǎng)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(qiáng)度隨溫度升高而迅速下降;
?熱擊穿與電壓作用的長(zhǎng)短有關(guān);
?與電場(chǎng)畸變及周圍介質(zhì)的電性能關(guān)系不大;
?擊穿點(diǎn)多發(fā)生在電極內(nèi)部。
試驗(yàn)方法
◆短時(shí)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(jí)升壓)
?將預(yù)測(cè)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(jí)升壓值大約為V擊穿的5~10%。
?測(cè)試的試樣厚度一般是1.59mm
◆介電強(qiáng)度試驗(yàn)方法有
?ASTMD149、GB1048—2016、IEC出版物243
1、試樣制備與處理
◆根據(jù)測(cè)試產(chǎn)品規(guī)格及測(cè)試要求,采用模塑成型或機(jī)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(shí),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(jìn)行比較。
◆對(duì)于垂直于材料表面的試驗(yàn),要求試樣有足夠大的面積以防止試驗(yàn)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(shí),其絕緣性能損失,由此引起的試驗(yàn)回路電流促使相應(yīng)的回路斷路器動(dòng)作)
試樣的幾何形狀見下表,每組試樣數(shù)量不得少于3個(gè)
試樣預(yù)處理應(yīng)遵循測(cè)試材料的產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行。如果沒有特殊要求,則試樣在溫度為(23±2)℃,相對(duì)濕度為(50±5)%的條件下不少于24h。
2、試樣條件
(1)常態(tài)實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件:溫度為20±5℃,相對(duì)濕度為65±5%。
(2)熱態(tài)實(shí)驗(yàn)或潮濕環(huán)境實(shí)驗(yàn)條件由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)定。
(3)實(shí)驗(yàn)煤質(zhì):介電強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)盡量在接近測(cè)試材料的實(shí)際使用環(huán)境的煤質(zhì)中進(jìn)行,同時(shí)應(yīng)避免測(cè)試中發(fā)生閃絡(luò)。選用的煤質(zhì)不應(yīng)與被測(cè)試試樣發(fā)生反應(yīng)。通常選用的液體煤質(zhì)應(yīng)符合IEC60296:2003的變壓器油,當(dāng)在礦物油會(huì)發(fā)生膨脹的材料,也可以采用其他液體(如硅油)。對(duì)擊穿電壓值相對(duì)較低的試樣,可以直接在空氣中試驗(yàn)。
3、試樣步驟
(1)選擇試樣,并根據(jù)產(chǎn)品要求對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理。
(2)調(diào)節(jié)環(huán)境的溫濕度并選好試驗(yàn)煤質(zhì)。試驗(yàn)環(huán)境的調(diào)節(jié):常態(tài)溫度為20±5℃,相對(duì)濕度為65±5%。熱態(tài)或潮濕環(huán)境的試驗(yàn)條件按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定調(diào)節(jié)。試驗(yàn)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(cè)量試樣厚度。用厚度測(cè)量?jī)x在試樣測(cè)量電極面積下,沿直徑測(cè)量試樣厚度不少于3點(diǎn),取其算術(shù)平均值作為試樣厚度,測(cè)量誤差為±0.01mm。
(4)試樣經(jīng)測(cè)厚和預(yù)處理后,再用綢布蘸上對(duì)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(yàn)。
(5)測(cè)試介電強(qiáng)度。
(6)耐電壓實(shí)驗(yàn)。
4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
(1)擊穿的判斷在電擊穿時(shí),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(yàn)電壓來判斷。
(2)介電強(qiáng)度計(jì)算按式(5-15)計(jì)算
Eb=Ub/d5-15
式中:Eb-擊穿強(qiáng)度,KV/mm;
Ub-擊穿電壓,KV,以各次實(shí)驗(yàn)的算術(shù)平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果,取三位有效數(shù)字;
d-試樣厚度,mm。
以5次實(shí)驗(yàn)的平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果,取三位有效數(shù)字。
如個(gè)別實(shí)驗(yàn)值對(duì)平均值的相對(duì)誤差超過15%,則另取樣進(jìn)行5次實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果由10次實(shí)驗(yàn)的算術(shù)平均值計(jì)算。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備
介電強(qiáng)度測(cè)試儀,圖片如下圖
試驗(yàn)主機(jī)由高壓變壓器、調(diào)壓變壓器、保護(hù)電路等部件組成
介電強(qiáng)度測(cè)試裝置(高壓試驗(yàn)變壓器)的維護(hù)
(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(yàn)人員必須遵守試驗(yàn)裝置使用操作規(guī)程,確保試驗(yàn)安全。
(3)試驗(yàn)電壓通常應(yīng)不大于儀器最高工作電壓的80%(如≤80kV)。
(4)隨時(shí)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。
影響因素
(一)試樣的厚度
◆隨試樣厚度增加,介電強(qiáng)度減小。
√在擊穿中,既有電擊穿,也有熱擊穿。
◆從熱擊穿理論來講
√試樣厚度增加,散熱條件變壞,促使單位厚度的擊穿電壓降低。
◆從電擊穿理論講
√當(dāng)試樣較薄時(shí),電子加速時(shí)間相應(yīng)地減小,電子不易從電極上逸出,其介電強(qiáng)度也相應(yīng)增加。
(二)升壓速度
以電擊穿為主的試樣,升壓速度的影響不大;
以熱擊穿為主的試樣,隨升壓速度提高而增大。
(三)電極倒角r
◆電極與試樣接觸平面邊緣形成的半徑r的角稱為倒角。
√當(dāng)電極面積變化不大時(shí),介電強(qiáng)度變化不大,
√當(dāng)電極變成半圓球狀(r很大),介電強(qiáng)度變化較大。
◆邊緣效應(yīng),靠邊緣處場(chǎng)強(qiáng)非常大的現(xiàn)象。
√由于邊緣效應(yīng),電極邊緣間的介質(zhì)容易已被擊穿。
√而邊緣處場(chǎng)強(qiáng)的大小與倒角r有關(guān)系,
√一般r小,場(chǎng)強(qiáng)變大,所以,標(biāo)準(zhǔn)方法中規(guī)定r=2.5mm。
電極倒角r的影響
(五)試驗(yàn)環(huán)境
√多數(shù)材料在低溫下,介電強(qiáng)度與溫度無關(guān),
√當(dāng)溫度升高至某個(gè)高度,介電強(qiáng)度隨著溫度升高而下降。
√濕度增加,介電強(qiáng)度也下降。
√水分進(jìn)入試樣,電導(dǎo)變大之故。
(六)試樣加工
√不良的加工方法會(huì)在材料中形成缺陷,
√例如弱的熔接縫、氣泡流線和雜質(zhì)顆粒,都會(huì)使介電強(qiáng)度降低30~60%,降低程度隨缺陷的嚴(yán)重程度而異。