絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀

絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀—電氣強(qiáng)度能力驗(yàn)證結(jié)果分析

1、概述：

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是產(chǎn)品安全測(cè)試領(lǐng)域中常見(jiàn)的電氣測(cè)試項(xiàng) 目之一，所有涉及電氣絕緣強(qiáng)度的評(píng)估包含“打耐壓”測(cè)試。因 此，電氣強(qiáng)度測(cè)試也被稱作耐壓測(cè)試，它是衡量電器的絕緣在 過(guò)電壓作用下耐擊穿的能力，是評(píng)價(jià)電氣產(chǎn)品在正常工作中絕 緣是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重要試驗(yàn)方法。這也是一種考核該產(chǎn)品 是否保證使用安全的可靠手段，給使用者帶來(lái)安全的保證。

通過(guò)本次驗(yàn)證，提高了實(shí)驗(yàn)室對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解和掌握，了解 了國(guó)內(nèi)電氣實(shí)驗(yàn)室對(duì)電氣產(chǎn)品電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的整體測(cè)試水平。

2、電氣強(qiáng)度能力驗(yàn)證樣品簡(jiǎn)介：

本次樣品為一個(gè)專門(mén)設(shè)計(jì)自行組裝的電氣盒，樣品上粘 貼有編號(hào)，如“001-125”“008-101”，表示“實(shí)驗(yàn)室代碼-樣品編 號(hào)”。發(fā)放樣品前，對(duì)樣品進(jìn)行了均勻性檢驗(yàn)和穩(wěn)定性檢驗(yàn)，檢 驗(yàn)結(jié)果符合要求。樣品用氣泡膜和紙盒封裝，運(yùn)輸時(shí)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(cè)要求

3.1 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

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(shè)備 安全 要求》；GB 4943.1—2011《信息技術(shù)設(shè)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(yàn)》。

能力驗(yàn)證的組織者為中國(guó)家用電器研究院，推薦的標(biāo)準(zhǔn) 均 為 民 用 類 的 標(biāo) 準(zhǔn) ， 實(shí) 驗(yàn) 室 主 要 依 據(jù) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 為 GB/T 14598.3—2006《電氣繼電器 第 5 部分量度繼電器和保護(hù)裝置 的絕緣配合要求和試驗(yàn)》，此標(biāo)準(zhǔn)適用于量度繼電器和保護(hù)裝 置，及與之相關(guān)的輔助裝置。

3.2 試驗(yàn)要求

①試驗(yàn)前，將樣品及測(cè)試裝置放置在溫度為 20℃±5℃，相 對(duì)濕度 45%~75%的環(huán)境下進(jìn)行預(yù)處理 24h，使其與環(huán)境達(dá)到 熱平衡；②試驗(yàn)場(chǎng)所的環(huán)境條件：保持恒定溫度 20℃±5℃，相 對(duì)濕度 45%~75%；本次試驗(yàn)選定的環(huán)境為密閉的房間，利用 空調(diào)來(lái)調(diào)節(jié)溫度，將樣品遠(yuǎn)離空調(diào)，減少空氣對(duì)流對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生 的影響；③電氣強(qiáng)度試驗(yàn)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(hào)測(cè)試端之間，施加 2500V 交流電壓 1min，試驗(yàn)初始施加的 電壓不超過(guò)規(guī)定電壓值的一半，然后平緩地升高到規(guī)定值，檢 驗(yàn)是否擊穿 （本條規(guī)定的試驗(yàn)方法與 GB/T 14598.3—2006 6.1.4.4 條的規(guī)定吻合）；⑤上述試驗(yàn)完畢后，在 3、4 號(hào)加壓端 施加 2500V 交流電壓，測(cè)量 7、8 號(hào)測(cè)試端的電壓值。

4、試驗(yàn)過(guò)程

4.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)

①7451 輸出電壓驗(yàn)證。GB/T 14598.3—2006 6.4.1.3 條要 求試驗(yàn)電壓源對(duì)被試?yán)^電器施加規(guī)定值的一半時(shí)，所觀察到 的電壓應(yīng)低于 10%，試驗(yàn)電壓源的電壓值精度應(yīng)高于 5%。輸 出電壓如表 1 所示，從表 1 中可以看出經(jīng)過(guò)測(cè)量輸出電壓，其 誤差滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

②7451 漏電流驗(yàn)證。將試驗(yàn)線接到一個(gè)滑線變阻器上，串 接上一個(gè) 34410A（測(cè)量電流）

推動(dòng)滑線電阻，可以改變漏電流的大小，7451 漏電流達(dá)到 99.99mA 時(shí)，34410A 顯示為 99.93mA，滿足要求

③被測(cè)樣品測(cè)量電壓電路分析。用 34410A 測(cè)量，被測(cè)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(guò)分析，如果 3-4 端施加 2500V 電壓，7-8 的測(cè)量理論 值為 100.989V。

④測(cè)量?jī)x表的選擇。先在 3、4 端施加 100V 電壓，7、8 測(cè) 量結(jié)果如表 2 所示。

34410A 測(cè)量電壓時(shí)內(nèi)阻為 1MΩ，FLUCK 15B 及 FLUCK 289C 內(nèi)阻均為 10 MΩ。內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大。理論上內(nèi) 阻越大對(duì)結(jié)果影響越小。

4.2 電氣強(qiáng)度試驗(yàn)

在樣品的 1、2 端施加 2500V 交流電壓。本次用的測(cè)試設(shè) 備為 7451 安規(guī)綜合分析儀，其初始測(cè)試電壓為 0V，升高到規(guī) 定值為 10s，持續(xù)時(shí)間為 1min，試驗(yàn)連接圖如圖 2 所示。

7451 測(cè)試時(shí)間為 60s，測(cè)試電壓為 2.5kV，漏電流為 99.99mA。點(diǎn)擊 TEST 按鈕，試驗(yàn)開(kāi)始，電壓升高到 1.99kV 時(shí)， 被測(cè)樣品擊穿。

4.3 測(cè)量電壓值試驗(yàn)

在樣品的 3、4 端施加 2500V 交流電壓。7451 初始測(cè)試電 壓為 0V，升高到規(guī)定值為 10s，持續(xù)時(shí)間為 1min，表計(jì)連接到 測(cè)試樣品的 7、8 端子，試驗(yàn)連接圖如圖 3 所示。

用了 3 個(gè)類型的表計(jì)對(duì) 7、8 端電壓進(jìn)行了測(cè)量，施加在 3、4 端電壓為 2500V（7451 顯示），結(jié)果如表 3 所示。

通過(guò)表 3 可以看出，內(nèi)阻越大，越接近理論值。考慮到表 計(jì)內(nèi)阻的影響，最終上報(bào)的結(jié)果選擇的是 98.7V。

5、試驗(yàn)結(jié)果分析

本次能力驗(yàn)證分為兩部分，兩項(xiàng)均為滿意結(jié)果，則判為“滿意 結(jié)果”；兩項(xiàng)其中任一項(xiàng)為不滿意結(jié)果，則判為“不滿意結(jié)果”

本次能力驗(yàn)證共有 178 家實(shí)驗(yàn)室參加，經(jīng)過(guò)綜合判定，最 終有 146 家實(shí)驗(yàn)室結(jié)果為滿意。其中所有實(shí)驗(yàn)室電氣強(qiáng)度結(jié) 果都為“滿意結(jié)果”，不滿意的原因均為測(cè)量電壓值超過(guò)能力 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差。

不滿意的原因主要?dú)w結(jié)為 3 點(diǎn)：①試驗(yàn)的環(huán)境條件。由于 電氣盒設(shè)計(jì)為純阻性負(fù)載，阻性負(fù)載本身會(huì)受環(huán)境溫度影響， 同一樣品在不同溫度下會(huì)呈現(xiàn)不同的阻值變化，阻值的變化會(huì) 影響電氣盒的分壓大小，雖然影響比較小，但是也會(huì)累加結(jié)果 的不確定度。②升壓方式。若進(jìn)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(huì)使產(chǎn)品的絕緣產(chǎn)生泄漏電流， 出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，或者將內(nèi)部部件損壞，這就是錯(cuò)誤操作造成的 試驗(yàn)樣品不通過(guò)或者試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。③測(cè)量電壓用的表計(jì)內(nèi) 阻過(guò)小。根據(jù)分析，表計(jì)內(nèi)阻對(duì)結(jié)果影響特別大，如選用表計(jì)不 當(dāng)或忽略了表計(jì)內(nèi)阻的影響，會(huì)最終影響測(cè)量結(jié)果。

絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀技術(shù)要求

測(cè)試原理

固體電介質(zhì)擊穿有3種形式：電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿。

電擊穿

電擊穿是因電場(chǎng)使電介質(zhì)中積聚起足夠數(shù)量和能量的帶電質(zhì)點(diǎn)而導(dǎo)致電介質(zhì)失去絕緣性能。熱擊穿是因在電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部熱量積累、溫度過(guò)高而導(dǎo)致失去絕緣能力。電化學(xué)擊穿是在電場(chǎng)、溫度等因素作用下，電介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)變化，性能逐漸劣化，最終喪失絕緣能力。固體電介質(zhì)的化學(xué)變化通常使其電導(dǎo)增加，這會(huì)使介質(zhì)的溫度上升，因而電化學(xué)擊穿的最終形式是熱擊穿。溫度和電壓作用時(shí)間對(duì)電擊穿的影響小，對(duì)熱擊穿和電化學(xué)擊穿的影響大；電場(chǎng)局部不均勻性對(duì)熱擊穿的影響小，對(duì)其他兩種影響大。

熱擊穿

當(dāng)固體電介質(zhì)承受電壓作用時(shí)，介質(zhì)損耗是電介質(zhì)發(fā)熱、溫度升高；而電介質(zhì)的電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，所以電流進(jìn)一步增大，損耗發(fā)熱也隨之增加。電介質(zhì)的熱擊穿是由電介質(zhì)內(nèi)部的熱不平衡過(guò)程造成的。如果發(fā)熱量大于散熱量，電介質(zhì)溫度就會(huì)不斷上升，形成惡性循環(huán)，引起電介質(zhì)分解、炭化等，電氣強(qiáng)度下降，最終導(dǎo)致?lián)舸?/span>

熱擊穿的特點(diǎn)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(guān)，如電介質(zhì)厚度大，則散熱困難，因此擊穿電壓并不隨電介質(zhì)厚度成正比增加；當(dāng)外施電壓頻率增高時(shí)，擊穿電壓將下降。

電化學(xué)擊穿

固體電介質(zhì)受到電、熱、化學(xué)和機(jī)械力的長(zhǎng)期作用時(shí)，其物理和化學(xué)性能會(huì)發(fā)生不可逆的老化，擊穿電壓逐漸下降，長(zhǎng)時(shí)間擊穿電壓常常只有短時(shí)擊穿電壓的幾分之一，這種絕緣擊穿成為電化學(xué)擊穿。當(dāng)加在某絕緣介質(zhì)上的電壓高于過(guò)一定程度（擊穿電壓）后，這時(shí)絕緣介質(zhì)會(huì)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(zhì)變?yōu)閷?dǎo)體。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(zhì)中。

電樹(shù)枝（預(yù)擊穿）

在電氣工程中，樹(shù)化是固體絕緣中的一種電氣預(yù)擊穿現(xiàn)象。這是由于局部放電而造成的破壞性過(guò)程，并通過(guò)受應(yīng)力的介電絕緣層，在類似于樹(shù)枝的路徑中進(jìn)行。固體高壓電纜絕緣的樹(shù)化是地下電力電纜中常見(jiàn)的擊穿機(jī)制和電氣故障來(lái)源。當(dāng)干介電材料在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)受到高且發(fā)散的電場(chǎng)應(yīng)力時(shí)，首先發(fā)生并傳播電樹(shù)。觀察到電樹(shù)化起源于雜質(zhì)、氣孔、機(jī)械缺陷或?qū)щ娡黄鹪陔娊橘|(zhì)的小區(qū)域內(nèi)引起過(guò)度電場(chǎng)應(yīng)力的點(diǎn)。這可以使體電介質(zhì)內(nèi)的空隙內(nèi)的氣體電離，從而在空隙的壁之間產(chǎn)生小的放電。雜質(zhì)或缺陷甚至可能導(dǎo)致固體電介質(zhì)本身的部分擊穿。這些局部放電(PD)產(chǎn)生的紫外線和臭氧隨后與附近的電介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，分解并進(jìn)一步降低其絕緣能力。隨著電介質(zhì)的降解，氣體通常會(huì)釋放出來(lái)，從而產(chǎn)生新的空隙和裂縫。這些缺陷進(jìn)一步削弱了材料的介電強(qiáng)度，增強(qiáng)了電應(yīng)力，加速了PD過(guò)程。