標(biāo)簽：電壓擊穿試驗(yàn)儀、介電強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、擊穿強(qiáng)度測試儀、電氣強(qiáng)度試驗(yàn)儀、高壓擊穿測試設(shè)備、耐電壓電氣介電強(qiáng)度測定儀、工頻電壓擊穿試驗(yàn)機(jī)、交直流耐壓強(qiáng)度測試儀………

p  介電強(qiáng)度概述：

1、定義：絕緣材料或結(jié)構(gòu)，在電場作用下瞬間失去絕緣特性，造成電極  間短路，稱為電氣擊穿。絕緣材料或結(jié)構(gòu)發(fā)生擊穿時所加的電壓稱為擊穿電壓，擊穿點(diǎn)的場強(qiáng)稱為擊穿場強(qiáng)。

式中：EB—擊穿場強(qiáng)（MV/mm）;UB—在規(guī)定試驗(yàn)條件下，兩極間的擊穿電壓(MV或KV);d—兩電極間擊穿部位的距離，即試樣在擊穿部位的厚度（m或mm）

閃絡(luò)：--指高壓電器(如高壓絕緣子)在絕緣表面發(fā)生的放電現(xiàn)象,稱為表面閃絡(luò),簡稱閃絡(luò).

絕緣閃絡(luò)： 絕緣材料在電場作用下，尚未發(fā)生絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿時，在  其表面或與電極接觸的空氣(離子化氣體)中發(fā)生的放電現(xiàn)象，稱為絕緣閃絡(luò)。

p  影響介電強(qiáng)度的因素：

1、電壓波形 直流、工頻正弦及沖擊電壓下，擊穿機(jī)理不同，所測的擊穿場強(qiáng)也不同，工頻交流電壓下的擊穿場強(qiáng)比直流和沖擊電壓下的低得多。

2、電壓作用時間，無論電擊穿還是熱擊穿都需要時間，隨著加壓時   間的增長，擊穿電壓明顯下降。

3、電場的均勻性及電壓的極性，電場不均勻往往測得的電壓比本征擊 穿值低。

4、試樣的厚度與不均勻性 試樣的厚度增加，電極邊緣電場就更不均勻，試樣內(nèi)部的熱量更不易散發(fā)，試樣內(nèi)部的含有缺陷的幾率增大，這些都會使擊穿場強(qiáng)下降。

5、環(huán)境條件  試樣周圍的環(huán)境條件，如溫度、濕度以及壓力等都會影  響試樣的擊穿場強(qiáng)；溫度升高，通常會使擊穿場強(qiáng)下降；濕度增大，會使擊穿場強(qiáng)下降；氣壓對擊穿場強(qiáng)的影響，主要是對氣體而言。氣壓高，擊穿場強(qiáng)升高；但接近真空時，也會使擊穿場強(qiáng)升高。另外還有：時間、輻射、機(jī)械力、電極材料及極性效應(yīng)。

p  擊穿機(jī)理：

?  氣體介質(zhì)擊穿

1）撞擊游離：氣體介質(zhì)在電場中，由于受輻照、電能、熱能等因素的作用，總會存在少量的離子和電子。

這些帶電質(zhì)點(diǎn)在電場中運(yùn)動過程中必然和氣體的分子或原子相撞，如果帶電粒子的能量大于分子或原子的電離能，則可能由于碰撞時能量的交換而使分子或原子產(chǎn)生電離（即使帶電粒子的能量小于電離能，經(jīng)過多次碰撞也可能使分子發(fā)生電離）。氣體分子電離之后，放出的電子又在電場中加速碰撞其它的分子或原子使之產(chǎn)生電離，因此電子 的總數(shù)越來越多形成電子崩。同時由于離子的質(zhì)點(diǎn)大，速度慢，而集聚在陰極的附近，造成陰極附近的電場強(qiáng)度增高，使電子 不斷從陰極被拉出，源源不斷地投入氣體中，這就形成 了自持放電即氣體擊穿。這種擊穿理論是符合低氣壓短間隙（電極間的距離近）的氣體擊穿。

2）流柱理論：在長間隙、高氣壓中的放電，除了撞擊之外，形成放電    發(fā)展的主要因素是光游離。在電子崩發(fā)展到一定階段后，電子崩的前部的離子復(fù)合增強(qiáng)，而復(fù)合時放出的光子又引起周圍氣體電離，于是又形成新的電子崩，這樣在電子崩之間呈成為電子離子的混合通道，這個混合通道稱為流柱。

3）在均勻和不均勻電場中氣體的擊穿電壓，在均勻電場中，氣體擊穿電 壓與氣體起始電離電壓相近。擊穿電壓與氣體壓力和電極間的距離的乘積成相關(guān)。這種關(guān)系規(guī)律稱巴申定律。在不均勻電場中，氣體的擊穿電壓將高于氣體起始電離擊穿電壓，因電場zui強(qiáng)的地方總首先開始局部電離放電，之后才逐漸擴(kuò)大放電范圍，直到放電貫穿兩電極時才發(fā)生擊穿。

?  液體介質(zhì)的擊穿

1）小橋理論：在液體介質(zhì)中，含有的各種雜質(zhì)，如灰塵、纖維、水分等， 這些雜質(zhì)在電場的作用下產(chǎn)生極化并沿著電場方向排列起來，移向電場強(qiáng)度高的地方連成小橋，而使電場發(fā)生畸變。造成擊穿電場下降。2）撞擊游離 和氣體電離的理論類似。不過由于液體中分子間的距離比氣體小得多，電子在兩次碰撞間的自由行程也短得多，因此，要獲得足夠的能量就要需要更高的電場強(qiáng)度，這說明液體的擊穿場強(qiáng)比氣體高的多。

?  固體材料的電擊穿理論 固體材料的本征擊穿場強(qiáng)比液體材料高得多，一般在50-150兆伏/米由于固體材料聚集很緊，電子在其中的運(yùn)動就不能簡單地看作單個電子與單個分子或原子相碰撞，而是受周圍許多分子或原子對它的制約。如電子通過晶格時，受晶格質(zhì)點(diǎn)振動的影響，使運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化，同時也發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移，這過程稱散射。當(dāng)電子的獲得的能量大于損失的能量時，電子就不斷被加速，就會導(dǎo)致?lián)舸┌l(fā)生。從這點(diǎn)出發(fā)提出兩種最主要的電擊穿理論：其一，弗羅利赫（Frohlich）理論，另一個是希伯爾理論。此外，還有許多電擊穿理論，如場致發(fā)射擊穿理論，電機(jī)械應(yīng)力破壞理論。

?  固體介質(zhì)的熱擊穿理論   介質(zhì)的擊穿因熱因素起決定作用的引起的破壞稱為熱擊穿。

?  局部放電導(dǎo)致?lián)舸?span>  材料擊穿發(fā)生在局部，而沒有貫穿到兩電極之間，這種現(xiàn)象稱為局部放電。

p  試樣、電極、媒質(zhì)以及升壓方式的選擇：

?  試樣與電極

試樣與電極的大小影響擊穿試驗(yàn)結(jié)果

1）固體材料的試樣

GB1408有規(guī)定，如表

一般試樣厚度不要超過3mm，厚度測量誤差最好不要超過1%

2）測量固體材料用電極：

電極必需是良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能；電極表面光滑并與試樣良好的接觸；板材或薄膜試樣一般用圓柱形銅或不銹鋼電極；管狀或型材試樣，一般要采用金屬箔或沉積金屬層，管狀試樣內(nèi)徑小時，可用彈性金屬片、金屬粉末以及導(dǎo)電液體等作為內(nèi)電極。電極尺寸見表

3）液體材料取樣及電極：

液體介質(zhì)擊穿試驗(yàn)用電極有平板和球型兩種。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)用是平板型電極，電極直徑為25mm，間距為2.5mm，邊緣的曲率半徑2mm,表面光潔度▽7.液面離電極的最高點(diǎn)距離不少于22mm.電極距容器內(nèi)壁各點(diǎn)不少于13mm，電極軸心應(yīng)對準(zhǔn)并保持水平，電極間隙應(yīng)均勻。電極及容器所用材料應(yīng)不會和試樣作用，一般用陶瓷或玻璃制成容器，用銅或不銹鋼做電極。

?  媒質(zhì)：

為防止材料發(fā)生表面閃絡(luò)，同時也為了避免擊穿發(fā)生在電極的邊緣，必須選用相對介電常數(shù)（或電導(dǎo)率）比較大的，而且擊穿場強(qiáng)也比較高的材料做媒質(zhì)。如變壓器油、礦物油和硅油.選用的媒質(zhì)必須與試樣不會發(fā)生相互作用

?  升壓方式：

擊穿場強(qiáng)隨施加電壓的時間的增長而下降；在交流或直流電壓的擊穿試驗(yàn)中，電壓作用時間體現(xiàn)在升壓方式和升壓速度；而在耐壓試驗(yàn)中，電壓的作用除與升壓速度有關(guān)外，主要還決定于耐壓時間。顯然，電壓作用時間越長對試樣考驗(yàn)就越嚴(yán)格。擊穿試驗(yàn)升壓方式分三種：連續(xù)升壓、逐級升壓和慢升壓。

?  連續(xù)升壓升壓速度

?  逐級升壓：

?  慢速升壓：

幾點(diǎn)說明：逐級升壓是讓施加于試樣的電壓先以連續(xù)升壓的速度上升到擊穿電壓的50%，之后，按每級升壓值（大約為擊穿電壓的5-10%）逐級升壓，每級停留1分鐘，直到擊穿為止。最后一級的電壓為擊穿電壓。級與級之間升壓時間要盡可能的短，一般不會超過10秒，這一時間應(yīng)計入后一級的停留時間內(nèi)。如果擊穿發(fā)生在前一級，則應(yīng)取前一級電壓。慢升壓是先讓施加于試樣的電壓以連續(xù)升壓阿的速度上升到擊穿電壓的50%，以后降低升壓速度，但電壓仍然以勻速上升直到擊穿為止。而耐壓試驗(yàn)先以任何升壓速度使施加于試樣的電壓由零上升到試驗(yàn)電壓的40%，以后以每秒升高試驗(yàn)電壓3%的速度升到試樣電壓為止；在試驗(yàn)電壓下保持一定的耐壓時間（1-5min），之后要在5分鐘內(nèi)將電壓降到試驗(yàn)電壓的25%，最后切斷電源。

p  工頻電壓下絕緣的擊穿和耐壓試驗(yàn)：

工頻電壓下絕緣強(qiáng)度和耐壓試驗(yàn)裝置：高壓試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器、電壓測量系統(tǒng)以及控制和保護(hù)裝置等。

?  高壓試驗(yàn)變壓器：

包括容量、電壓及其波形。容量--根據(jù)試樣在試驗(yàn)電壓下流過的電容電流來計算即：

P=U2ωCx(伏.安)  式中：U--施加電壓有效值（伏）， ω--角頻率，Cx—試樣電容；一般電容量高壓側(cè)電流1安以上。

電壓－一般根據(jù)試樣電壓來選，單臺變壓器最高電壓等級為750千伏；如果再高實(shí)驗(yàn)電壓就用多臺串聯(lián)。實(shí)驗(yàn)電壓波形，一般為正弦波，波形畸變將會影響電壓測量。Um=√2U有效

?  調(diào)壓、控制及保護(hù)：

1）調(diào)壓器 －調(diào)節(jié)通過接在實(shí)驗(yàn)變壓器和電源之間的調(diào)壓器來實(shí)現(xiàn)，分：自耦調(diào)壓器（通過滑動觸點(diǎn)沿繞阻移動來改變輸出電壓，其特點(diǎn)是體積小、漏抗小、價格也便宜，但由于滑動觸點(diǎn)在電流比較大時會出現(xiàn)火花，因此，一般容量只用于幾千伏安以下，油浸式的可達(dá)幾十千伏安）和移圈式調(diào)壓器。

2）控制電路 控制線路要實(shí)現(xiàn)下列各點(diǎn)要求

（1）只有在試驗(yàn)人員撤離高壓危險區(qū)，并關(guān)好安全門之后才能加壓；

（2）升壓必需從零開始；

（3）在試樣發(fā)生擊穿時能自動切斷電源；

（4）在自動升壓裝置中還要能控制升壓、降壓及停止等動作。

3）保護(hù)和接地（除過電流保護(hù)器、安全門開關(guān)、調(diào)壓器限位開關(guān)等外，其他在線路的低壓部分都要接上保護(hù)放電器，還需接保護(hù)電阻、此外，還要有圍欄、連鎖裝置和信號燈并備有接地棒以保證人身安全）

?  工頻電壓的測量：

工頻高電壓的測量方法分：直接測量高電壓（如利用球隙放電、靜電電壓表、旋轉(zhuǎn)伏特計等）；將高電壓變換為低電壓測量（互感器、分壓器）；通過測量試驗(yàn)變壓器本身低壓繞組的電壓來換算出高壓端的試驗(yàn)電壓。

1）靜電電壓表法－用于試驗(yàn)電壓不高的情況（200KV）。

2）球隙測量法－此法試驗(yàn)電壓可以高，但測量麻煩，影響因素較多，裝置的占地面積較大。3）互感器測量法－通過互感器將高壓變低壓進(jìn)行測量，精度高，但較貴。

4）電容分壓器法－通過串聯(lián)電容分壓測出其中低阻抗的電容器上的電壓，可以推算出試驗(yàn)電壓。

5)測量繞組法－通過變壓器內(nèi)部繞組，可以按比例把測量電壓算出來。

?  直流電壓下絕緣的擊穿和耐壓試驗(yàn)：

由于有很多電氣設(shè)備是在直流電壓下運(yùn)行的，有些雖在交流下運(yùn)行，但由于其電容量很大，工頻試驗(yàn)變壓器的容量不能滿足要求而又沒有補(bǔ)償電抗器時，采用直流電壓下測定其絕緣強(qiáng)度以替代工頻下的絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)。其測量裝置必需要有一套直流高壓裝置和直流電壓測量系統(tǒng)。直流高電壓可以通過各種方法獲得。一般是通過高壓整流，即先通過變壓器把工頻電壓升高。而后，在利用高壓整流器把工頻高壓變?yōu)橹绷鞲邏?。工頻的升壓及有關(guān)的控制、保護(hù)裝置與上節(jié)所述相同。

?  高壓整流：

絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)用的直流高壓設(shè)備應(yīng)滿足一下要求：

1）電壓等級應(yīng)滿足試驗(yàn)電壓要求，我國已有百萬伏以上的直流高壓裝置

2）設(shè)備容量應(yīng)能輸出電流10-20毫安

3）電壓脈動系數(shù)小于或等于5%

?  倍壓線路

簡單的整流線路不論是半波還是全波，最高輸出電壓只能接近于變壓器輸出電壓的峰值。如果要獲得更高的直流電壓，可以采用倍壓線路。

?  直流高壓的測量

測量方法很多，可用儀表直接測量，也可用分壓器等間接測量。測量的誤差小于3%。對于電壓脈動系數(shù)小于或等于5%，可用靜電伏特計和球隙法。旋轉(zhuǎn)伏特計也可測直流高壓。

p  有機(jī)硅凝膠的耐電特性

      絕緣材料擊穿是在電應(yīng)力作用下導(dǎo)致材料內(nèi)部絕緣性能嚴(yán)重?fù)p失，發(fā)生穿孔或出現(xiàn)碳化通道，并引起回路電流的現(xiàn)象。材料的電擊穿特性直觀反映了材料的電絕緣能力。本文搭建了有機(jī)硅凝膠工頻耐電特性實(shí)驗(yàn)平臺，研究溫度對有機(jī)硅凝膠耐電特性的影響規(guī)律。
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

       依據(jù) IEC 60243標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計實(shí)驗(yàn)平臺如圖 10 所示，交流電壓源輸出電壓 0～100kV，電壓畸變率小于 2%，升壓速率 2kV/s，升壓曲線如圖 10 所示。被測試品的模具容積為 200mL，電極為銅制球球電極，電極直徑 13mm，電極間距 1mm?；趯?shí)驗(yàn)室內(nèi)制備的有機(jī)硅凝膠樣品，測試了不同溫度下有機(jī)硅凝膠的工頻耐電特性。

球球電極結(jié)構(gòu)下，擊穿場強(qiáng)近似計算公式為：E_bd=U_bd/sη

式中，Ebd 為擊穿場強(qiáng)峰值；Ubd 為擊穿電壓最大值；s 為氣隙間距；h 為 Schwaiger 系數(shù)，對于較均勻場，n取值為 0.9。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

      圖 11 展示了有機(jī)硅凝膠的擊穿現(xiàn)象及擊穿通道。Ⅰ展示了發(fā)生擊穿瞬間，有機(jī)硅凝膠產(chǎn)生強(qiáng)烈的光信號；Ⅱ展示了放電發(fā)生后瞬間，球球電極間產(chǎn)生了氣泡，并且在顯微鏡下觀察了氣泡形態(tài)；擊穿后的樣品放置一段時間后，將進(jìn)入Ⅲ狀態(tài)，球球電極間的氣泡變?。蛔罱K形成圖 11 中Ⅳ所示的電樹枝通道，此時硅凝膠喪失耐壓能力。

絕緣材料的擊穿起始于材料內(nèi)部絕緣弱點(diǎn)，而聚合物中的缺陷是隨機(jī)分布的，因此聚合物的擊

穿事件符合一定的統(tǒng)計規(guī)律，一般采用多個樣本，可通過概率分布統(tǒng)計法評估聚合物的擊穿電壓。Weibull 分布基于弱點(diǎn)擊穿理論構(gòu)建，雙參數(shù) Weibull分布廣泛應(yīng)用于分析絕緣材料的擊穿電壓。根據(jù)Weibull 分布函數(shù)特征，有機(jī)硅凝膠的擊穿電壓對應(yīng)于 63%累積概率處的擊穿電壓。Weibull 分布的累積概率函數(shù)（Cumulative Probability Function, CDF）可表示為：

式中，P 為累積概率密度分布函數(shù)；a 為 63%對應(yīng)的分位數(shù)，也稱為尺度參數(shù)，表示發(fā)生概率為 63%的擊穿電壓值；b 為度量分散程度的 Weibull 指數(shù)，也稱為形狀參數(shù)，表示擊穿電壓的變化幅度，b 越大，其擊穿場強(qiáng)變化幅度越小；U 為有機(jī)硅凝膠的擊穿電壓。測試了傳統(tǒng)脫氣曲線與改進(jìn)脫氣曲線制備的有機(jī)硅凝膠樣品在 200℃的恒溫箱中處理后的擊穿電壓值，通過式（3）計算 Weibull 分布得出累計概率密度曲線，200℃下制備工藝對有機(jī)硅凝膠擊穿電壓的影響如圖 12 所示。

       200℃下，原始制備工藝得到的有機(jī)硅凝膠樣品內(nèi)出現(xiàn)氣泡，依據(jù) Weibull 分布統(tǒng)計得到工頻耐受電壓為 31.30kV；而改進(jìn)的制備工藝得到的有機(jī)硅凝膠樣品在 200℃下未見氣泡，工頻耐受電壓為35.34kV。對比兩種制備工藝獲得的有機(jī)硅凝膠樣品，改進(jìn)的制備工藝使得有機(jī)硅凝膠樣品在 200℃下耐壓能力提升了 12.9%。

     為獲得溫度對有機(jī)硅凝膠耐壓特性的影響規(guī)律，測試了不同溫度下有機(jī)硅凝膠的工頻擊穿電壓，依據(jù)式（3）計算 Weibull 分布，得出每個溫度點(diǎn)下的累計概率密度曲線如圖 13 所示。不同溫度下有機(jī)凝膠的 Weibull 分布參數(shù)見表 2。

     根據(jù) Weibull 分布統(tǒng)計結(jié)果，獲得了不同溫度下，有機(jī)硅凝膠的擊穿場強(qiáng)，如圖 14 所示。從圖14 可知，溫度對有機(jī)硅凝膠的絕緣性能有重要影響，隨著溫度升高，23～80℃之間，有機(jī)硅凝膠的擊穿場強(qiáng)有所降低，但降低程度較小；當(dāng)溫度達(dá)到120℃左右時，有機(jī)硅凝膠的擊穿場強(qiáng)明顯下降；當(dāng)溫度達(dá)到 200℃時，有機(jī)硅凝膠的擊穿場強(qiáng)只有約常溫下的一半。

絕緣介電強(qiáng)度試驗(yàn)是在相互絕緣的部件之間或絕緣的部件與地之間，在規(guī)定時間內(nèi)施加規(guī)定的電壓，以此來確定 電機(jī)在額定電壓下能否安全工作,能否耐 受由于開關(guān)、浪涌及其它類似現(xiàn)象所導(dǎo)致的過電壓的能力，從而評定電機(jī)絕緣 材料或絕緣間隙是否合適。如果電機(jī)有缺陷，則在施加試驗(yàn)電壓后，會產(chǎn)生擊穿放電或損壞。擊穿放電表現(xiàn)為飛弧(表 面放電)、火花放電(空氣放電)或擊穿(擊穿放電)現(xiàn)象。過大的漏電流可能引起電參數(shù)或物理性能的改變 。 

介電強(qiáng)度試驗(yàn)與絕緣電阻測試是不能等同的。清潔、干燥的絕緣體盡管具有高的絕緣電阻,但卻可能發(fā)生不能經(jīng)受 絕緣介電強(qiáng)度試驗(yàn)的故障；反之，一個 臟的、損傷的絕緣體，其絕緣電阻雖然低,但在高電壓下也可能不會被擊穿。由 于絕緣部件是由不同材料制成或是由不同材料合成的，它們的絕緣電阻各不相同。因 此,絕緣電阻的測試不能wan全代表 對清潔度或無損傷程度的直接量度。但是，這種測試對確定高溫、潮濕、污物、氧化或揮發(fā)性材料等對絕緣特性影響 程度是極為有 益的。 　　

事實(shí)上，一臺由于過熱而使絕緣材料已經(jīng)老化變脆的電機(jī)，其絕緣電阻仍可高達(dá)100MΩ,但卻無法通過絕緣介電強(qiáng) 度試驗(yàn)。絕緣電阻測試對絕緣材料受潮特別敏感,對絕緣材料老化則顯得力不從心。 　　

絕緣介電強(qiáng)度試驗(yàn)一般采用50Hz正弦波交流電，而絕緣電阻測試均采用直流電。

工頻電壓擊穿試驗(yàn)機(jī)