介电强度

一、基本概念：

1、电击穿：

高分子材料在一定电压范围内是绝缘体，但随着施加电压的升高，性能会逐渐下降。当电压升到一定值时变成局部导电，此时称材料被击穿。

2、介电强度（击穿强度）：

指造成聚合物材料介电破坏时所需的最大电压，一般以单位厚度的试样被击穿时的电压数表示。    

                              E=V/d

式中：E——介电强度，KV/mm

          V击穿——击穿电压，KV

          d——试样厚度，mm

二、基本原理：

通常介电强度越高，材料的绝缘质量越好。

塑料击穿的主要表现：

绝缘性能破坏，击穿点上产生电弧，材料穿孔熔化、变焦、烧毁等。

固体介质中，总有一些自由电子存在，在外电场作用下被加速而撞击中性原子，致使原子电离，最终造成材料击穿。

高分子的击穿通常与温度有关：

当低于某一温度时，界电强度与温度无关——电击穿

高于这一温度时，随温度升高而界电强度降低。

高分子材料在发生电击穿时，常伴随有热击穿。

热击穿，介电强度随温度增加而迅速降低。

塑料击穿的特点：

塑料材料的击穿过程，通常伴随着热击穿与电击穿，很难说界定是某种击穿。

一般来说，工作温度高，散热条件差，介质电导及损耗大的材料，发生热击穿的几率高。

热击穿的原理：

塑料介质在电场中发生的热量大于它能散发的热量，使其内部温度不断升高。

温度升高导致其电阻下降，流经试样电流增大，产生的热量更多，如此循环不已，致使介质转变为另一种聚集态，失去了耐电压能力、材料被破坏。

热击穿的外部表现：

介电强度随温度升高而迅速下降；

热击穿与电压作用的长短有关；

与电场畸变及周围介质的电性能关系不大；

击穿点多发生在电极内部。

三、试验方法：

短时法 （连续均匀升压）

   施加于试样的电压从零开始，以均匀速率逐渐增加到材料发生介电破坏。

低速升压法 （逐级升压）

   将预测击穿电压值的一半作为起始电压，然后以均匀速率增加电压直到发生击穿。

   每级升压值大约为V击穿的5~10%。测试的试样厚度一般是1.59mm

四、介电强度试验方法有：

GB/T1408.1-2016；

IEC60243-1：2013

GB/T1408.2-2016；

IEC60243-2：2013

ASTM D149；

GB/T1695-2005；

五、试样制备与处理：

根据测试产品规格及测试要求，采用模塑成型或机械加工方法制备试样。与电极接触的试样两表面要平行，并且应尽可能平整光滑，试样厚度一般不大于3mm，当厚度大于3mm时，单面成（3±0.2）mm，未加工面应与高压电极接触。

         注意：不同厚度的试样其结果不能进行比较。

对于垂直于材料表面的试验，要求试样有足够大的面积以防止试验过程中发生闪络。

（注：闪络：试样和电极周围的气体或液体煤质承受电应力作用时，其绝缘性能损失，由此引起的试验回路电流促使相应的回路断路器动作）

试样的几何形状见下表，每组试样数量不得少于3个：

试样预处理应遵循测试材料的产品规格进行。如果没有特殊要求，则试样在温度为（23±2）℃，相对湿度为（50±5）％的条件下不少于24h。

六、试样条件：

（1）常态实验环境条件：温度为20±5℃，相对湿度为65±5％。

（2）热态实验或潮湿环境实验条件由产品标准予以规定。

（3）实验煤质：介电强度试验应尽量在接近测试材料的实际使用环境的煤质中进行，同时应避免测试中发生闪络。选用的煤质不应与被测试试样发生反应。通常选用的液体煤质应符合IEC 60296:2003的变压器油，当在矿物油会发生膨胀的材料，也可以采用其他液体（如硅油）。对击穿电压值相对较低的试样，可以直接在空气中试验。

七、实验步骤：

（1）选择试样，并根据产品要求对试样进行预处理。

（2）调节环境的温湿度并选好试验煤质。试验环境的调节：常态温度为20±5℃，相对湿度为65±5％。热态或潮湿环境的试验条件按产品标准规定调节。试验煤质：气体煤质一般采用空气，液体煤质用变压器油或耐高温的气缸油。

（3）测量试样厚度。用厚度测量仪在试样测量电极面积下，沿直径测量试样厚度不少于3点，取其算术平均值作为试样厚度，测量误差为±0.01mm。

（4）试样经测厚和预处理后，再用绸布蘸上对材料无任何作用的溶剂擦净表面，装入仪器内两电极之间，保持良好的接触，开始试验。

（5）测试介电强度。

（6）耐电压实验。

八、实验结果：

（1）击穿的判断：在电击穿时，回路中的电流增加和试样两端电压下降，使断路器跳开或熔丝烧断。试样沿施加电压方向及位置有贯穿小孔、开裂或烧焦等痕迹。如果痕迹不清，可用重复施加试验电压来判断。

（2）介电强度计算：按式（5-15）计算

Eb＝Ub／d

式中： Eb－击穿强度，KV/mm；

       Ub－击穿电压，KV，以各次实验的算术平均    值作为实验结果，取三位有效数字；

       d－试样厚度，mm。

 以5次实验的平均值作为实验结果，取三位有效数字。

      如个别实验值对平均值的相对误差超过15%，则另取样进行5次实验，实验结果由10次实验的算术平均值计算。

九、实验设备：

ZJC-50E介电强度测试仪

ZJC-100E介电强度测试仪

试验主机由高压变压器、调压变压器、保护电路等部件组成：

十、介电强度测试装置(高压试验变压器)的维护：

(1)要经常检查仪器室外及室内接地是否可靠。

(2)参加试验人员必须遵守试验装置使用操作规程，确保试验安全。

(3)试验电压通常应不大于仪器最高工作电压的80％(如≤80kV)。

(4)随时保持工作环境的清洁，应避免仪器工作媒质受到脏物污染。

介电强度|耐电压击穿强度测试仪

1、介电强度试验电压上升曲线的选择

介电强度试验时，电压上升曲线的选择在相关 手册中可以查到，但往往是几十年以前定出的。目 前，随着电介质材料及其介电性能研究的深入，以及 计算机技术的发展，特别是单片机技术的成熟与成 本的下降，为进一步探讨更合理的电压上升曲线提 供了可能与必要。

介电强度是最基本的绝缘特性参数，介电强度 试验分为击穿试验和耐压试验。在电气产品的生产 使用过程中，经常要做介电强度试验。如电机产品 生产过程中，分别要在定子嵌线、浸绝缘漆、电机装 配等工序做耐压试验，出厂时又要做耐压试验。每经 过一次耐压试验，绝缘多少要受到一些破坏，因此，电机厂在制定生产工艺时，规定的试验电压值往往 前道工序高，后道工序低。特别是有些厂家的电气产 品，介电强度自检时合格，而在有关部门抽检时却出 现了不合格的情况，主要原因是电气绝缘经多次介 电强度试验，已受到一定程度的损坏。文中希望通过 对电压上升曲线合理选择，来最大限度地减少各次 介电强度试验对电气绝缘的损害。

2、合理的电压上升曲线

所有绝缘材料都只能在一定的电场强度以下保 持其绝缘特性，当电场强度超过一定限度时，绝缘材料便会瞬间失去绝缘特性，造成电极间短路，称为电 气击穿。绝缘材料电气击穿以后，通过击穿处的电 流会突然增大。当电导性电流流过一个弱导电性的 导体时，焦耳效应会对材料加热，材料的电导率随温 度的增加而上升，反过来又引起电流的增加，如此依 次循环，如果绝缘材料上累积的热量不能因热传导 或界面上的热幅射而足够快地散发掉，导致热过载 造成材料久性的破坏，称为热击穿。绝缘材料并 不是全的绝缘，在介电强度试验过程中，通过绝缘 体的漏电流始终存在，如果此漏电流过大或上升速 度过快，使绝缘材料来不及散热，同样会加速绝缘组 织的老化和破坏。因此只有找到绝缘材料所加电压、通过的电流与材料温升之间的关系，才能找到合理 的电压上升曲线。

仪器特点：

1、独立的控制系统，模块式结构方便于售后维护，外观美观大气，整个实验过程中无噪音，电级自动对中定位，操作方便，安全系数大，精度高。
2、由设备本身触摸屏及控制面板进行操作控制，如不需要进行曲线分析，可不配备计算机。
3、如需进行曲线分析，可配备计算机，只进行数据及曲线记录功能，不进行设备控制，避免了试验人员在计算机和设备间交替操作，更人性化。
4、设备具有试验参数记忆功能，相同试验条件不需要每次试验都进行设置，且断电仍会记忆最后一次试验设置参数。
5、试验界面简单明了，且配有示意曲线说明，参数不同，曲线走势不同，方便理解。
6、控制面板简洁，功能标注明确，操作简单。
7、可记录并同时显示10次试验记录，方便试验数据的对比分析。且可以随时舍弃不理想的任意一组数据。
8、增加了U盘下载功能，可以将设备中的试验记录直接下载到U盘中。
9、如配备计算机，可生成详细的试验报告单，包括每一组具体信息，多组综合信息，及曲线。
10、设备试验界面采用仪表盘及数字同时且实时显示的方式，更方便试验过程的观看。
11、设备具有安全警告提示，在未关闭试验箱门时试验无法开始，且会弹出警告，在满度（即：高压变压器无输出）时会弹出警告，且试验过程中如果开门，试验会自动结束。
12、采用蓝牙数据传输，解决由于有隔离墙阻挡穿墙过线的麻烦和远距离操作安全可靠；
13、设备配有三色报警灯，绿灯亮时表示箱门关闭良好可以开始试验，黄灯亮时表示试验箱门打开，此时可进行试样更换。红灯亮时表示高压大于0.5KV，此时不要开箱门。直流试验结束放电过程警报灯会闪烁且报警。（总结：绿灯箱门关闭良好，黄灯开门小心操作，红灯有高压）
优势：
1、*自动放电；
2、*交流电压、直流电压测试误差1%；
3、*电极支架采用优质环氧板；
4、*软件可连续做10组试验对比；
5、*试验曲线不同颜色，可叠加对比；
6、*软件可设置电流保护功能；
7、*带有主机控制区域，不通过电脑可单独控制主机；
8、*主机带有电压、电流显示功能；
9、*内置排风装置；
10、*内置照明功能；
11、*放电报警装置；
12、*蓝牙远程控制；
13、*三色灯报警装置（绿灯箱门关闭良好，黄灯开门小心操作，红灯有高压）；
14、*可实现触摸屏或电脑双重操作；
15、*可实现组合编程，梯度升压的升压和耐压时间可分别单独设置；
16、*U盘下载功能，可以将设备中的试验记录直接下载到U盘中。

主要技术参数：

设备名称：介电强度|耐电压击穿强度测试仪（计算机控制）

测量范围：0-100kV  功率：10kVA  漏电流：1-30mA  升压速率：0.1kv/s-5kv/s

输入电压：AC 220V±10%

电源频率：50-60Hz

高压变压器功率：5kVA

输出电压：AC 0～50kV  ,DC 0～50kV

测量精度：±1%

测量范围：1kV～50kV

升压方式选择功能：1；连续升压；2；逐级升压；3；瞬时升压。

升压速率设定功能：0.100 kV/s ～ 5.000kV/s

外形尺寸：1000mm*700mm*1400mm(ZJC-50E产品)；

测试材料：绝缘材料类；

符合标准：GB/T1408.1-2016；IEC60243-1：2013；GB/T1408.2-2016；IEC60243-2：2013；ASTM D149；GB/T1695-2005；

可选配：高温空气中测试；高温油中测试；