介电强度|击穿电压|电气强度测定仪

介电强度|击穿电压|电气强度测定仪参数:

介电强度：

一、概述：

1、定义：绝缘材料或结构，在电场作用下瞬间失去绝缘特性，造成电极间短路，称为电气击穿。绝缘材料或结构发生击穿时所加的电压称为击穿电压，击穿点的场强称为击穿场强。

式中：EB—击穿场强（MV/mm）;UB—在规定试验条件下，两极间的击穿电压(MV或KV);d—两电极间击穿部位的距离，即试样在击穿部位的厚度（m或mm）

闪络：--指高压电器(如高压绝缘子)在绝缘表面发生的放电现象,称为表面闪络,简称闪络.

绝缘闪络： 绝缘材料在电场作用下，尚未发生绝缘结构的击穿时，在其表面或与电极接触的空气(离子化气体)中发生的放电现象，称为绝缘闪络。

二、影响介电强度的因素：

1、电压波形 直流、工频正弦及冲击电压下，击穿机理不同，所测的击穿场强也不同，工频交流电压下的击穿场强比直流和冲击电压下的低得多。

2、电压作用时间，无论电击穿还是热击穿都需要时间，随着加压时间的增长，击穿电压明显下降。

3、电场的均匀性及电压的极性，电场不均匀往往测得的电压比本征击穿值低。

4、试样的厚度与不均匀性 试样的厚度增加，电极边缘电场就更不均匀，试样内部的热量更不易散发，试样内部的含有缺陷的几率增大，这些都会使击穿场强下降。

5、环境条件  试样周围的环境条件，如温度、湿度以及压力等都会影响试样的击穿场强；温度升高，通常会使击穿场强下降；湿度增大，会使击穿场强下降；气压对击穿场强的影响，主要是对气体而言。气压高，击穿场强升高；但接近真空时，也会使击穿场强升高。另外还有：时间、辐射、机械力、电极材料及极性效应。

三、击穿机理：

1气体介质击穿

1）撞击游离：气体介质在电场中，由于受辐照、电能、热能等因素的作用，总会存在少量的离子和电子。

这些带电质点在电场中运动过程中必然和气体的分子或原子相撞，如果带电粒子的能量大于分子或原子的电离能，则可能由于碰撞时能量的交换而使分子或原子产生电离（即使带电粒子的能量小于电离能，经过多次碰撞也可能使分子发生电离）。气体分子电离之后，放出的电子又在电场中加速碰撞其它的分子或原子使之产生电离，因此电子 的总数越来越多形成电子崩。同时由于离子的质点大，速度慢，而集聚在阴极的附近，造成阴极附近的电场强度增高，使电子 不断从阴极被拉出，源源不断地投入气体中，这就形成 了自持放电即气体击穿。这种击穿理论是符合低气压短间隙（电极间的距离近）的气体击穿。

2）流柱理论：在长间隙、高气压中的放电，除了撞击之外，形成放电发展的主要因素是光游离。在电子崩发展到一定阶段后，电子崩的前部的离子复合增强，而复合时放出的光子又引起周围气体电离，于是又形成新的电子崩，这样在电子崩之间呈成为电子离子的混合通道，这个混合通道称为流柱。

3）在均匀和不均匀电场中气体的击穿电压，在均匀电场中，气体击穿电压与气体起始电离电压相近。击穿电压与气体压力和电极间的距离的乘积成相关。这种关系规律称巴申定律。在不均匀电场中，气体的击穿电压将高于气体起始电离击穿电压，因电场强的地方总首先开始局部电离放电，之后才逐渐扩大放电范围，直到放电贯穿两电极时才发生击穿。

2、液体介质的击穿

1）小桥理论：在液体介质中，含有的各种杂质，如灰尘、纤维、水分等，这些杂质在电场的作用下产生极化并沿着电场方向排列起来，移向电场强度高的地方连成小桥，而使电场发生畸变。造成击穿电场下降。2）撞击游离 和气体电离的理论类似。不过由于液体中分子间的距离比气体小得多，电子在两次碰撞间的自由行程也短得多，因此，要获得足够的能量就要需要更高的电场强度，这说明液体的击穿场强比气体高的多。

3、固体材料的电击穿理论 固体材料的本征击穿场强比液体材料高得多，一般在50-150兆伏/米由于固体材料聚集很紧，电子在其中的运动就不能简单地看作单个电子与单个分子或原子相碰撞，而是受周围许多分子或原子对它的制约。如电子通过晶格时，受晶格质点振动的影响，使运动状态发生变化，同时也发生能量的转移，这过程称散射。当电子的获得的能量大于损失的能量时，电子就不断被加速，就会导致击穿发生。从这点出发提出两种最主要的电击穿理论：其一，弗罗利赫（Frohlich）理论，另一个是希伯尔理论。此外，还有许多电击穿理论，如场致发射击穿理论，电机械应力破坏理论。

4、固体介质的热击穿理论   介质的击穿因热因素起决定作用的引起的破坏称为热击穿。

5、局部放电导致击穿  材料击穿发生在局部，而没有贯穿到两电极之间，这种现象称为局部放电。

四、试样、电极、媒质以及升压方式的选择：

1、试样与电极

试样与电极的大小影响击穿试验结果

1）固体材料的试样

GB1408有规定，如表

一般试样厚度不要超过3mm，厚度测量误差最好不要超过1%

2） 测量固体材料用电极：

电极必需是良好的导电、导热性能；电极表面光滑并与试样良好的接触；板材或薄膜试样一般用圆柱形铜或不锈钢电极；管状或型材试样，一般要采用金属箔或沉积金属层，管状试样内径小时，可用弹性金属片、金属粉末以及导电液体等作为内电极。电极尺寸见表

3）液体材料取样及电极：

液体介质击穿试验用电极有平板和球型两种。我国现行标准用是平板型电极，电极直径为25mm，间距为2.5mm，边缘的曲率半径2mm,表面光洁度▽7.液面离电极的最高点距离不少于22mm.电极距容器内壁各点不少于13mm，电极轴心应对准并保持水平，电极间隙应均匀。电极及容器所用材料应不会和试样作用，一般用陶瓷或玻璃制成容器，用铜或不锈钢做电极。

2、媒质：

为防止材料发生表面闪络，同时也为了避免击穿发生在电极的边缘，必须选用相对介电常数（或电导率）比较大的，而且击穿场强也比较高的材料做媒质。如变压器油、矿物油和硅油.选用的媒质必须与试样不会发生相互作用

3、升压方式：

击穿场强随施加电压的时间的增长而下降；在交流或直流电压的击穿试验中，电压作用时间体现在升压方式和升压速度；而在耐压试验中，电压的作用除与升压速度有关外，主要还决定于耐压时间。显然，电压作用时间越长对试样考验就越严格。击穿试验升压方式分三种：连续升压、逐级升压和慢升压。

连续升压升压速度

逐级升压：

慢速升压：

几点说明：逐级升压是让施加于试样的电压先以连续升压的速度上升到击穿电压的50%，之后，按每级升压值（大约为击穿电压的5-10%）逐级升压，每级停留1分钟，直到击穿为止。最后一级的电压为击穿电压。级与级之间升压时间要尽可能的短，一般不会超过10秒，这一时间应计入后一级的停留时间内。如果击穿发生在前一级，则应取前一级电压。慢升压是先让施加于试样的电压以连续升压阿的速度上升到击穿电压的50%，以后降低升压速度，但电压仍然以匀速上升直到击穿为止。而耐压试验先以任何升压速度使施加于试样的电压由零上升到试验电压的40%，以后以每秒升高试验电压3%的速度升到试样电压为止；在试验电压下保持一定的耐压时间（1-5min），之后要在5分钟内将电压降到试验电压的25%，最后切断电源。

五、工频电压下绝缘的击穿和耐压试验：

工频电压下绝缘强度和耐压试验装置：高压试验变压器、调压器、电压测量系统以及控制和保护装置等。

1、高压试验变压器：

包括容量、电压及其波形。容量--根据试样在试验电压下流过的电容电流来计算即：

P=U2ωCx(伏.安)  式中：U--施加电压有效值（伏）， ω--角频率，Cx—试样电容；一般电容量高压侧电流1安以上。

电压－一般根据试样电压来选，单台变压器最高电压等级为750千伏；如果再高实验电压就用多台串联。实验电压波形，一般为正弦波，波形畸变将会影响电压测量。Um=√2U有效

2、调压、控制及保护：

1）调压器 －调节通过接在实验变压器和电源之间的调压器来实现，分：自耦调压器（通过滑动触点沿绕阻移动来改变输出电压，其特点是体积小、漏抗小、价格也便宜，但由于滑动触点在电流比较大时会出现火花，因此，一般容量只用于几千伏安以下，油浸式的可达几十千伏安）和移圈式调压器。

2）控制电路 控制线路要实现下列各点要求

（1）只有在试验人员撤离高压危险区，并关好安全门之后才能加压；

（2）升压必需从零开始；

（3）在试样发生击穿时能自动切断电源；

（4）在自动升压装置中还要能控制升压、降压及停止等动作。

3）保护和接地（除过电流保护器、安全门开关、调压器限位开关等外，其他在线路的低压部分都要接上保护放电器，还需接保护电阻、此外，还要有围栏、连锁装置和信号灯并备有接地棒以保证人身安全）

3、工频电压的测量：

工频高电压的测量方法分：直接测量高电压（如利用球隙放电、静电电压表、旋转伏特计等）；将高电压变换为低电压测量（互感器、分压器）；通过测量试验变压器本身低压绕组的电压来换算出高压端的试验电压。

1）静电电压表法－用于试验电压不高的情况（200KV）。

2）球隙测量法－此法试验电压可以高，但测量麻烦，影响因素较多，装置的占地面积较大。3）互感器测量法－通过互感器将高压变低压进行测量，精度高，但较贵。

4）电容分压器法－通过串联电容分压测出其中低阻抗的电容器上的电压，可以推算出试验电压。

5)测量绕组法－通过变压器内部绕组，可以按比例把测量电压算出来。

4、直流电压下绝缘的击穿和耐压试验：

由于有很多电气设备是在直流电压下运行的，有些虽在交流下运行，但由于其电容量很大，工频试验变压器的容量不能满足要求而又没有补偿电抗器时，采用直流电压下测定其绝缘强度以替代工频下的绝缘强度试验。其测量装置必需要有一套直流高压装置和直流电压测量系统。直流高电压可以通过各种方法获得。一般是通过高压整流，即先通过变压器把工频电压升高。而后，在利用高压整流器把工频高压变为直流高压。工频的升压及有关的控制、保护装置与上节所述相同。

5、高压整流：

绝缘强度试验用的直流高压设备应满足一下要求：

1）电压等级应满足试验电压要求，我国已有百万伏以上的直流高压装置

2）设备容量应能输出电流10-20毫安

3）电压脉动系数小于或等于5%

6、倍压线路

简单的整流线路不论是半波还是全波，最高输出电压只能接近于变压器输出电压的峰值。如果要获得更高的直流电压，可以采用倍压线路。

7、直流高压的测量

测量方法很多，可用仪表直接测量，也可用分压器等间接测量。测量的误差小于3%。对于电压脉动系数小于或等于5%，可用静电伏特计和球隙法。旋转伏特计也可测直流高压。

介电强度试验电气可靠性

电力系统及电气设备的稳定与可靠性在很大程 度上取决于其绝缘，随着电力系统额定电压的提高， 对系统供电可靠性的要求也愈高，系统绝缘在高场 强下正常工作是非常重要的。 中压电力电缆作为电 力系统中的电气设备之一，其损坏的大部分原因是 绝缘层击穿，如常见的热击穿、电击穿和局部放电引 起的击穿等。 而选择电气稳定性可靠的优质绝缘材 料是解决方案之一。

击穿是绝缘材料的基本电性能之一，它决定了 绝缘材料在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。 与电缆不同，绝缘材料通常只考虑电击穿。 在较低 温度下，采用消除边缘效应的电极装置等严格控制 条件下得到的电击穿场强，称为介电强度 。 介电强度仅与材料的化学组成及性质有关，是材料的特 性参数之一，反映了绝缘材料耐受电场作用能力的 最大限度，因此可以选择介电强度作为评价交联聚 乙烯（XLPE）绝缘料电气可靠性的试验参数。

1 样品选择

XLPE 绝缘料的耐温等级通常为 90℃ ，电性能 和机械性能优异。 对于没有柔软要求的中压电缆， 绝缘主要采用 XLPE 料。 行业标准 JB ／ T 10437— 2004规定了 35 kV 及以下的 XLPE 绝缘料的型式 试验要求。

35 kV 及以下的交联电缆绝缘料已全实现国 产化，但是业内实际使用的绝缘料有相当一部分仍 采用进口的优质料。 为了选取有行业代表性的样 品，作者采用来自 6 个不同的生产厂家的 10 kV 及 以下化学交联聚乙烯绝缘料（YJ-10）。 按行业内口 碑分为进口优质 YJ-10 料两家（A1，A2），国产优质 YJ-10 料两家 （ B1， B2）， 国产廉价 YJ-10 料 两 家 （C1，C2）。 对 6 个样品按 JB ／ T 10437—2004 标准 进行了型式试验，结果都符合标准要求（见表 1）。

2 试验程序

绝 缘 材 料 的 介 电 强 度 试 验 通 常 按 GB ／ T 1408. 1—2016《绝缘材料电气强度试验方法 第 1 部 分：工频下的试验》 ［3］ 进行。 此标准规定了使用变 压器油作为媒质时测试绝缘材料短时介电强度的试 验方法。 例行的质量控制试验通常取 5 次试验的中 值作为介电强度的试验结果。 然而尽管介电强度是 绝缘材料的特性参数，但试验数据总带有一定的随 机性和分散性，进行电气可靠性研究时，确定最小样 本容量以及对试验结果的分析评定应当用统计学的 方法进行。

同型 式 试 验 的 要 求 一 致， 本 试 验 按 GB ／ T 1408. 1—2016 在室温下进行，采用厚度（1±0. 1）mm 的已交联试片，垂直放置的上下等直径 25 mm 圆柱 电极，周围媒质选择新鲜的变压器油，连续升压速率 为 2 000 V／ s。 按大样本里面最小样品数量，试验 击穿点选择 60～70 个之间。 得到了 6 个 YJ-10 绝缘 料的介电强度试验结果。

3 估计 Weibull 分布参数

Weibull 分 布 是 瑞 典 科 学 家 Weibull （ W. Weibull）1951 年在分析材料强度及链条强度时推导 出的一种分布函数。 由于 Weibull 分布对于各种 类型的试验数据拟合能力很强，例如指数分布只能 适用于偶然失效期，而 Weibull 分布对于浴盆曲线 的三个失效期都能适用，适用性广、覆盖性强。 在疲 劳可靠性分析方面有着广泛应用。

Weibull 分布具有三个分布参数，通过三个分 布参数的不同组合，可以得到各种形状的曲线，能 描述各种不同的分布类型。 如形状参数 α＜ 1 时， Weibull 分布可描述伽玛分布；当 α ＝ 1 时，可描述 指数分布；当 α ＝ 2 时，可描述瑞利（ Rayleigh） 分 布；当 α ＝ 3. 6 时，Weibull 分布的概率密度函数是 严格的对称图形，可描述正态分布曲线。 因此一 般认为大多数随机变量或实验统计数据都服从 Weibull 分布。

Weibull 分布在描述失效模式方面具有更大的 灵活性，形状参数 α 可给出失效机理［7］ 。 当形状参 数 α＜1 时，产品的失效率随时间逐渐减小，为早期 失效；当 α＝ 1 时，产品的失效率不随时间变化，等于 常数，为偶然失效；当 α＞1 时，产品的失效率随时间 逐渐增大，为耗损失效。 其中当 1. 0＜α＜4. 0 时，失 效原因可描述为侵蚀失效或大多数样品失效；α ＞ 4. 0 时，为快速耗损失效，可怀疑材料存在固有属性 限制、宏观制造过程缺陷、制造过程和／ 或材料中的 微小易变性等问题。 在设计寿命期如果出现大的 α 值应给予重视，因为它表示此时整个系统存在全失效的风险。

绝缘材料的电击穿可看做电应力集中源导致的 材料疲劳失效，实验数据总带有一定的随机性和分 散性。 经过多次的实验研究认为，绝缘材料的电击 穿用 Weibull 分布规律来描述是比较合适的。

若电场强度 E 是一个非负的随机变量，F（E）为 单位体积绝缘材料在电场强度升到 E 时发生击穿 的概率［2］ ，则电场强度升到 E 时不发生击穿的概率 为 1－ F（E），记作 P（E）＝ 1－ F（E）。 F（E）和 P（E） 用三参数 Weibull 分布函数表示为

函数 F（E） 对 E 的变化率 f（E），称为 Weibull 分布概率密度，其表达式为

式中：α 为形状参数，或 Weibull 斜率；E0 为位置参 数；β 为比例参数，或尺度参数。

参数 α 和 β 表示 Weibull 分布的分布特征。 α 为形状参数，决定了分布曲线的形状，α 又被称为 Weibull 斜率，是材料内在的表征参数，与材料的质 量有关，可以描述产品的失效机理，表征材料性能， 描述试验材料的性能优劣。 参数 β 不能改变曲线的 变化趋势，但能使曲线的“跨度” 改变，因此决定了 分布的比例或者说尺度，称为比例参数或尺度参数。 E0 取不同数值，f（E） 曲线的形状不会改变，仅位置 在平移，故 E0 称为位置参数。 E0 是击穿的阈值，是 材料的最小寿命，表示电场强度升到 E0 之前，绝缘 材料不会击穿，由于绝缘材料的击穿机理为最小值 失效，所以 E0 值应超过“安全裕度×设计寿命”。

三参数 Weibull 分布的参数估计比较复杂，大 多数估计方法都需要编程计算。 本试验采用了 EXCEL 估计 Weibull 分布参数的方法［8］ ，失效概率采 用中位秩算法，先给出用相关系数优化法求解三参 数 Weibull 分布位置参数的公式，再将该公式利用 MS EXCEL 中的规划求解功能进行求解，求得位置 参数 E0 ，同时利用图表功能求解了形状参数 α 和尺 度参数 β（见表 2）。

4 解析试验结果———Weibull 分布图形

根据表 2 的参数得到了 6 个 YJ-10 绝缘料的 Weibull 分布可靠性概率图（见图 1）、Weibull 分布 失效概率图（见图 2）和 Weibull 分布失效概率密度 函数图（见图 3）。 图 1 中所有绝缘材料的数据点均 拟合成一条由上向下，从右侧渐近于横轴的光滑曲 线，它们与横轴交点的可靠性为 0，即全失效时的 介电强度值 Ef。 图 2 中所有绝缘材料的数据点均 拟合成一条由下向上，从左侧渐近于横轴的光滑曲 线，它们与横轴交点的可靠性为 100％，即失效性为 0 时的介电强度值 E0 。 图 3 中所有绝缘材料的数据 点均拟合成或肥头或肥尾的光滑单峰曲线，这些曲 线近似对称分布，从左右两侧渐近于横轴，它们与横 轴的左侧交点就是 E0 值，右侧交点就是 Ef 值。

图 1 6 个 YJ-10 绝缘料的 Weibull 分布可靠性概率曲线图

5 解析试验结果

5. 1 形状参数 α

由表 2 可知，6 个 YJ-10 绝缘料 Weibull 分布的 形状参数 α 在 2～10 之间，从 A1 到 C2 依次递增，最 小 2. 14，最大 8. 97。 不同的形状参数 α，不仅描述 了绝缘料的不同 Weibull 分布曲线形状，也可分析描述绝缘料失效机理的不同，由此可以区分绝缘料 介电强度性能的优劣。

不同的形状参数 α，使得 6 个绝缘料呈现出不 同的 Weibull 分布曲线形状，将图 3 中 6 个 YJ-10 绝 缘料的 Weibull 分布失效概率密度曲线图以 A1 的 介电强度峰值 EW中为基准移动，则得到图 4 中峰顶 值重合的 6 条曲线。 可以看出 2≤α≤3 的 A1、A2 和 B1 绝缘料的 Weibull 分布曲线呈峰值偏左的单 峰肥尾形，α 为 4. 56 的 B2 绝缘料的 Weibull 分布曲 线呈近似对称分布，而 6≤α≤9 的 C1 和 C2 绝缘料 的 Weibull 分布曲线呈峰值偏右的单峰肥头形。 这 些不同的曲线形状，体现了介电强度分布的概率密 度区域不同。

不同的形状参数 α，也可分析描述绝缘料失效 机理的不同。 由于 6 个绝缘料的 α＞1，绝缘料的介 电强度失效均可描述为耗损失效，这与实际情况相 符。 其中 A1、A2 和 B1 绝缘料的 1. 0＜α＜4. 0，失效 原因可描述为侵蚀失效或大多数样品失效，意即失 效是击穿电压侵蚀外因引起的大多数样品失效。 B2、C1 和 C2 的 α＞4. 0，除了描述失效原因是耗损失 效外，还暗示为快速耗损失效，可怀疑材料存在固有 属性限制、宏观制造过程、制造过程和／ 或材料中的 微小易变性等问题。 在设计寿命期如果出现大的 α 值应给予重视，因为它表示此时整个系统存在全失效的风险。

因此，给出了介电强度 Weibull 分布的形状参数 α，就确定了 Weibull 分布曲线形状，也就确定了介电 强度分布的概率密度区域。 形状参数 α 的大小描述 了样品的失效机理，即绝缘料介电强度失效为损耗失 效。 其中，1. 0＜α＜4. 0 的 A1、A2 和 B1 绝缘料的介电 强度失效为大多数样品失效，而 α＞4. 0 的 B2、C1 和 C2 绝缘料的介电强度失效就暗示了是由材料综合性 能较差引起的快速耗损失效，需要给予重视，看其是 否会增大整个系统全失效的风险。 由此可以得出 结论，相对于 A1、A2 和 B1，绝缘料 B2、C1 和 C2 的介 电强度失效机理更多是由材料较劣质引起的。

5. 2 尺度参数 β

由表 2 和图 4 可知，6 个 YJ-10 绝缘料 Weibull 分布的尺度参数 β 在 10～40 之间，从 A1 到 C2 依次 递增，最小 11. 52，最大 36. 16。 一般来说，尺度参数 β 不能改变 Weibull 分布的形状，只能影响曲线的尺 度，β 越大，曲线越平坦。 从图 4 可见，6 个 YJ-10 绝 缘料的 Weibull 分布失效概率曲线的宽度随 β 的增 大而增大，但曲线的高度并未单纯随 β 的增大而降 低。 仔细观察图 4 中曲线的形状，可以发现峰的高 度和曲线的宽度与 β ／ α 比值有关（见表 3）。 β ／ α 比 值较小的 B1 和 C2 峰最高最窄，β ／ a 比值最大的 C1 峰低最宽。 这说明，在形状参数 α 不变的情况 下，尺度参数 β 仅能影响曲线的尺度，而对不同样品 的 Weibull 分布来说，形状参数 α 和尺度参数 β 共 同影响了曲线的分布。 而一旦形状参数 α 确定，分 布的宽度越小，说明 Weibull 分布失效概率区域越 集中，这时就希望有较小的尺度参数 β。

5. 3 位置参数 E₀

6 个 YJ-10 绝缘料的位置参数 E0 ，也即击穿电 场强度的最小阈值，有 4 个分布在 30 ～ 40 kV／ mm 之间，有 2 个分布在 14 ～ 16 kV／ mm 之间。 如果行 业各方能确定中压电缆绝缘料 YJ-10 的低工频电 压破坏强度 EL（ac） ，譬如，JB ／ T 10437—2004 标准中 介电强度要求不小于 25 MV／ m， GB ／ T 1408. 1— 2006 标准中要求任何一次试验结果不能偏离中值 15％以上。 如果某 YJ-10 绝缘料的介电强度中值为 25 MV／ m，则试验结果中最小值应不小于 25 ×（1 － 15％） ＝ 21. 25 MV／ m。 如果将 21. 25 MV／ m 作为 YJ-10 绝缘料的低工频电压破坏强度 EL（ac） ，那么 EL（ac）应该为最小阈值 E0 的下限值，则有 E0≥21. 25 MV／ m，那么 6 个 YJ-10 绝缘料中只有 A1、A2、B1 和 B2 满足要求，而 C1 和 C2 不满足要求。 当然此处 的 21. 25 MV／ m 仅为举例，实际使用中最小阈值 E0 的下限值 EL（ac）应由行业各方共同确定。

由于电缆击穿模式是最薄弱环节失效，不管所 用绝缘料介电强度的中值或平均值是多少，击穿发 生时的介电强度值总是该绝缘料的最小介电强度 值。 从这个意义上讲，电缆的电气可靠性评估与绝 缘料 Weibull 分布参数中介电强度最小阈值 E0 的 大小密切相关。 由图 1 也可以看到， A1 和 A2、B1 和 B2 与 C1 和 C2 绝缘料电气可靠性概率为 100％ （失效概率为 0％） 时对应的介电强度是依次递减 的，如果相应的介电强度递减到最小阈值 E0 以下， 则可判定该绝缘料电气可靠性较差。 由此，可用最 小阈值 E0 评估 YJ-10 绝缘料在电气可靠性方面的 优劣。

6 描述绝缘料介电强度试验的参数

根据估计的分布参数，得到 6 个 YJ-10 绝缘料 介电强度试验的 Weibull 分布可靠性概率曲线图 （图 1）、 Weibull 分布失效概率曲线图 （ 图 2） 和 Weibull 分布失效概率密度曲线图（图 3）。 从图中 可见，6 个 YJ-10 绝缘料的 Weibull 分布可靠性概率 是随着电压升高递减的，同时失效概率是随着电压 升高递增的。 这与绝缘料实际失效情况是吻合的， 说明绝缘材料介电强度实验统计数据服从 Weibull 分布，绝缘材料的电击穿用 Weibull 分布规律来描 述是比较合适的。

图 3 中的 6 条曲线，根据自身的形状参数 α、尺 度参数 β、位置参数 E0 ，呈现出以各自峰值 EW峰为峰 顶的单峰形状。 由于 EW峰 值不同，6 条曲线几乎都 不全重叠。 其中以 B1 的 EW峰 值最小，所以 B1 曲线在图 3 中 6 条曲线的最左边，其失效概率密度的 分布区域 E 值总体最小，而 B2、C1 和 C2 由于峰值 EW峰较大，其曲线在图 3 中 6 条曲线的最右边，相对 而言，尽管其形状参数 α 和尺度参数 β 较大、位置参 数 E0 较小，其失效概率密度的分布区域 E 值总体 并不小。 也就是说仅用 EW峰值来表述 YJ-10 绝缘料 的介电强度试验是不完整的，但如果忽略掉参数 EW峰值，仅用 Weibull 分布的三参数来表述也是有失 偏颇的。 因此我们建议用 Weibull 分布的三参数形 状参数 α、尺度参数 β、位置参数 E0 和峰值 EW峰共同 描述绝缘料的介电强度试验比较合适。

7 结 论

试验所用的样品很有代表性，基本上覆盖了业 内绝缘料的质量分布区间。 样品分别来自 6 个不同的生产厂家，进口优质料有两家，国产优质料 有两家，国产廉价料有两家。 其中，进口优质料和国 产廉价料购自市场，国产优质料由笔者在生产现场 监制并封样。 这些样品采用介电强度试验 Weibull 分布参数评估的电气可靠性优劣情况与业内实际使 用情况相符。 因此， “采用介电强度试验 Weibull 分 布参数评估绝缘料电气可靠性的方法”能够 反映当前国内的实际情况，研究结果具有代表性。 对 6 个绝缘料的型式试验结果和 Weibull 分 布的参数和图形进行了分析，得出了以下分析结论：

（1） 6 个 YJ-10 绝缘料型式试验的结果都符合 JB ／ T 10437—2004 标准要求。

（2） 从 6 个 YJ-10 绝缘料介电强度的 Weibull 分布图中可见，6 个 YJ-10 绝缘料的 Weibull 分布可 靠性概率是随着电压升高递减的，同时失效概率是 随着电压升高递增的。 这与绝缘料实际失效情况是 吻合的，说明绝缘材料介电强度实验统计数据服从 Weibull 分布，绝缘材料的电击穿用 Weibull 分布规 律来描述是比较合适的。

（3） 6 个 YJ-10 绝缘料介电强度的 Weibull 分 布形状参数 α＞1，说明 6 个 YJ-10 绝缘料介电强度 失效为损耗失效。 其中，1. 0 ＜α＜ 4. 0 的 A1、A2 和 B1 绝缘料的介电强度失效为大多数样品失效，而 α＞4. 0 的 B2、C1 和 C2 的绝缘料介电强度失效就暗 示了是由材料综合性能较差引起的快速耗损失效， 需要重视其是否会增大整个系统全失效的风险。 由此可以得出结论，相对于 A1、A2 和 B1，绝缘料 B2、C1 和 C2 的介电强度失效机理更多是由材料较 劣质引起的。

（4） 形状参数 α 不变的情况下，尺度参数 β 仅能影响曲线的尺度，而对不同样品的 Weibull 分布 来说，形状参数 α 和尺度参数 β 共同影响了曲线的 分布。 而一旦形状参数 α 确定，分布的宽度越小， 说明 Weibull 分布失效概率区域越集中，这时就希 望有较小的尺度参数 β。

（5） 由于电缆击穿模式是最薄弱环节失效，不 管所用绝缘料介电强度的中值或平均值是多少，击 穿发生时的介电强度值总是该绝缘料的最小介电强 度值。 从这个意义上讲，电缆的电气可靠性评估与 绝缘料的 Weibull 分布参数中介电强度最小阈值 E0 的大小密切相关。 由图 1 也可见， A1 和 A2、B1 和 B2 与 C1 和 C2 绝缘料电气可靠性概率为 100％（失 效概率为 0％）时对应的介电强度是依次递减的，若 相应的介电强度递减到最小阈值 E0 以下，则可判定 该绝缘料电气可靠性较差。 由此，可用最小阈值 E0 评估 YJ-10 绝缘料在电气可靠性方面的优劣。

（6） 用 Weibull 分布的三参数即形状参数 α、尺 度参数 β、位置参数 E0 和峰值 EW峰 共同描述 YJ-10 绝缘料的介电强度试验是合适的。

以上分析表明，我们得到了一种快速检测 YJ10 绝缘料电气可靠性的方法，可用以下程序按此方 法评估和鉴别原材料优劣：对目标 YJ-10 绝缘料进 行介电强度试验，应用 Weibull 分布对试验数据进 行拟合计算，得到 Weibull 分布的三参数即形状参 数 α、尺度参数 β、位置参数 E0 和 Weibull 分布的介 电强度峰值 EW峰。 期望的较优质中压电缆 YJ-10 绝 缘料介电强度试验参数应满足如下要求：

（1） 形状参数 α 在 1. 0＜α＜4. 0 区间内；

（2） 尺度参数 β 较小（本次 6 个样品 β 的中间 值为 16，平均值为 21）；

（3） 位置参数 E0 应大于限定值，该限定值应为低工频电压破坏强度 EL（ac）（按 JB ／ T 10437—2004 标准 EL（ac） 可为 21. 25 MV／ m，作为参考，电线电缆 手册（第一册 2008 版） 表 3-3-10 列出了额定电压 66～500 kV 交联聚乙烯电缆通过 Weibull 曲线求出 的 EL（ac） ）；

（4） 介电强度峰值 EW峰 大于限定值（本次 6 个 样品 Weibull 分布的平均值 EW平为 47. 4 MV／ m）。