环氧树脂击穿强度测试仪

一、击穿强度：

击穿强度测试流程根据 GB/T 1408.1—2016 的测试标准进行，以 2 000 V/s 和 100 V/s 升压速度测 量样品短时和长时电场作用下的击穿强度，测量环 境温度是 25 ℃，测试样品是直径 100 mm，厚度 1 mm 的圆片，击穿强度按照 E=U/d 进行计算，E 为击穿场强，U 为击穿电压，d 为试样厚度，每种 样品测试 10 次，测试结果用威布尔对数分布显示。 图 4 所示为击穿电压测试平台，试验电压频率是 50 Hz，试验电极与样品以“球电极样品球电极” 结构摆放，球电极直径为 20 mm，试验时电极和样 品浸没在 25 号变压器油中以防止样品表面的沿面闪络。

二、沿面闪络电压：

分别以 2 000 V/s 和 100 V/s 升压速度表征样品 短时和长时电场作用下的沿面闪络电压，测试样品 是直径 100 mm、厚度 1 mm 的圆片，每种样品测试 10 次，测试结果用威布尔对数分布显示。图 5 所示 为沿面闪络电压测试平台，试验电压频率是 50 Hz， 沿面闪络电压测试环境是在压强 0.2 MPa 的 SF6气 体中，测量环境温度是 25 ℃。样品与电极摆放结构如图 6 所示，电极是高 20 mm，直径 20 mm 的不锈 钢圆柱电极，电极边缘为半径 1 mm 圆角，极间距 为 5 mm。

三、样品的击穿强度

以2 000 V/s 和 100 V/s 的升压速度分别测量样 品在短时和长时电场作用下的击穿强度。测试结果 用威布尔分布显示，如图11—图12所示，并取63.2% 击穿概率下的值作为击穿强度的值进行分析。

图 11 显示，2 000 V/s 升压速度下，随着氧化 铝中 Na+质量分数的增加，样品的击穿强度先维持 稳定后逐渐下降。Na+质量分数为 0.02%~0.04%时， 击穿强度相对稳定，Na+质量分数为 0.06%~0.12% 时，击穿强度逐渐下降。实验结果表明，在短时电 场作用下，Na+质量分数对样品的击穿强度影响较 小，Na+质量分数升高会降低样品的击穿强度。

图12 显示，100 V/s 升压速度下，随着氧化铝 中 Na+质量分数的增加，样品的击穿强度逐渐降低， 且降幅较大。Na+质量分数为 0.02%时，击穿强度为 30.9 kV/mm；Na+质量分数为 0.12%时，击穿强度为 25.4 kV/mm，击穿强度下降了 5.5 kV/mm。对比发 现，长时电场作用下，氧化铝中 Na+的存在，显著 降低了样品的击穿强度。

环氧复合绝缘材料样品的击穿是大量高能电 子碰撞破坏的结果，氧化铝中随着 Na+质量分数的 增加，样品的体积电阻率下降，对电子注入的阻抗 减小，高压电极发射的电子容易注入材料基体中， 碰撞破坏材料基体，导致样品击穿。长时电场作用 下，由于升压速度慢，高压电极发射的电子注入材 料基体中不断碰撞材料基体，释放大量的热量，激发更多的电子参与碰撞破坏，进而导致样品击穿。

短时和长时电场作用下，随着氧化铝中 Na+质 量分数的增加，样品的击穿强度最终均逐渐降低， 表明氧化铝中 Na+的存在，对样品击穿强度不利， 应避免使用 Na+质量分数较高的氧化铝填料。

四、样品的沿面闪络电压

以2 000 V/s 和 100 V/s 的升压速度，测量样品 在短时和长时电场作用下的沿面闪络电压。测试结果用威布尔分布显示，如图13—图14 所示，并取63.2% 击穿概率下的值作为沿面闪络电压值进行分析。

图13 中，2 000 V/s 升压速度下，随着 Na+质量 分数的增加，样品的沿面闪络电压逐渐下降，Na+ 质量分数为 0.02%时，样品的沿面闪络电压为 32.2 kV，Na+质量分数为 0.12%时，样品的沿面闪 络电压为 30.6 kV/mm，下降了 1.6 kV，约 5%，下 降幅度较小。图 14 中，100 V/s 升压速度下，随着 Na+质量分数的增加，样品的沿面闪络电压逐渐下 降，Na+质量分数为 0.02%时，样品的沿面闪络电压 为 33 kV，Na+质量分数为 0.12%时，样品的沿面闪 络电压为 29.3 kV/mm，下降了 3.7 kV，约 11%，下降 幅度较大。此外，Na+质量分数为 0.02%~0.06%时， 长时电场作用下样品的沿面闪络电压高于短时电场 作用下；Na+质量分数为 0.08%~0.12%时，长时电场 作用下样品的沿面闪络电压低于短时电场作用下。

短时和长时电场作用下，样品的沿面闪络电压均 随着 Na+质量分数的增加逐渐下降。分析认为，样品 的沿面闪络是大量电荷积聚在材料表面，碰撞环氧材 料基体，使得环氧分子断裂形成碳化点，样品表面电 场发生畸变引起的。随着 Na+质量分数的增加，样品 的表面电阻率下降，对电子沿着样品表面迁移的阻抗 减小，促使高压电极发射更多的高能电子碰撞破坏样 品表面，使得环氧分子断裂形成碳化点，引发沿面闪 络。长时电场作用下，Na+质量分数为 0.02%~0.06% 时，沿面闪络电压高于短时电场作用下，分析认为是 因为样品的体积电阻率下降，高压电极发射的电子存 在向样品浅表层注入情况，使得碳化点之间的电场均 匀，电场畸变减小。而 Na+质量分数为 0.08%~0.12% 时，长时电场作用下样品的沿面闪络电压低于短时电 场作用下，分析认为是因为样品的体积电阻率进一步 降低，高压电极发射的电子注入样品浅表层更多，参 与碰撞破坏环氧基体并释放热量，激发更多的电子参 与碰撞破坏环氧基体，导致材料基体内部碳化加剧， 进而引发沿面闪络。

短时和长时电场作用下样品的沿面闪络电压 均随着 Na+质量分数的增加逐渐下降。结果说明， 氧化铝中 Na+的存在对样品的沿面闪络性能不利。

环氧树脂击穿强度测试仪升压方式的选择：

介电强度试验：电压从零按一定方式和速度上升到规定的试验电压或击穿电压。

升压方式：快速升压、20s逐级升压、60s逐级升压、慢速升压、和极慢速升压。

（1）快速升压

电压从零上升到击穿电压所经历的时间约为10~20s。现行标准中规定的升压速度有：100V/s、200V/s、500V/s、1000V/s、2000V/s和5000V/s。

（2）20s逐级升压

施加于试样的电压先以快速升压的速度上升到击穿电压的40%，之后按每级升压值逐级升压，每级停留20s，直到试样击穿为止。

（3）60s逐级升压

与20s逐级升压方式相似，只是每级停留时间为60s。

（4）慢速升压

从快速升压的击穿电压的40%开始，以较慢的速度升压，使击穿过程发生在120~240s内。电压上升速度可选取2V/s、5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s、500V/s和1000V/s 。

（5）极慢速升压

 与慢速升压方式相似，只是击穿过程发生在300~600s内。电压上升速度可选取1V/s、2V/s 5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s。