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1、介电强度测定介电强度测定 p基本概念基本概念1 1、电击穿、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，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。料被击穿。2 2、介电强度（击穿强度）、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。的试样被击穿时的电压数表示。 E=V/dE=V/d式中：式中：E E介电强度，介电强度，KV/m
2、mKV/mm V V击穿击穿击穿电压，击穿电压，KVKV d d试样厚度，试样厚度，mmmm基本原理基本原理u通常介电强度越高，材料的绝缘质量越好。通常介电强度越高，材料的绝缘质量越好。u塑料击穿的主要表现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。等。u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。而撞击中性原子，致使原子电离，最终造成材料击穿。u高分子的击穿通常与温度有关高分子的击穿通常与温度
3、有关当低于某一温度时，界电强度与温度无关当低于某一温度时，界电强度与温度无关电击穿电击穿高于这一温度时，随温度升高而界电强度降低。高于这一温度时，随温度升高而界电强度降低。u高分子材料在发生电击穿时，常伴随有热击穿。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。热击穿，介电强度随温度增加而迅速降低。u塑料击穿的特点：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。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，一般来说，工作温度高，散热条件差，介质
4、电导及损耗大的材料，发生热击穿的几率高。发生热击穿的几率高。u热击穿的原理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。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，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、材料变为另一种聚集态，失去了耐电压能力、材料被破坏。被破坏。u热击穿的外部表现：热击穿的外部表现：介电强度随温度升高而迅速下降；介电强度随温度升高而迅速下降；热击穿与电压作用的长
5、短有关；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；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。击穿点多发生在电极内部。试验方法试验方法u短时法短时法 （连续均匀升压）（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。发生介电破坏。u低速升压法低速升压法 （逐级升压）（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。增加电压直到发生击穿。 每级升压值大约为每级升压值大约为V V击穿的击穿的
6、510%510%。 测试的试样厚度一般是测试的试样厚度一般是1.59mm1.59mmp介电强度试验方法有介电强度试验方法有ASTM D149ASTM D14919921992、GB 1048GB 104819891989、IECIEC出版物出版物2432431 1、试样制备与处理、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尽可能平整光滑，试样厚度一般不大于3mm3mm，当厚度大于，当厚度大于
7、3mm3mm时，单面成（时，单面成（3 30.20.2）mmmm，未加工面应与高压电极接，未加工面应与高压电极接触。触。 注意：不同厚度的试样其结果不能进行比较。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。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（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使相应的回路断路器动作）试样
8、的几何形状见下表，每组试样数量不得少于试样的几何形状见下表，每组试样数量不得少于3 3个个试样预处理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，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（则试样在温度为（23232 2），相对湿度为（，相对湿度为（50505 5）的条件下不）的条件下不少于少于24h24h。2 2、试样条件、试样条件（1 1）常态实验环境条件：温度为）常态实验环境条件：温度为202055，相对湿度为，相对湿度为65655 5。（2 2）热态实验或潮湿环境实验条件由产品标准予以规定。）热态实验或潮湿环境实验条件由产品标准予以规定。（3 3）实验煤
9、质：介电强度试验应尽量在接近测试材料的实）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。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煤质应符合IEC 60296:2003IEC 60296:2003的变压器油，当在矿物油会发的变压器油，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。电压值相对较低的试样，可以直接在空气中试
10、验。 3 3、试样步骤、试样步骤（1 1）选择试样选择试样，并根据产品要求对试样进行预处理。，并根据产品要求对试样进行预处理。（2 2）调节环境的温湿度并选好试验煤质调节环境的温湿度并选好试验煤质。试验环境的调。试验环境的调节：常态温度为节：常态温度为205205，相对湿度为，相对湿度为655655。热态。热态或潮湿环境的试验条件按产品标准规定调节。试验煤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。耐高温的气缸油。（3 3）测量试样厚度测量试样厚度。用厚度测量仪在试样测量电极面积。用厚
11、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下，沿直径测量试样厚度不少于3 3点，取其算术平均值点，取其算术平均值作为试样厚度，测量误差为作为试样厚度，测量误差为0.01mm0.01mm。（4 4）试样经测厚和预处理后，再）试样经测厚和预处理后，再用绸布用绸布蘸上蘸上对材料无任对材料无任何作用的溶剂何作用的溶剂擦净表面，装入仪器内两电极之间，保擦净表面，装入仪器内两电极之间，保持良好的接触，开始试验。持良好的接触，开始试验。（5 5）测试介电强度测试介电强度。（6 6）耐电压实验耐电压实验。4 4、实验结果、实验结果（1 1）击穿的判断击穿的判断 在电击穿时，回在电击穿时，回路中的电
12、流增加和试样两端电压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。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，可用重复施加试验果痕迹不清，可用重复施加试验电压来判断。电压来判断。（2）介电强度计算介电强度计算 按式（按式（5-155-15）计算）计算 E Eb bU Ub bd 5-15 d 5-15 式中：式中： E Eb b击穿强度，击穿强度，KV/mmKV/mm； U Ub b击穿电压，击穿电压，KVKV，以各次实验的算术平，以各次实验的算术平均均 值作为实验结果，取
13、三位有效数字；值作为实验结果，取三位有效数字； d d试样厚度，试样厚度，mmmm。 以以5 5次实验的平均值作为实验结果，取三位有效次实验的平均值作为实验结果，取三位有效数字。数字。 如个别实验值对平均值的相对误差超过如个别实验值对平均值的相对误差超过15%15%，则另取样进行，则另取样进行5 5次实验，实验结果由次实验，实验结果由1010次实次实验的算术平均值计算。验的算术平均值计算。实验设备实验设备介电强度测试仪，图片如下图：介电强度测试仪，图片如下图：试验主机由高压变压试验主机由高压变压器、调压变压器、保器、调压变压器、保护电路等部件组成护电路等部件组成介电强度测试装置介电强度测试装置
14、( (高压试验变压器高压试验变压器) )的维护的维护(1)(1)要经常检查仪器室外及室内接地是否可靠。要经常检查仪器室外及室内接地是否可靠。(2)(2)参加试验人员必须遵守试验装置使用操作规程，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。确保试验安全。(3)(3)试验电压通常应不大于仪器最高工作电压的试验电压通常应不大于仪器最高工作电压的8080( (如如80kV)80kV)。(4)(4)随时保持工作环境的清洁，应避免仪器工作媒质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。受到脏物污染。影响因素影响因素（一）试样的厚度（一）试样的厚度p随试样厚度增加，介电强度减小。随试
15、样厚度增加，介电强度减小。在击穿中，既有电击穿，也有热击穿。在击穿中，既有电击穿，也有热击穿。p从热击穿理论来讲从热击穿理论来讲试样厚度增加，散热条件变坏，促使单位厚度试样厚度增加，散热条件变坏，促使单位厚度的击穿电压降低。的击穿电压降低。p从电击穿理论讲从电击穿理论讲当试样较薄时，电子加速时间相应地减小，电当试样较薄时，电子加速时间相应地减小，电子不易从电极上逸出，其介电强度也相应增加。子不易从电极上逸出，其介电强度也相应增加。（二）升压速度（二）升压速度p以电击穿为主的试样，升压速度的影响不大；以电击穿为主的试样，升压速度的影响不大；p以热击穿为主的试样，随升压速度提高而增大。以热击穿为主
16、的试样，随升压速度提高而增大。（三）电极倒角（三）电极倒角r rp电极与试样接触平面边缘形成的半径电极与试样接触平面边缘形成的半径r r的角称为倒角。的角称为倒角。当电极面积变化不大时，介电强度变化不大，当电极面积变化不大时，介电强度变化不大，当电极变成半圆球状（当电极变成半圆球状（r r很大），介电强度变化较很大），介电强度变化较大。大。p边缘效应，靠边缘处场强非常大的现象。边缘效应，靠边缘处场强非常大的现象。由于边缘效应，电极边缘间的介质容易已被击穿。由于边缘效应，电极边缘间的介质容易已被击穿。而边缘处场强的大小与倒角而边缘处场强的大小与倒角r r有关系，有关系，一般一般r r小，场强变大
17、，所以，标准方法中规定小，场强变大，所以，标准方法中规定2.5mm2.5mm。电极倒角电极倒角r r的影响的影响( (五五) )试验环境试验环境多数材料在低温下，介电强度与温度无关，多数材料在低温下，介电强度与温度无关，当温度升高至某个高度，介电强度随着温度升当温度升高至某个高度，介电强度随着温度升高而下降。高而下降。湿度增加，介电强度也下降。湿度增加，介电强度也下降。水分进入试样，电导变大之故。水分进入试样，电导变大之故。（六）试样加工（六）试样加工不良的加工方法会在材料中形成缺陷，不良的加工方法会在材料中形成缺陷，例如弱的熔接缝、气泡流线和杂质颗粒，都会例如弱的熔接缝、气泡流线和杂质颗粒，都会使介电强度降低使介电强度降低303060%60%，降低程度随缺陷的，降低程度随缺陷的严重程度而异。严重程度而异。
