一文讀懂絕緣體介電強度（擊穿強度）實驗設備

一、基本概念：

1、電擊穿：

高分子材料在一定電壓范圍內是絕緣體，但隨著施加電壓的升高，性能會逐漸下降。當電壓升到一定值時變成局部導電，此時稱材料被擊穿。

2、介電強度（擊穿強度）：

指造成聚合物材料介電破壞時所需的最大電壓，一般以單位厚度的試樣被擊穿時的電壓數表示。     

                              E=V/d

式中：E——介電強度，KV/mm

          V擊穿——擊穿電壓，KV

          d——試樣厚度，mm

二、基本原理：

通常介電強度越高，材料的絕緣質量越好。

塑料擊穿的主要表現：

絕緣性能破壞，擊穿點上產生電弧，材料穿孔熔化、變焦、燒毀等。

固體介質中，總有一些自由電子存在，在外電場作用下被加速而撞擊中性原子，致使原子電離，最終造成材料擊穿。

高分子的擊穿通常與溫度有關：

當低于某一溫度時，界電強度與溫度無關——電擊穿

高于這一溫度時，隨溫度升高而界電強度降低。

高分子材料在發生電擊穿時，常伴隨有熱擊穿。

熱擊穿，介電強度隨溫度增加而迅速降低。

塑料擊穿的特點：

塑料材料的擊穿過程，通常伴隨著熱擊穿與電擊穿，很難說界定是某種擊穿。

一般來說，工作溫度高，散熱條件差，介質電導及損耗大的材料，發生熱擊穿的幾率高。

熱擊穿的原理：

塑料介質在電場中發生的熱量大于它能散發的熱量，使其內部溫度不斷升高。

溫度升高導致其電阻下降，流經試樣電流增大，產生的熱量更多，如此循環不已，致使介質轉變為另一種聚集態，失去了耐電壓能力、材料被破壞。

熱擊穿的外部表現：

介電強度隨溫度升高而迅速下降；

熱擊穿與電壓作用的長短有關；

與電場畸變及周圍介質的電性能關系不大；

擊穿點多發生在電極內部。

三、試驗方法：

短時法 （連續均勻升壓）

   施加于試樣的電壓從零開始，以均勻速率逐漸增加到材料發生介電破壞。

低速升壓法 （逐級升壓）

   將預測擊穿電壓值的一半作為起始電壓，然后以均勻速率增加電壓直到發生擊穿。

   每級升壓值大約為V擊穿的5~10%。測試的試樣厚度一般是1.59mm

四、介電強度試驗方法有：

GB/T1408.1-2016；

IEC60243-1：2013

GB/T1408.2-2016；

IEC60243-2：2013

ASTM D149；

GB/T1695-2005；

五、試樣制備與處理：

根據測試產品規格及測試要求，采用模塑成型或機械加工方法制備試樣。與電極接觸的試樣兩表面要平行，并且應盡可能平整光滑，試樣厚度一般不大于3mm，當厚度大于3mm時，單面成（3±0.2）mm，未加工面應與高壓電極接觸。

         注意：不同厚度的試樣其結果不能進行比較。

對于垂直于材料表面的試驗，要求試樣有足夠大的面積以防止試驗過程中發生閃絡。

（注：閃絡：試樣和電極周圍的氣體或液體煤質承受電應力作用時，其絕緣性能損失，由此引起的試驗回路電流促使相應的回路斷路器動作）

試樣的幾何形狀見下表，每組試樣數量不得少于3個：

試樣預處理應遵循測試材料的產品規格進行。如果沒有特殊要求，則試樣在溫度為（23±2）℃，相對濕度為（50±5）％的條件下不少于24h。

六、試樣條件：

（1）常態實驗環境條件：溫度為20±5℃，相對濕度為65±5％。

（2）熱態實驗或潮濕環境實驗條件由產品標準予以規定。

（3）實驗煤質：介電強度試驗應盡量在接近測試材料的實際使用環境的煤質中進行，同時應避免測試中發生閃絡。選用的煤質不應與被測試試樣發生反應。通常選用的液體煤質應符合IEC 60296:2003的變壓器油，當在礦物油會發生膨脹的材料，也可以采用其他液體（如硅油）。對擊穿電壓值相對較低的試樣，可以直接在空氣中試驗。

七、實驗步驟：

（1）選擇試樣，并根據產品要求對試樣進行預處理。

（2）調節環境的溫濕度并選好試驗煤質。試驗環境的調節：常態溫度為20±5℃，相對濕度為65±5％。熱態或潮濕環境的試驗條件按產品標準規定調節。試驗煤質：氣體煤質一般采用空氣，液體煤質用變壓器油或耐高溫的氣缸油。

（3）測量試樣厚度。用厚度測量儀在試樣測量電極面積下，沿直徑測量試樣厚度不少于3點，取其算術平均值作為試樣厚度，測量誤差為±0.01mm。

（4）試樣經測厚和預處理后，再用綢布蘸上對材料無任何作用的溶劑擦凈表面，裝入儀器內兩電極之間，保持良好的接觸，開始試驗。

（5）測試介電強度。

（6）耐電壓實驗。

八、實驗結果：

（1）擊穿的判斷：在電擊穿時，回路中的電流增加和試樣兩端電壓下降，使斷路器跳開或熔絲燒斷。試樣沿施加電壓方向及位置有貫穿小孔、開裂或燒焦等痕跡。如果痕跡不清，可用重復施加試驗電壓來判斷。

（2）介電強度計算：按式（5-15）計算

Eb＝Ub／d

式中： Eb－擊穿強度，KV/mm；

       Ub－擊穿電壓，KV，以各次實驗的算術平均    值作為實驗結果，取三位有效數字；

       d－試樣厚度，mm。

 以5次實驗的平均值作為實驗結果，取三位有效數字。

      如個別實驗值對平均值的相對誤差超過15%，則另取樣進行5次實驗，實驗結果由10次實驗的算術平均值計算。

九、實驗設備：

ZJC-50KV介電強度測試儀

ZJC-100KV介電強度測試儀

試驗主機由高壓變壓器、調壓變壓器、保護電路等部件組成：

十、介電強度測試裝置(高壓試驗變壓器)的維護：

(1)要經常檢查儀器室外及室內接地是否可靠。

(2)參加試驗人員必須遵守試驗裝置使用操作規程，確保試驗安全。

(3)試驗電壓通常應不大于儀器最高工作電壓的80％(如≤80kV)。

(4)隨時保持工作環境的清潔，應避免儀器工作媒質受到臟物污染。

十一、影響因素

（一）試樣的厚度

隨試樣厚度增加，介電強度減?。?/span>

在擊穿中，既有電擊穿，也有熱擊穿。

從熱擊穿理論來講：

試樣厚度增加，散熱條件變壞，促使單位厚度的擊穿電壓降低。

從電擊穿理論講：

當試樣較薄時，電子加速時間相應地減小，電子不易從電極上逸出，其介電強度也相應增加。

（二）升壓速度

以電擊穿為主的試樣，升壓速度的影響不大；

以熱擊穿為主的試樣，隨升壓速度提高而增大。

（3）電極倒角r：

電極與試樣接觸平面邊緣形成的半徑r的角稱為倒角。

當電極面積變化不大時，介電強度變化不大，

當電極變成半圓球狀（r很大），介電強度變化較大。

邊緣效應，靠邊緣處場強非常大的現象。

由于邊緣效應，電極邊緣間的介質容易已被擊穿。

而邊緣處場強的大小與倒角r有關系，

一般r小，場強變大，所以，標準方法中規定ｒ＝2.5mm。

電極倒角r的影響：

(4)試驗環境

多數材料在低溫下，介電強度與溫度無關，

當溫度升高至某個高度，介電強度隨著溫度升高而下降。

濕度增加，介電強度也下降。

水分進入試樣，電導變大之故。

（5）試樣加工

不良的加工方法會在材料中形成缺陷，

例如弱的熔接縫、氣泡流線和雜質顆粒，都會使介電強度降低30～60%，降低程度隨缺陷的嚴重程度而異。