電壓擊穿試驗(yàn)儀裝置介紹

1 電壓源—由變化正弦低壓電源通過(guò)升壓變壓器提供測(cè)試電壓。作為電壓源的變壓器及相關(guān)的控制應(yīng)具有以下功能：

 電壓峰值與電壓有效值的比率應(yīng)等于根號(hào)2±5%(1.34到1.48)，對(duì)于電路中的測(cè)試樣品，所有的電壓都應(yīng)大于擊穿電壓的50%。

2 電壓應(yīng)具有滿足維持到擊穿電壓的能力。對(duì)于大多數(shù)的材料來(lái)說(shuō)，使用與表1所示電極相似的電極，輸出電流強(qiáng)度為40mA就可以了。對(duì)于更復(fù)雜的電極結(jié)構(gòu)，或是對(duì)于高損耗測(cè)試材料，則需要更高的電流。對(duì)于大多數(shù)測(cè)試來(lái)說(shuō)，電源需要在測(cè)試低電容的0.5kVA，10kV到5kVA，100kV的范圍內(nèi)變化。

表1  用于不同絕緣材料絕緣強(qiáng)度測(cè)試的典型電極A

A 在ASTM標(biāo)準(zhǔn)中，這些電極都是較常被或是被參考使用的。除了5型電極外，不建議將電極用于平面材料以外材料。ASTM使用的其他電極或是買賣雙方都認(rèn)可但本表中未列出的其他電極也適于對(duì)測(cè)定材料進(jìn)行評(píng)測(cè)。

B 電極通常采用黃銅或不銹鋼制造。應(yīng)參考控制被測(cè)材料的標(biāo)準(zhǔn)，以確定材料是否合適。

C 電極表面應(yīng)拋光并清除上次測(cè)試留下的雜物。

D 參考恰當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，以確定所安裝上側(cè)電極的負(fù)載力。除非另有說(shuō)明，否則上側(cè)電極應(yīng)重50±2g。

E 參考恰當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，以確定適當(dāng)間距的梯度。

F IEC出版物243-1給出了6型電極，以測(cè)定平板材料。對(duì)于電極的同心度來(lái)說(shuō)，他們沒(méi)有1型和2型電極那么重要。

G 只要測(cè)試樣品圓形邊緣的內(nèi)側(cè)直徑大于15mm，也可使用其他直徑。

H 7型電極，即注G中所描述的電極，由IEC出版物243-1給出，測(cè)量時(shí)應(yīng)平行與表面。

3 對(duì)可變低壓源的控制可以改變電源的壓力，使得合成的測(cè)試電壓流暢，均勻，沒(méi)有超量或是瞬變。在任何環(huán)境下，都不允許峰值電壓超過(guò)顯示電壓有效值的1.48倍。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器更適合于進(jìn)行快速測(cè)試慢速測(cè)試

4 在電源上安裝可以在三個(gè)周期內(nèi)運(yùn)行的切斷設(shè)備。該設(shè)備將電壓源設(shè)備與電源設(shè)備切斷，以保護(hù)電壓源不受試樣擊穿造成設(shè)備過(guò)載的影響。如果破裂后保持持續(xù)的電流，將造成測(cè)試樣品不必要的燃燒，電極的點(diǎn)蝕并污染液體環(huán)境介質(zhì)。

5 斷路設(shè)備應(yīng)具有位于次級(jí)升壓變壓器上可以調(diào)節(jié)電流的檢測(cè)元件，以便根據(jù)測(cè)試樣的性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整和排列，以檢測(cè)試驗(yàn)電流。設(shè)置檢測(cè)元件以應(yīng)對(duì)12.3所定義的測(cè)試樣擊穿電流。

6 電流設(shè)置對(duì)測(cè)試結(jié)果具有重大影響。設(shè)置應(yīng)足夠高，使得短暫電壓，例如局部放電，無(wú)法通過(guò)斷路器，如果不夠高，將擊穿過(guò)度燃燒的測(cè)試樣，并造成電極的損壞。優(yōu)化的電流設(shè)置并不能適用于所有的測(cè)試樣，這有賴于材料的具體使用情況以及測(cè)試的目的，有必要以多個(gè)電流設(shè)置對(duì)所給測(cè)試樣進(jìn)行測(cè)試。電極區(qū)域?qū)﹄娏鞯脑O(shè)置選擇具有重大的影響。

7 測(cè)試樣電流感應(yīng)元件應(yīng)位于升壓變壓器的前端。按測(cè)試樣電流校準(zhǔn)電流檢測(cè)刻度。

8 應(yīng)小心設(shè)置電流控制響應(yīng)。如果控制設(shè)置得太高，在擊穿發(fā)生時(shí)，將不會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。如果設(shè)置得太低，就會(huì)對(duì)漏電電流，電容電流或局部放電電流（電暈）產(chǎn)生響應(yīng)，或在檢測(cè)元件位于前端時(shí)，對(duì)升壓變壓器的磁化電流產(chǎn)生響應(yīng)。

9 電壓測(cè)量—備有電壓表以測(cè)定測(cè)試電壓有效值。應(yīng)采用可以讀取峰值的電壓計(jì)，將讀數(shù)除以即為有效值。電壓測(cè)量電路的總體誤差不能超過(guò)測(cè)量值的5%。另外，無(wú)論采用何種速度，電壓計(jì)響應(yīng)時(shí)間的滯后率不得超過(guò)全程的1％。

10 通過(guò)將電壓計(jì)或潛在變壓器連接到測(cè)試樣電極上，或連接到變壓器上獨(dú)立的電壓計(jì)線圈上，以測(cè)定電壓。后一種連接方式將不會(huì)影響升壓變壓器的負(fù)載。

11要求電壓計(jì)較大可讀電壓要大于擊穿電壓，以便能夠準(zhǔn)確讀取和記錄擊穿電壓。

12電極—對(duì)于給定的測(cè)試樣結(jié)構(gòu)，擊穿電壓還是會(huì)由于測(cè)試電極的幾何形狀以及安裝位置而產(chǎn)生相當(dāng)大的變化。出于這個(gè)原因，在該測(cè)試方法時(shí)，應(yīng)說(shuō)明所使用的電極，并在報(bào)告中進(jìn)行說(shuō)明就顯得很重要了。

13參考本測(cè)試方法的文件詳細(xì)說(shuō)明了表1中所列的電極。如果沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明的電極，那么應(yīng)從表1中挑選合適的電極，或在由于被測(cè)試材料的性質(zhì)或結(jié)構(gòu)而無(wú)法使用標(biāo)準(zhǔn)電極的情況下，采用雙方都認(rèn)可的其他電極。一些特殊電極的例子，可以參見(jiàn)附錄X2。無(wú)論何種情況，都應(yīng)在報(bào)告中說(shuō)明所采用的電極。

14表1中的1到4型及6型電極的整個(gè)平面都應(yīng)與測(cè)試樣相接觸。

15采用7型電極測(cè)試的測(cè)試樣，在測(cè)試中應(yīng)處于電極內(nèi)，其到電極邊緣的距離不得少于15mm。在大多數(shù)情況下，使用7型電極進(jìn)行測(cè)試時(shí)，其電極表面應(yīng)處于垂直位置。水平放置電極的測(cè)試不能與垂直放置電極的測(cè)試進(jìn)行直接比較，尤其對(duì)于在液相環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行的測(cè)試。

16 保持電極表面的清潔和光滑，清除先前測(cè)試所留下的雜物。如果電極表面粗糙，則應(yīng)及時(shí)更換電極。

17對(duì)電極的初次生產(chǎn)和隨后的表面重修應(yīng)維持電極的特定結(jié)構(gòu)以及光潔度，這是非常重要的。電極表面的平整度和表面光潔度應(yīng)保證電極的整個(gè)區(qū)域都能與測(cè)試樣緊密接觸。在測(cè)試非常薄的材料時(shí)，表面光潔度將尤為重要，這是由于電極不恰當(dāng)?shù)谋砻鏁?huì)對(duì)測(cè)試材料產(chǎn)生物理?yè)p壞。表面重修時(shí)，不能改變電極表面與特定邊緣半徑之間的過(guò)渡。

18無(wú)論在大小或形狀上有多大的差別，位于較低應(yīng)力集中處的電極，通常是比較大的且具有較大半徑的那一個(gè)，應(yīng)具有接地電位。

19 在一些特定的液相金屬電極中，將使用電極箔，金屬球，水或?qū)щ娡繉与姌O。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這造成了所得結(jié)果與其他類型電極所獲得的結(jié)果之間存在很大的不同。

20 由于電極對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，常常會(huì)得到一些額外的信息，以至于需要對(duì)多種電極進(jìn)行測(cè)試才能了解一個(gè)材料（或一組材料）的絕緣性能。這對(duì)于研究測(cè)試尤為具有價(jià)值。

21環(huán)境介質(zhì)—有關(guān)本測(cè)試法的文件應(yīng)說(shuō)明環(huán)境介質(zhì)和測(cè)試溫度。為了避免閃絡(luò)以及使擊穿前局部放電的影響較小化，即使是對(duì)于快速測(cè)試，應(yīng)更傾向于甚至是必須在絕緣液中進(jìn)行測(cè)試（參見(jiàn)6.4.1）。絕緣液中獲得的擊穿值不能與空氣中獲得的值進(jìn)行比較。絕緣液的性質(zhì)和前次使用的程度也會(huì)影響測(cè)試的結(jié)果。在某些場(chǎng)合，在空氣中進(jìn)行測(cè)試，需要大量的測(cè)試樣，或者會(huì)在擊穿前，造成嚴(yán)重的表面放電以及燒蝕。一些在空氣中測(cè)試的電極系統(tǒng)應(yīng)在電極周圍包上壓力墊片以防止閃絡(luò)。電極周圍墊片或封條的材料將影響擊穿電壓值。

22 如果在絕緣油中進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)提供適當(dāng)大小的油池。（注意—在測(cè)試電壓高于10kV時(shí)，并不推薦使用玻璃容器，因?yàn)閾舸┧尫懦鰜?lái)的能量足以擊碎容器。而金屬池必須進(jìn)行接地）。

23推薦使用滿足標(biāo)準(zhǔn)D3487中I型或II型的礦物油。根據(jù)測(cè)試法D877所測(cè)定的結(jié)果，其擊穿電壓至少為26kV。如果另有說(shuō)明，也可以將其他絕緣液用作環(huán)境介質(zhì)。這些絕緣油包括硅油和其他用于變壓器，斷路器，電容或電纜的液體，但不限于此。

24 絕緣油的性質(zhì)對(duì)測(cè)試結(jié)果具有一定的影響。如上所述，除了擊穿電壓，在測(cè)試較薄（小于25μm（千分之一寸）的測(cè)試樣）時(shí)，污染物尤其重要。根據(jù)油和測(cè)試材料的性質(zhì)，其他的特性如溶解氣體含量，水含量以及油的損耗因子都對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。經(jīng)常更換絕緣油，或使用過(guò)濾器和其他修復(fù)設(shè)備有利于減小絕緣油性能變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

25從不同電學(xué)性能液體中測(cè)得的擊穿值通常不能進(jìn)行比較。（參見(jiàn)Xl.4.7）如果在不同于室溫的條件下進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)通過(guò)加熱或冷卻液體確保均勻的溫度。在一些情況下，可以將絕緣池放入加熱箱（參見(jiàn)6.4.2）中以控制溫度。如果要強(qiáng)制循環(huán)液體，應(yīng)防止氣泡進(jìn)入到液體中。除非另有說(shuō)明，否則電極上的測(cè)試溫度應(yīng)維持在±5℃以內(nèi)。在很多情況下，應(yīng)說(shuō)明測(cè)試樣將在絕緣油中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試樣在測(cè)試前已浸入絕緣油中并且未從絕緣油中取出（參見(jiàn)操作規(guī)程D2413）。對(duì)于這些材料，絕緣池的設(shè)計(jì)應(yīng)保證測(cè)試樣在測(cè)試前不得暴露于空氣當(dāng)中。

26 如果在其他環(huán)境溫度或濕度下進(jìn)行空氣中的測(cè)試，應(yīng)準(zhǔn)備加熱箱和濕度控制室。加熱箱應(yīng)滿足D5423標(biāo)準(zhǔn)的要求，并能確保測(cè)試電壓適于使用的溫度。

27除了在空氣以外，在其他氣體中進(jìn)行測(cè)試也要求使用可以排除或充滿測(cè)試氣體的控制室，這些控制室通常還要控制壓力。由所進(jìn)行測(cè)試項(xiàng)目的性質(zhì)決定控制室的設(shè)計(jì)。

28測(cè)試室—進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試室或測(cè)試區(qū)域應(yīng)具有充足的空間以容納測(cè)試設(shè)備，并備有互鎖設(shè)備，以防止接觸到任何帶電部件。電壓源，測(cè)量設(shè)備，池或加熱箱，以及電極的許多不同的物理安排都是可能的，但有三條是必須的（1）所有進(jìn)出帶電部件區(qū)域的門或倉(cāng)門都必須互鎖，以便在開(kāi)始測(cè)試時(shí)切斷電壓源；(2)應(yīng)盡可能的清除干凈，使得電極表面和測(cè)試樣之間沒(méi)有扭曲的區(qū)域，測(cè)試電極之間不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)和局部放電（電暈）；以及(3)在測(cè)試之間測(cè)試樣的插入和替換都應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)單便捷。在測(cè)試中常常需要對(duì)電極和測(cè)試樣進(jìn)行目測(cè)。