一、絕緣材料耐電壓擊穿特性試驗平臺測試標準:
GB/T 1408.1-2016絕緣材料電氣強度試驗方法 第1部分:工頻下試驗;
GB/T 1408.2-2016絕緣材料電氣強度試驗方法 第2部分:對應用直流電壓試驗的附加要求;
ASTM D149固體絕緣材料介電擊穿電壓和介電強度的試驗方法;
GB/T 1695-2005硫化橡膠工頻擊穿電壓強度和耐電壓的測定方法;
GB/T 3333-1999電纜紙工頻擊穿電壓試驗方法;
GB/T 8815-2008 電線電纜用軟聚氯乙烯塑料標準;
GBT 12656-1990電容器紙工頻擊穿電壓測定法;
HG/T 3330-2012絕緣漆漆膜擊穿強度測定法;
二、絕緣材料耐電壓擊穿特性試驗平臺主要參數:
測試材料:絕緣材料類;
符合標準:GB/T1408.1-2016;IEC60243-1:2013;GB/T1408.2-2016;IEC60243-2:2013;ASTM D149;GB/T1695-2005;
可選配:高溫空氣中測試;高溫油中測試;
輸入電壓:220V 50HZ
電壓測量范圍:交/直流0-100KV
電器容量(功率):10KVA
過流保護:1-30mA可調
升壓速率:0.1KV/S-3KV/S(無檔連續(xù)可調)
可試驗方式:交/直流試驗:1、慢速升壓 2、連續(xù)升壓 3、階梯升壓 4、瞬時升壓
電壓測量誤差:1%≤,(10%~100%)
耐壓時間: 0~12H可調(空載)
儀器尺寸(長寬高):1720*1300*1800mm
主機重約:600KG
與計算機通訊:無線藍牙連接;0-20米;
接地要求:儀器必須接地,接地電阻小于4Ω,接地棒深度1.5-2米。
三、絕緣材料耐電壓擊穿特性實驗平臺試驗方式:
1、絕緣試樣高低溫空氣中擊穿、耐壓試驗或階梯試驗;
2、絕緣試樣高低溫浸油中擊穿、耐壓試驗或階梯試驗;
3、絕緣試樣空氣中擊穿、耐壓試驗或階梯試驗;
4、絕緣試樣浸油中擊穿、耐壓試驗或階梯試驗;

1 有機硅凝膠的耐電特性
絕緣材料擊穿是在電應力作用下導致材料內部絕緣性能嚴重損失,發(fā)生穿孔或出現碳化通道,并引起回路電流的現象。材料的電擊穿特性直觀反映了材料的電絕緣能力。本文搭建了有機硅凝膠工頻耐電特性實驗平臺,研究溫度對有機硅凝膠耐電特性的影響規(guī)律。
1.1 實驗設計
依據 IEC 60243標準設計實驗平臺如圖 10 所示,交流電壓源輸出電壓 0~100kV,電壓畸變率小于 2%,升壓速率 2kV/s,升壓曲線如圖 10 所示。被測試品的模具容積為 200mL,電極為銅制球球電極,電極直徑 13mm,電極間距 1mm。基于實驗室內制備的有機硅凝膠樣品,測試了不同溫度下有機硅凝膠的工頻耐電特性。
球球電極結構下,擊穿場強近似計算公式為:
式中,Ebd 為擊穿場強峰值;Ubd 為擊穿電壓最大值;s 為氣隙間距;??為 Schwaiger 系數,對于較均勻場,n取值為 0.9。
1.2 實驗結果
圖 11 展示了有機硅凝膠的擊穿現象及擊穿通道。Ⅰ展示了發(fā)生擊穿瞬間,有機硅凝膠產生強烈的光信號;Ⅱ展示了放電發(fā)生后瞬間,球球電極間產生了氣泡,并且在顯微鏡下觀察了氣泡形態(tài);擊穿后的樣品放置一段時間后,將進入Ⅲ狀態(tài),球球電極間的氣泡變小;最終形成圖 11 中Ⅳ所示的電樹枝通道,此時硅凝膠喪失耐壓能力。
絕緣材料的擊穿起始于材料內部絕緣弱點,而聚合物中的缺陷是隨機分布的,因此聚合物的擊
穿事件符合一定的統計規(guī)律,一般采用多個樣本,可通過概率分布統計法評估聚合物的擊穿電壓。Weibull 分布基于弱點擊穿理論構建,雙參數 Weibull分布廣泛應用于分析絕緣材料的擊穿電壓。根據Weibull 分布函數特征,有機硅凝膠的擊穿電壓對應于 63%累積概率處的擊穿電壓。Weibull 分布的累積概率函數(Cumulative Probability Function, CDF)可表示為:
式中,P 為累積概率密度分布函數;??為 63%對應的分位數,也稱為尺度參數,表示發(fā)生概率為 63%的擊穿電壓值;??為度量分散程度的 Weibull 指數,也稱為形狀參數,表示擊穿電壓的變化幅度,??越大,其擊穿場強變化幅度越小;U 為有機硅凝膠的擊穿電壓。測試了傳統脫氣曲線與改進脫氣曲線制備的有機硅凝膠樣品在 200℃的恒溫箱中處理后的擊穿電壓值,通過式(3)計算 Weibull 分布得出累計概率密度曲線,200℃下制備工藝對有機硅凝膠擊穿電壓的影響如圖 12 所示。
200℃下,原始制備工藝得到的有機硅凝膠樣品內出現氣泡,依據 Weibull 分布統計得到工頻耐受電壓為 31.30kV;而改進的制備工藝得到的有機硅凝膠樣品在 200℃下未見氣泡,工頻耐受電壓為35.34kV。對比兩種制備工藝獲得的有機硅凝膠樣品,改進的制備工藝使得有機硅凝膠樣品在 200℃下耐壓能力提升了 12.9%。
為獲得溫度對有機硅凝膠耐壓特性的影響規(guī)律,測試了不同溫度下有機硅凝膠的工頻擊穿電壓,依據式(3)計算 Weibull 分布,得出每個溫度點下的累計概率密度曲線如圖 13 所示。不同溫度下有機凝膠的 Weibull 分布參數見表 2。
根據 Weibull 分布統計結果,獲得了不同溫度下,有機硅凝膠的擊穿場強,如圖 14 所示。從圖14 可知,溫度對有機硅凝膠的絕緣性能有重要影響,隨著溫度升高,23~80℃之間,有機硅凝膠的擊穿場強有所降低,但降低程度較小;當溫度達到120℃左右時,有機硅凝膠的擊穿場強明顯下降;當溫度達到 200℃時,有機硅凝膠的擊穿場強只有約常溫下的一半。