ASTMD149美標標準固體絕緣材料電壓擊穿的實驗方法

商業(yè)電源頻率下固體電絕緣材料介電擊穿電壓和介電強度的標準試驗方法

1,。范圍*

1.1本試驗方法包括在特定條件下測定工業(yè)功率頻率下固體絕緣材料介電強度的程序,。

1.2除非另有規(guī)定,，測試應在60Hz。然而,，這種測試方法適用于從25到800赫茲的任意頻率,。在高于800 Hz的頻率下,，介電加熱是一個潛在的問題,。

1.3本試驗方法旨在與任何ASTM標準或涉及本試驗方法的其他文件一起使用,。對該文檔的引用需要要使用的特定選項（見5.5）。

1.4適用于各種溫度,，以及在任何合適的氣態(tài)或液體周圍介質(zhì)中,。

1.5本試驗方法并非用于測量在試驗條件下為流體的材料的介電強度。

1.6本試驗方法不適用于測定固有介電強度,、直流電壓介電強度或電應力下的熱失效(參見試驗方法D3151)。

1.7這種試驗方法常用于通過測試試樣的厚度(穿孔)確定介電擊穿電壓,。它也適用于確定固體樣品與氣體或液體周圍的介質(zhì)擊穿電壓介質(zhì)（閃絡）,。通過添加修改部分12的指令，該測試方法也適合用于驗證測試,。

1.8這種測試方法與IEC出版物243-1相似,。該方法的所有步驟都包含在IEC 243-1中。這種方法和IEC 243-1之間的差異主要是社論。

1.9本標準并不旨在解決與使用有關的所有安全問題,，如果有的話,。本標準的使用者有責任建立適當?shù)陌踩徒】底龇ǎ⒃谑褂们按_定管制限制的適用性,。具體危險陳述在第7節(jié)中給出,。

也見6.4.1。

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3.1定義：

3.1.1介電擊穿電壓(電擊穿電壓),，n-在位于兩個電極之間的電絕緣材料中,，在規(guī)定條件下發(fā)生介電擊穿的電位差。（也見附錄X1）,。

3.1.1.1討論術(shù)語電介質(zhì)擊穿電壓有時被縮短為“擊穿電壓”,。

3.1.2介電失效(被測試)，n-通過被測試的介質(zhì)中的電導增加來證明的事件,，該電導增加限制了可維持的電場,。

3.1.3介電強度，n-在特定試驗條件下絕緣材料發(fā)生介電破壞的電壓梯度,。

3.1.4電強度,，n見介電強度。

4.1討論中,，“電強度”幾乎是普遍使用的,。

3.1.5閃絡，n-在電絕緣表面或周圍介質(zhì)中的破壞性放電,，這可能或可能不會對絕緣造成yongjiu性損壞,。

3.1.6關于固體絕緣材料的其他術(shù)語的定義，參見術(shù)語D1711,。

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4,。試驗方法綜述

4.2zui常見的是，使用簡單的測試電極在試樣的相對面上施加測試電壓,。試樣的選擇是模塑或澆鑄,，或者從平板或板上切割。其他電極和樣本配置也適合于用于適應樣本材料的幾何形狀,，或者用于模擬評估材料的特定應用,。

4.1的交變電壓在商業(yè)電源頻率（60赫茲，除非另有規(guī)定）應用于測試樣品,。在三種規(guī)定的電壓施加方法之一中,，電壓從零或從遠低于擊穿電壓的電平增加，直到測試試樣發(fā)生介電破壞,。

5,。意義與應用

5.1對于存在電場的任何應用,，電絕緣材料的介電強度是感興趣的特性。在許多情況下,，材料的介電強度將是在使用該裝置的設計中的決定因素,。

5.2本文所述的試驗適合于提供確定材料是否適合于給定應用所需的部分信息，并且也適合于檢測由于加工變量,、老化條件或ot而導致的與正常特性的變化或偏差,。她的制造業(yè)或環(huán)境狀況。該試驗方法可用于過程控制,、驗收或研究試驗,。

5.3在實際應用中，用這種試驗方法得到的結(jié)果很少能直接用于確定材料的介電行為,。在大多數(shù)情況下,，有必要通過與其他功能測試或其他材料或兩者的測試所得到的結(jié)果進行比較來評估這些結(jié)果，以便估計它們對特定材料的重要性,。

5.4第12節(jié)規(guī)定了三種電壓施加方法：方法A,，短時間試驗；方法B,，逐步試驗,；方法C，緩慢上升率試驗,。方法A是zui常用的質(zhì)量控制試驗,。然而，較長時間的測試,，通常給出較低測試結(jié)果的方法B和C,，當不同材料相互比較時，可能給出更有意義的結(jié)果,。如果具有電機驅(qū)動電壓控制的測試集可用,，則慢上升速率測試比逐步測試更簡單和更可取。從Methods B和C得到的結(jié)果是相互比較的,。

5.5條規(guī)定使用本試驗方法的文件也應規(guī)定：

5.5.1電壓施加方法,，

5.5.2電壓上升率，如果緩慢上升率法,，5.5.3樣本選擇,、制備和調(diào)節(jié)，

5.5.4周圍介質(zhì)和溫度在測試過程中,，

5.5.5電極,，

5.5.6在可能的情況下，電流敏感元件的失效準則,，以及

5.5.7與所建議的程序的任何期望偏差,。5.6如果文件中缺少5.5中所列的任何要求，則應遵循關于幾個變量的建議,。

5.7除非規(guī)定5.5中所列的項目,，否則參照本試驗方法進行的試驗不符合本試驗方法。如果在測試期間不嚴格控制5.5中列出的項目,，則可能無法獲得15.2和15.3中所述的精度,。

5.8電流傳感元件的失效準則(電流設置和響應時間)的變化顯著地影響試驗結(jié)果。

5.9附錄X1,。對電介質(zhì)強度測試的意義進行了更全面的討論,。

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6.1.3根據(jù)12.2，對可變低壓源的控制應能夠平穩(wěn),、均勻地變化電源電壓和由此產(chǎn)生的測試電壓,，并且沒有過沖或瞬變。在任何情況下,，不允許峰值電壓超過所指示的RMS測試電壓的1.48倍,。電動機驅(qū)動的控制用于短時間（見2.2.1）或緩慢上升率（參見2.2.3）測試。

6.1.4配備一個電路斷路器的電壓源,，它將在三個周期內(nèi)運行,。該設備應將電壓源設備與電源設備斷開，并保護其免受由于試樣擊穿導致測試設備過載而造成的過載,。如果擊穿后電流延長,，將導致測試樣品的不必要燃燒、電極的點蝕以及任何液體周圍介質(zhì)的污染,。

6.1.5對于斷路裝置來說,，在升壓變壓器次級中具有可調(diào)電流感測元件很重要，以便允許根據(jù)樣本特性進行調(diào)整并布置成感測樣本電流,。設置感測元件以響應如12.3所定義的指示試樣擊穿的電流,。

61.6當前的設置可能對測試結(jié)果有顯著的影響。設置得足夠高,，以便瞬變（例如局部放電）不會使斷路器跳閘,，但不要太高，以致于試樣在擊穿時發(fā)生過度燃燒,，從而導致電極損壞,。*電流設置對于所有樣品都不相同，并且取決于材料的預期用途和測試的目的,，通常希望在一個以上的電流設置下對給定樣品進行測試,。電極面積可能對電流設置的選擇有顯著影響。

61.7有可能試樣電流傳感元件將在升壓變壓器的初級,。根據(jù)試樣電流校準電流檢測刻度盤,。

61.8在設定當前控制的反應中進行運動護理,。如果控制設置得太高，則電路在發(fā)生故障時不會響應,；如果設置得太低,，則有可能對泄漏電流、電容電流或局部放電(電暈)電流作出響應,，或者當傳感元件位于初級時,，對升壓變壓器作出響應。磁化電流

6.2電壓測量-必須提供電壓表來測量RMS測試電壓,。如果使用峰值讀取伏特計,，則將讀數(shù)除以2，以得到均方根值,。電壓測量電路的總誤差不應超過測量值的5%,。此外，電壓表的響應時間應使其在任何上升速率下其時間滯后不超過滿刻度的1％,。

6.2.1使用與測試變壓器上的樣品電極或單獨的電壓表繞組連接的電壓表或電位互感器測量電壓,，該電壓表或電位互感器不受升壓變壓器負載的影響。

6.2.2在擊穿后將zui大施加的測試電壓的讀數(shù)保持在電壓表上,，以便能夠準確地讀出和記錄擊穿電壓,。

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6.3電極-對于給定的樣品結(jié)構(gòu)，介電擊穿電壓可能根據(jù)測試電極的幾何形狀和位置而顯著變化,。由于這個原因,，在規(guī)定這種試驗方法時描述要使用的電極和在報告中描述它們很重要。

6.3.1表1中列出的電極之一應參照本試驗方法的文件規(guī)定,。如果未電極,，則從表1中選擇一個適用的電極，或者當由于被測試材料的性質(zhì)或結(jié)構(gòu)而無法使用標準電極時,，使用雙方都可接受的其他電極,。一些特殊的電極。在任何情況下,，電極必須在報告中描述,。

6.3.2表1的類型1至4以及類型6的電極應在電極的整個平坦區(qū)域內(nèi)與測試樣品接觸。

6.3.3使用7型電極測試的試樣應為在測試期間,，試樣的所有部分都在電極邊緣內(nèi)且距離電極邊緣不少于15mm的大小,。在大多數(shù)情況下，使用7型電極的測試是用電極表面的平面進行的,。

垂直位置,。用水平電極進行的試驗不應與用垂直電極進行的試驗直接比較，特別是當在液體周圍介質(zhì)中進行試驗時,。

6.3.6每當電極的大小或形狀不同時,，確保存在zui低應力集中(通常尺寸較大,、半徑zui大)的電極處于接地電位。

6.3.7在一些特殊情況下,，使用液態(tài)金屬電極,、箔電極、金屬丸,、水或?qū)щ娡繉与姌O。必須認識到,，這些結(jié)果可能與其他類型的電極得到的結(jié)果大不相同,。

6.3.8由于電極對試驗結(jié)果的影響，經(jīng)?？梢酝ㄟ^使用多種類型的電極進行測試來獲得關于材料(或一組材料)的介電性能的附加信息,。這項技術(shù)對于研究測試具有特別的價值。

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6.3.3使用7型電極測試的樣品應具有這樣的尺寸,，即在測試期間,，樣品的所有部分都在電極邊緣內(nèi)，并且離電極邊緣不少于15mm,。在大多數(shù)情況下,，使用7型電極的測試是在垂直位置上用電極表面的平面來進行的。用水平電極進行的試驗不應與用垂直電極進行的試驗直接比較,，特別是當在液體周圍介質(zhì)中進行試驗時,。

6.3.4保持電極表面清潔光滑，避免因先前試驗而凸出的不規(guī)則現(xiàn)象,。如果出現(xiàn)凹凸,，必須予以去除。

6.3.6每當電極的大小或形狀不同時,，確保存在zui低應力集中(通常尺寸較大,、半徑zui大)的電極處于接地電位。

6.3.7在一些特殊情況下,，使用液態(tài)金屬電極,、箔電極、金屬丸,、水或?qū)щ娡繉与姌O,。必須認識到，這些結(jié)果可能與其他類型的電極得到的結(jié)果大不相同,。

6.3.5重要的是,，電極的初始制造和隨后的再表面處理應保持電極及其邊緣的特定形狀和光潔度。電極表面的平整度和表面光潔度必須使電極的整個區(qū)域與測試樣品緊密接觸,。表面光潔度在測試極薄的材料時尤其重要,，因為表面光潔度不當會造成物理損傷,。ED電極當重鋪表面時，不要改變電極面與任何的邊緣半徑之間的過渡,。

6.3.8由于電極對試驗結(jié)果的影響,，經(jīng)常可以通過使用多種類型的電極進行測試來獲得關于材料(或一組材料)的介電性能的附加信息,。這項技術(shù)對于研究測試具有特別的價值,。

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6.4環(huán)境介質(zhì)-調(diào)用這個測試方法的文檔需要環(huán)境介質(zhì)和測試溫度。由于必須避免閃絡,，并且在擊穿之前模擬局部放電的影響,，即使對于短時間試驗，在絕緣液體中進行試驗通常也是優(yōu)選的,，有時是必要的(見6.4.1),。那些在空氣中獲得的。絕緣液體的性質(zhì)和以前使用的程度是影響測試值的因素,。在某些情況下,，空氣中的測試將需要過大的試樣或?qū)е聡乐氐谋砻娣烹姾腿紵?/span>

故障。一些用于空氣測試的電極系統(tǒng)利用電極周圍的壓力墊圈來防止閃絡,。電極周圍的墊圈或密封件的材料有可能影響擊穿值,。

6.4.1在絕緣油中進行試驗時，應提供足夠尺寸的油浴,。（警告-在高于10kV的電壓下測試時不建議使用玻璃容器,，因為在擊穿時釋放的能量可能足以擊碎容器。）金屬浴缸必須接地,。

建議使用符合D3247,、I或II規(guī)格要求的礦物油。它應具有至少26 kV的測試方法D87所確定的介質(zhì)擊穿電壓,。如果的話,，其它介電流體適合用作周圍介質(zhì)。這些液體包括但不限于,，用于變壓器,、斷路器、電容器或電纜中的硅油流體和其他液體,。

4.4.1.1絕緣油的質(zhì)量有可能對試驗結(jié)果有明顯的影響,。除了上述介質(zhì)擊穿電壓之外，當非常薄的試樣（25μm（1密耳）或更?。┍粶y試時,，顆粒污染物尤為重要。根據(jù)油的性質(zhì)和所測試材料的性質(zhì)，其他性質(zhì),，包括溶解氣體含量,、水含量和油的耗散系數(shù)也有可能影響結(jié)果。頻繁更換機油,，或者使用過濾器和其他修復設備,，對于zui小化機油質(zhì)量的變化對試驗結(jié)果的影響是重要的。

1.4.1.2使用具有不同電性能的液體獲得的擊穿值常常是不可比的,。（見X1.4）,。

7)如果要在室溫以外的溫度下進行試驗，則浴缸必須配備有加熱或冷卻液體的裝置,，以及確保溫度均勻的裝置,。在一些情況下，小浴缸可以放在烤箱里（見4.4.2）,，以便提供溫度控制。如果提供流體的強制循環(huán),，必須注意防止氣泡被攪入流體中,。除非另有說明，溫度應保持在電極規(guī)定的試驗溫度的65°C以內(nèi),。在許多情況下,，規(guī)定要在絕緣油中測試的樣品必須事先用油浸漬，而不能在測試前從油中除去(參見實踐D2413),。對于這樣的材料,，浴槽必須具有這樣的設計，即在測試之前不需要將樣品暴露于空氣中,。

64.2如果在空氣中的試驗是在環(huán)境溫度或濕度以外進行的,，則必須為試驗提供烘箱或控制濕度室?？鞠鋾hD5423規(guī)范的要求以及提供用于引入測試電壓的裝置將適用于僅控制溫度的情況,。

6.4.3在除空氣之外的氣體中進行試驗通常需要使用室，這些室可以抽空并填充試驗氣體,，通常在一些受控的壓力下,。

設計D149－094將根據(jù)所要進行的試驗程序的性質(zhì)來確定這樣的艙室。

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6.5試驗室-進行試驗的試驗室或區(qū)域應具有足以容納試驗設備的尺寸,，并應設置聯(lián)鎖以防止與任何帶電部件意外接觸,。電壓源、測量設備,、浴缸或烤箱和電極的多種不同的物理布置是可能的,，但重要的是：(1)所有提供通向有帶電部件的空間的門或門都互鎖以切斷電壓源。(2)間隙足夠大，使得電極和試樣區(qū)域內(nèi)的場不會變形,，除了試驗電極之間不會發(fā)生閃絡和局部放電(電暈),；和(3)試驗之間的試樣插入和替換非常簡單。

盡可能方便,。在測試過程中對電極和測試樣品的目視觀察是經(jīng)常需要的,。

7。危害

7.1警告,，可能有致命的電壓將在本次試驗中出現(xiàn),。為了安全操作，必須正確地設計和安裝測試設備和所有與之電氣連接的相關設備,。在測試過程中牢固地研磨任何人可能接觸的所有導電部件,。提供在任何測試完成時使用的方法，以將下列任何一種情況下的部分接地：（a）在測試過程中處于高電壓,；（b）在測試過程中有可能獲得誘導電荷,；（c）即使在斷開連接后仍有可能保持電荷；電壓源,。充分地指導所有操作工正確地進行試驗,。制作高壓時測試，特別是在壓縮氣體或油中,，有可能在擊穿時釋放的能量將足以導致測試室的火災、爆炸或破裂,。設計測試設備,、測試室和測試樣本，以減少此類事件發(fā)生的可能性,，并消除人身傷害的可能性,。

7.2警告臭氧是在高濃度的生理上有害氣體。暴露限值是由政府機構(gòu)制定的,，通常是根據(jù)美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家的建議制定的,。8的臭氧很可能存在于任何足以引起空氣中部分或*排放的電壓中。含氧大氣,。臭氧具有*的氣味,，zui初在低濃度時可以識別，但持續(xù)吸入臭氧可導致對臭氧氣味的暫時喪失敏感性,。因此,，無論何時臭氧持續(xù)存在或當臭氧生成條件繼續(xù)時。使用適當?shù)姆椒?，如排氣口,，以減少臭氧濃度在工作區(qū)域內(nèi)可接受的水平,。

8。抽樣

8.1對被測試材料的詳細抽樣程序需要在該材料的規(guī)范中進行定義,。

8.2為質(zhì)量控制目的的取樣程序應規(guī)定收集足夠的樣品以估計被檢查批次的平均質(zhì)量和可變性,，并規(guī)定從取樣時起對樣品進行適當保護，直至制備測試樣品,；在實驗室或其他試驗區(qū)開始,。

8.3為了大多數(shù)測試的目的，從材料中沒有明顯缺陷或不連續(xù)性的區(qū)域取樣,。避免外層幾層卷材,、包裝紙的頂部幾層或緊挨著紙張邊緣的材料；滾動,，除非存在或接近缺陷或不連續(xù)性在材料的研究中是有意義的,。

8.4樣品應大到足以允許制造特殊材料所需的許多單獨測試

9。試樣

9.1準備和處理：

91.1根據(jù)從第8節(jié)收集的樣品制備樣品,。

9.1.2在使用平面電極時,，與電極接觸的試樣的表面應盡可能為光滑的平行平面，而不需要實際表面加工,。

91.3試樣應具有足夠的尺寸以防止在試驗條件下的閃絡,。對于薄材料來說，使用足夠大的樣本來允許對單個試件進行多次測試通常是很方便的,。

9.1.4對于較厚的材料(通常超過2毫米厚)，擊穿強度可能足夠高,，以至于在擊穿之前會發(fā)生閃絡或強烈的表面局部放電(電暈),。適用于防止閃絡或減少局部放電（電暈）的技術(shù)包括：

91.4.1在試驗過程中將試樣浸入絕緣油中。見X1.4.7對周圍介質(zhì)影響擊穿的因素,。對于未干燥和浸漬油的樣品,，以及根據(jù)實踐準備的樣品，這通常是必要的,。

例如,，D2413。（見6.4）

91.4.2在試樣的一個或兩個表面上加工一個凹槽或一個平底孔,，以減小試驗厚度,。如果使用不同的電極（如表1的類型6），并且只有一個表面需要加工,，則兩個電極中的較大電極應與加工表面接觸,。在加工試樣時，必須注意不要污染或機械損壞它們,。

91.4.3在電極周圍施加密封或護罩,，與試樣接觸以減少閃絡的傾向。

9.1.5非平板形式的材料應使用適合于材料和樣品幾何形狀的樣品（和電極）進行測試。重要的是,，對于這些材料,，試樣和電極都在材料規(guī)范中定義。

91.6無論材料的形式,，如果是其他測試進行表面到表面的穿刺強度,，在材料規(guī)范中定義試樣和電極。

9.2在幾乎所有的情況下,，試樣的實際厚度是重要的,。除非另有說明，在測試區(qū)域附近立即測量厚度,。應采用適當?shù)脑囼灧椒?，在室溫?5～6°C）下進行測量。