绝缘材料电气强度测量仪-绝缘材料电气强度仪器

一、测试和测试样状况的影响因素：

1、电极——通常，随着电极区域的增加，击穿电压会降低，这种影响对于薄试样来说更为明显。电极的几何形状也会影响测试的结果。制作电极的材料也会对测试结果产生影响，这是因为电极材料的热导性和功函会对热机制和发电机制产生影响。通常来说，由于缺乏相关的实验数据，所以很难确定电极材料的影响。

2、试样厚度——固体工业绝缘材料的绝缘强度主要取决于试样的厚度。经验显示，对于固体和半固体材料来说，绝缘强度与以试样厚度为分母的分数成反比，更多的证据显示，对于相对均匀的固体来说，绝缘强度与厚度的平方根互为倒数。如果固体试样能熔化后倒入到固定电极之间并凝固下来，那么电极间距的影响将很难得到明确的定义。因为在这种情况下，可以随意固定电极间距，所以习惯在液体或可溶固体中进行绝缘强度测试，此时电极间具有标准的固定空间。北京中航时代检测仪器因为绝缘强度取决于厚度，所以如果在报告绝缘强度数据时缺乏测试所用试样的起始厚度，那么这样的数据将毫无意义。

3、温度——试样和环境介质的温度将影响绝缘强度，虽然对于大多数材料来说，微小的环境温度变化对材料造成影响可以忽略不计。通常，绝缘强度随温度的升高而降低，但其强度的极限取决于被测材料。由于材料需要室温以外的条件下发挥作用，所以有必要在比期望操作温度更大的范围里，对绝缘强度与温度的关系进行确定。

4、时间——电压应用的速率也会影响测试结果。通常，击穿电压随电压应用速率的增加而提高。这是预料之中的，因为热击穿机制有赖于时间，而放电机制也有赖于时间，虽然在一些情况下，后一种机制通过产生局部电场高临界强度造成快速失效。

5、 波形——通常，应用电压的波形也会影响绝缘强度。北京中航时代检测仪器在本测试方法的限制说明中，波形的影响是不显著的。

6、频率——对于本测试法，在工业用电频率范围内，频率的变化对绝缘强度的影响将不是那么显著。但是，不能从本测试法所得结果中推断出其他非工业用电频率（50到60HHz）对绝缘强度的影响。

7、 环境介质——通常测试具有高击穿电压的固体绝缘材料，是将试样浸入到液体介质中，例如变压器油，硅油，或是氟利昂中，以减小击穿前表面放电的影响。

8、相对湿度——相对湿度影响绝缘强度是因为测试材料吸收的水分或表面吸附的水分将影响介质损耗和表面电导率。因此，它的重要性很大程度上有赖于测试材料的性质。但是，即使材料只吸收了一点甚至没有吸收水分，仍会受到影响，因为在有水的情况下，将大大提高放电的化学效应。除此之外，还应调查暴露在电场强度中的影响，北京中航时代检测仪器通常通过标准的调节流程来控制或限制相对湿度的影响。

二、其它相关仪器：

1、电压击穿试验仪

2、介电常数测试仪

3、体积表面电阻率测试仪

4、耐电弧试验仪

5、漏电起痕试验仪

6、氧指数测定仪

7、水平垂直燃烧试验仪

8、热变形维卡软化点测定仪

9、熔体流动速率测定仪

10、电子材料试验机

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用于高压电气设备中的液体电介质除了用作绝缘之外，还起冷却(如在油浸式电力变压器中)以及灭弧(如在油断路器中)作用。日前常用的液体电介质主要是从石油中提炼出来的碳氢化合物的矿物油，除了这些矿物油之外还有蓖麻油、人工合成的硅油、十二烷基苯等，但它们不如矿物油应用广泛。根据用途不同，这些液体电介质分别称为变压器油、电容器油和电缆油，下面以变压器油为例讨论液体电介质的击穿。

一、变压器油的击穿机理

纯净液体电介质的击穿过程与气体击穿过程很相似，也是由液体中带电质点的碰撞游离导致击穿，但击穿场强要高得多(可达1MV/cm)，然而讨论这种纯净液体电介质的击穿并无实际意义。

工程实际中使用的液体电介质不可能是纯净的，在液体电介质的生产、运行中不可避免要混入杂质。这些杂质主要是气体、水分和纤维。正由于杂质的存在，液体电介质的击穿过程与纯净液体电介质(或气体介质)是不同的，击穿场强也不同[如变压器油击穿场强一般为120～250kV(幅值) /cm]。

对于工程上所使用的含有杂质液体电介质的击穿过程可用“小桥”理论来解释。液体电介质中的水分和纤维的介电系数很大(分别为81和6~7)，它们在电场作用下很容易极化，受电场力吸引且被拉长，并且逐渐沿电场方向头尾相连排列成“小桥”。如果此“小桥”贯穿电极，则由于组成此“小桥”的水分和纤维的电导较大，使流过“小桥”的泄漏电流增大，发热增加，使水分汽化和小桥周围的油分解或气化，即形成气泡。这种气泡也可以是液体电介质中原先存在的(即气体杂质所形成)。由于气泡中的电场强度要比油中高得多(与介电系数成反比)，而气泡中气体的击穿强度又比油低得多，所以一旦气泡在电场作用下排列连成贯通两电极的“小桥”，击穿就在此“气泡”通道中发生。换句话说，一旦油中形成气泡“小桥”，就发生击穿。油中的水分和纤维形成“小桥”。并不马上击穿，而仍要等到发展成气泡“小桥”才击穿，所以“小桥”理论也称为“气泡”击穿理论。

二、影响液体电介质电压击穿的因素

液体电介质电压击穿的大小既决定于其自身品质的优劣，也与外果因素，如温度、电压有关。

1.液体电介质的自身品质

液体电介质的品质决定于其所含杂质的多少。含杂质越多， 品质越差，电压击穿越低。变压器油的品质通常采用标准油杯中变压器油的工频电压击穿来衡量。由于在均匀电场中杂质对电压击穿的影响要比在不均匀电场中大，所以标准油杯中电极做成如图2-12所示的形状。

下面具体讨论影响品质的各种因素与电压击穿的关系。

(1)含水量。含水量对液体电介质电压击穿影响较大。当含水量极微小时，水分均以溶解状态存在，它对电压击穿影响不大。当含水量增加到超过溶解度时(25℃时水在变压器油中的溶解度为50ppm， 1ppm为1%的体积含量)，多余的水分常以悬浮状态出现。这种悬浮状态的小水滴在电场作用下极化并形成小桥，导致击穿，所以电压击穿随含水量增加而降低。当含水量超过0.02%时，多余的水分沉淀到容器底部，电压击穿不再降低。

(2)含纤维量。含纤维量越多，越易形成纤维小桥，则电压击穿越低。由于纤维具有很强的吸附水分能力，所以吸湿的纤维对电压击穿影响更大。

(3)含气量。当含气量很小时，溶解状态的气体对电压击穿影响很小。但当含气量增加而出现自由状态的气体时，将使电压击穿随含气量增加而降低。

2.温度

温度对液体电介质电压击穿的影响随介质的品质、电场的均匀程度以及电压种类的不同而异。图2-13为在标准油杯中变压器油的工频电压击穿与温度的关系。当温度由0℃开始逐渐上升时，水在油中的溶解度逐渐增大，原来悬浮状态的水分逐渐转化为溶解状态，故油的电压击穿逐渐升高；当温度超过60~80℃ 时，温度再升高，则水分开始汽化，油亦将逐渐汽化，产生气泡，又使电压击穿降低，从而在60~80℃时出现最大值。在0~5℃时，油中水分是悬浮状态为最多，此时小桥最易形成，故电压击穿达最小值。温度降低，水滴将凝结成冰粒，其介电系数与油相近，电场畸变减弱，再加上油黏度增大，小桥不易形成，故此时变压器油的电压击穿随温度的下降反而提高。

3.压力

不论电场均匀与否，工程上用的变压器油在工频电压作用下，其电压击穿随压力增加而增大，这是因为压力增大时，气体在油中溶解度增大的缘故。

4.电压作用时间

液体电介质的击穿过程存在发热，伴随有温度的升高，而温度的升高需要一定的时间。当电压非常高时，在加压后短至几个微秒时的击穿表现为电击穿，此时杂质形成小桥的作用来不及显示出来，因此电压击穿很高。当电压作用时间大于毫秒级时，击穿将发展为热击穿，一般情况下液体电介质的击穿都属于热击穿。电压击穿随电压作用时间增加而降低。但在油不太脏的情况下，1min的电压击穿与长时间的电压击穿相差不大。为此，变压器油的工频耐压试验(即品质试验)通常加压1min。

5. 电场均匀程度

电场愈均匀，水分等杂质对电压击穿的影响愈大，电压击穿的分散性也愈大，电压击穿也愈高。当绝缘油的纯度较高时，改善电场的均匀程度使工频或直流电压下的电压击穿明显提高。而品质较差的绝缘油，杂质的聚集和排列已使电场畸变，改善电场以提高电压击穿的作用并不明显。

三、提高液体电介质电压击穿的措施

由于杂质对液体电介质电压击穿有很大影响作用，所以提高电压击穿首先要减少杂质，其次是降低杂质对电压击穿的影响作用。具体措施主要有：

1. 过滤

将绝缘油在压力下连续通过装有大量事先烘干的过滤纸层的过滤机，将油中碳粒、纤维等杂质滤去，油中部分水分及有机酸也被滤纸所吸收。运行中，常采用此法来恢复绝缘油的绝缘性能。

2.防潮

油浸式绝缘在浸油前必须烘干，必要时可用真空干燥法去除水分。有些电气设备如变压器，不可能全密封时，则可在呼吸器的空气入口处放置干燥剂，以防止潮气进入。

3. 脱气

常用的脱气办法是将油加热、喷成雾状，且抽真空，除去油中的水分和气体。电压等级较高的油浸绝缘设备，常要求在真空下灌油。

4.采用固体电介质

采用固体电介质可以降低绝缘油中杂质的影响，常采用的措施为加覆盖层、绝缘层和屏障。

(1)覆盖层。覆盖层为在电极表面覆盖的一层很薄的绝缘材料，如电缆纸、黄蜡布、漆膜等。覆盖层的主要作用在于限制泄漏电流，阻止杂质小桥的形成，因而可使工频电压击穿显著提高，例如在均匀电场中可提高70%～100%，在极不均匀电场中可提高10%左右。

(2)绝缘层。当覆盖层厚度增大，本身承担一定电压时，称为绝缘层。其作用除了像覆盖那样能阻止杂质小桥形成外，还具有降低不均匀电场中电极附近绝缘油中最大场强的作用，因而可显著提高绝缘油的工频和电压击穿。

(3)屏障。屏障是指在油间隙中放置的，尺寸较大的(与电极形状相适应)、厚度在1～3mm的层压纸板或层压布板。它既能阻止杂质小桥的形成，又能如气体间隙那样改善不均匀电场中的电场分布。因此在不均匀电场中效果非常显著，屏障在最佳位置时，工频电压击穿可提高一倍以上。所以在变压器等充油设备中广泛采用此屏障绝缘结构。