介电强度试验PPT课件.ppt
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1、介电强度试验介电强度试验第第1页页3-1 概述概述3-2 试样与电极试样与电极3-3 工频电压下的介电强度试验工频电压下的介电强度试验3-4 直流电压下的介电强度试验直流电压下的介电强度试验3-5 冲击电压下的介电强度试验冲击电压下的介电强度试验3-6 叠加电压下的介电强度试验叠加电压下的介电强度试验3-7 高电压试验室高电压试验室介电强度试验介电强度试验介电强度试验介电强度试验第第2页页特点:特点:所有的绝缘材料都只能在一定的电场所有的绝缘材料都只能在一定的电场强度下保持其绝缘特性,当电场强度超过一定限强度下保持其绝缘特性,当电场强度超过一定限度时,绝缘材料便会瞬时失去绝缘特性,使整个度时,
2、绝缘材料便会瞬时失去绝缘特性,使整个设备破坏。设备破坏。特征:特征:介电强度是最基本的绝缘特性参数。介电强度是最基本的绝缘特性参数。应用:应用:不管是在电气产品的生产中,还是在不管是在电气产品的生产中,还是在使用中,都要经常做介电强度的试验。使用中,都要经常做介电强度的试验。3-1 概述概述介电强度试验介电强度试验第第3页页定义定义电气击穿电气击穿绝缘材料或结构,在电场作用下瞬间失去绝缘特性,绝缘材料或结构,在电场作用下瞬间失去绝缘特性,造成电极间短路,称为造成电极间短路,称为电气击穿电气击穿。击穿电压、击穿场强击穿电压、击穿场强在试验或使用中,绝缘材料或结构发生击穿时所施在试验或使用中,绝缘
3、材料或结构发生击穿时所施加的电压,称为加的电压,称为击穿电压击穿电压;击穿点的场强称为;击穿点的场强称为击穿击穿场强场强。介电强度试验介电强度试验第第4页页定义:定义:介电强度介电强度绝缘材料的绝缘材料的介电强度介电强度是指材料能承受而不致遭到破是指材料能承受而不致遭到破坏的最高电场场强,对于平板试样坏的最高电场场强,对于平板试样闪络、闪络电压闪络、闪络电压在气体或液体中,电极之间发生放电,当放电至少在气体或液体中,电极之间发生放电,当放电至少有一部分是沿着固体材料表面时,称为有一部分是沿着固体材料表面时,称为闪络闪络。通常。通常试样表面闪络后,还可以恢复绝缘特性。闪络时试试样表面闪络后,还可
4、以恢复绝缘特性。闪络时试样上施加的电压称为样上施加的电压称为闪络电压闪络电压。介电强度试验介电强度试验第第5页页击穿或闪络的判别击穿或闪络的判别试样上电压突然降落试样上电压突然降落通过试样上的电流突然增大通过试样上的电流突然增大有时会发出光或声有时会发出光或声试样上有贯穿的小孔、裂纹以及碳化的痕迹试样上有贯穿的小孔、裂纹以及碳化的痕迹定义:定义:介电强度试验介电强度试验第第6页页介电强度试验分类介电强度试验分类击穿试验击穿试验 在一定试验条件下,在一定试验条件下,升高电压直到试样发生击穿为止升高电压直到试样发生击穿为止,测得击穿场强或击穿电压,测量试样的介电强度,用来测测得击穿场强或击穿电压,
5、测量试样的介电强度,用来测量绝缘材料的介电强度。不能作为选定应用于工作场强的量绝缘材料的介电强度。不能作为选定应用于工作场强的依据,而只能作为选用材料的参考。依据,而只能作为选用材料的参考。耐电压试验耐电压试验 在一定试验条件下,在一定试验条件下,对试样施加一定电压,经历一定对试样施加一定电压,经历一定时间,若在此时间内试样不发生击穿时间,若在此时间内试样不发生击穿,即认为试样是合格,即认为试样是合格的。只能说明试样的介电强度不低于该试验电压的水平,的。只能说明试样的介电强度不低于该试验电压的水平,但不能说明究竟有多高。但不能说明究竟有多高。对于电气设备使用,施加电压略高于工作电压,对于电气设
6、备使用,施加电压略高于工作电压,经历时间经历时间1min1min、5min5min或更长或更长介电强度试验介电强度试验第第7页页影响介电强度的因素影响介电强度的因素电压波形电压波形直流、工频正弦以及冲击电压下击穿机理不同,击穿场强也不同直流、工频正弦以及冲击电压下击穿机理不同,击穿场强也不同工频交流电压下的击穿场强低的多工频交流电压下的击穿场强低的多根据使用条件及试验目的,选择电压或叠加电压根据使用条件及试验目的,选择电压或叠加电压电压作用时间电压作用时间电击穿所需时间短,小于微秒级电击穿所需时间短,小于微秒级热击穿需要较长时间的热的积累,在直流热击穿需要较长时间的热的积累,在直流或工频电压下
7、随着施加电压的时间增长,或工频电压下,随着施加电压的时间增长,击穿电压明显下降。击穿电压明显下降。施加电压时间很长时,由于试样内存在局部放电或其他原因,试样老化,降低击施加电压时间很长时,由于试样内存在局部放电或其他原因,试样老化,降低击穿电压穿电压有机材料,一般在小于几微秒和大于几秒时,击穿电压随时间增长而明显下降,有机材料,一般在小于几微秒和大于几秒时,击穿电压随时间增长而明显下降,在几微秒至几秒范围内,击穿电压变化不大在几微秒至几秒范围内,击穿电压变化不大介电强度试验介电强度试验第第8页页电场的均匀性及电压的极性电场的均匀性及电压的极性材料的本征击穿场强是在均匀电场下测得的。但不均匀电
8、场中,如电材料的本征击穿场强是在均匀电场下测得的。但不均匀电场中,如电极边缘电场强度比较高,会首先出现局部放电,扩展到试样击穿,测极边缘电场强度比较高,会首先出现局部放电,扩展到试样击穿,测得的击穿电压偏低得的击穿电压偏低在不均匀电场下,直流和冲击电压的极性对击穿电压有明显的影响。在不均匀电场下,直流和冲击电压的极性对击穿电压有明显的影响。由于空间电荷的效应改变了电极间介质的电场分布,从而影响了击穿由于空间电荷的效应改变了电极间介质的电场分布,从而影响了击穿电压。电压。试样的厚度与不均匀性试样的厚度与不均匀性试样厚度增加,电极边缘电场就更不均匀,试样厚度增加,电极边缘电场就更不均匀,试样内部的
9、热量更不容易散发,试样内部试样内部的热量更不容易散发,试样内部含有缺陷的几率增大,使得击穿场强下降含有缺陷的几率增大,使得击穿场强下降薄膜试样,厚度减小,电子碰撞电离的几薄膜试样,厚度减小,电子碰撞电离的几率减小,也会使击穿场强提高率减小,也会使击穿场强提高工业上绝缘材料含有杂质和缺陷,使得试样工业上绝缘材料含有杂质和缺陷,使得试样击穿场强降低击穿场强降低材料中残留的机械应力,使得击穿场强降低材料中残留的机械应力,使得击穿场强降低介电强度试验介电强度试验第第9页页环境条件环境条件温度升高,会使击穿场强下降温度升高,会使击穿场强下降。在材料的玻化温度范围,击穿场强下降最明显,。在材料的玻化温度范
10、围,击穿场强下降最明显,对于某些材料,在低温区可能出现相反的温度效应。对于某些材料,在低温区可能出现相反的温度效应。湿度增大,会使击穿场强下降湿度增大,会使击穿场强下降。材料吸湿后会增大电导和介质损耗,会改变电场。材料吸湿后会增大电导和介质损耗,会改变电场分布,从而影响击穿场强。分布,从而影响击穿场强。气压对击穿场强的影响,主要是对气体而言。气压对击穿场强的影响,主要是对气体而言。气压高,气压高,电子在碰撞过程的自由行电子在碰撞过程的自由行程就短,程就短,击穿场强会升高击穿场强会升高。但在。但在接近真空时接近真空时,由于碰撞的几率减少,也会使,由于碰撞的几率减少,也会使击穿击穿场强升高场强升高
11、可用巴申曲线阐明,可用巴申曲线阐明击穿场强与温度击穿场强与温度 击穿场强与水分击穿场强与水分 巴申曲线(气压)巴申曲线(气压)介电强度试验介电强度试验第第10页页均匀电场下击穿试验用的试样与电极均匀电场下击穿试验用的试样与电极材料的本征介电强度,是以材料的本征介电强度,是以均匀电场下的击穿场强均匀电场下的击穿场强来表征的来表征的为了能使试样的击穿发生在为了能使试样的击穿发生在均匀的电场均匀的电场中,必须把试样做成各种中,必须把试样做成各种型材。型材。3-2 试样与电极试样与电极用于模压材料或板材用于模压材料或板材凹腔部分全部涂上金属导凹腔部分全部涂上金属导体做电极体做电极使试样击穿发生在最薄
12、处使试样击穿发生在最薄处最薄处厚度不大于试样厚最薄处厚度不大于试样厚度的度的1/5,球半径要大于最,球半径要大于最薄处薄处20倍倍用于测量薄膜材料用于测量薄膜材料保证击穿发生在两个球电保证击穿发生在两个球电极距离最近的部位极距离最近的部位介电强度试验介电强度试验第第11页页例行试验中用的试样与电极例行试验中用的试样与电极例行试验,例行试验,不能要求试样击穿都发生在均匀电场中,试样不能要求试样击穿都发生在均匀电场中,试样的形状决定与材料原有的形状,试样的厚度,一般也决定的形状决定与材料原有的形状,试样的厚度,一般也决定于试样本身于试样本身试样太厚,击穿电压超过试验变压器的额定电压,或试样太厚,击
13、穿电压超过试验变压器的额定电压,或表面闪络无法解决,可将试样削薄,并保持试样表面表面闪络无法解决,可将试样削薄,并保持试样表面光洁光洁试样太薄,如纸或薄膜材料,可多层叠加在一起,施试样太薄,如纸或薄膜材料,可多层叠加在一起,施加一定压力压紧加一定压力压紧介电强度试验介电强度试验第第12页页例行试验中用的试样与电极例行试验中用的试样与电极试样厚度测量试样厚度测量均匀的厚度,沿通过击穿点的直径上测三点取平均值。均匀的厚度,沿通过击穿点的直径上测三点取平均值。如果厚度不均匀,以击穿点的厚度计算击穿场强如果厚度不均匀,以击穿点的厚度计算击穿场强。试样的面积试样的面积试样的面积要比电极面积大,使之在击穿
14、前不会发生试样的面积要比电极面积大,使之在击穿前不会发生闪络闪络为节省材料,电极面积不能太大为节省材料,电极面积不能太大为暴露材料中存在的缺点,电极不能太小为暴露材料中存在的缺点,电极不能太小一般直径取一般直径取25mm25mm或或50mm50mm介电强度试验介电强度试验第第13页页试样要求:试样要求:试样的个数试样的个数击穿场强分散性较大,要多用一些试样击穿场强分散性较大,要多用一些试样工程材料的击穿场强很大程度上决定于工程材料的击穿场强很大程度上决定于 存在的弱点存在的弱点击穿场强受很多因素的影响击穿场强受很多因素的影响一般最少取一般最少取5 5个个取平均值作为实验结果取平均值作为实验结果
15、若有一个数值偏离平均值若有一个数值偏离平均值15%15%以上,以上,必须再取必须再取5 5个试样个试样介电强度试验介电强度试验第第14页页电极要求电极要求对称电极对称电极不对称电极不对称电极介电强度试验介电强度试验第第15页页试样的正常化处理试样的正常化处理电极的要求电极的要求良好的导电、导热性能,由铜或不锈钢制成良好的导电、导热性能,由铜或不锈钢制成表面要平整光滑,使之与试样表面接触良好表面要平整光滑,使之与试样表面接触良好对称电极:电极边缘电场较均匀,对称电极:电极边缘电场较均匀,但上下电极必须对准中心线但上下电极必须对准中心线电极要求电极要求介电强度试验介电强度试验第第16页页电极效应电
16、极效应电极边缘效应电极边缘效应空气空气a a击穿场强比固体材料击穿场强比固体材料x x低,场强低,场强总是在电极边缘的空气中先出现局部放电,这种总是在电极边缘的空气中先出现局部放电,这种放电会腐蚀试样,会使试样的温度升高,最终导放电会腐蚀试样,会使试样的温度升高,最终导致试样在较低的电压下发生击穿致试样在较低的电压下发生击穿介电强度试验介电强度试验第第17页页消除办法:消除办法:电极的电极的边缘要做成圆角边缘要做成圆角将试样和电极浸入相对介电常数大、击穿场强将试样和电极浸入相对介电常数大、击穿场强比较高的比较高的液体媒质液体媒质中,如变压器油,硅油中,如变压器油,硅油采用的媒质若具有很高的相对
17、介电常数或电导,采用的媒质若具有很高的相对介电常数或电导,必须注意由此而引起的测试回路电流增大、试必须注意由此而引起的测试回路电流增大、试验变压器过载、保护电阻上电压降增大以及媒验变压器过载、保护电阻上电压降增大以及媒质本身严重发热等问题。质本身严重发热等问题。电极效应消除措施电极效应消除措施介电强度试验介电强度试验第第18页页液体材料用的电极液体材料用的电极结构结构直径直径25mm25mm、间距、间距2.5mm2.5mm、边缘曲率半径、边缘曲率半径2mm2mm电极表面应光滑,液面离电极的最高点距离不少于电极表面应光滑,液面离电极的最高点距离不少于22mm22mm,电极距容器的内壁最近处不少于
18、电极距容器的内壁最近处不少于13mm13mm,两个,两个电极的轴心要对准并保持在同一水平线上,两个电电极的轴心要对准并保持在同一水平线上,两个电极的表面要保持平行极的表面要保持平行容器与液体材料不会相互破坏,容器可使用电瓷或容器与液体材料不会相互破坏,容器可使用电瓷或玻璃,电极用铜或不锈钢玻璃,电极用铜或不锈钢介电强度试验介电强度试验第第19页页使用使用清洗、烘干,再用被测液体洗涤两次清洗、烘干,再用被测液体洗涤两次注入被测液体,不要混入杂质与水分注入被测液体,不要混入杂质与水分注入被测液体后静止片刻,避免电极间有气泡注入被测液体后静止片刻,避免电极间有气泡介电强度试验介电强度试验第第20页
19、页工频电源应用最广,且材料的工频击穿场强比直流工频电源应用最广,且材料的工频击穿场强比直流和冲击电压下的都低,对于绝缘材料,通常都是做工和冲击电压下的都低,对于绝缘材料,通常都是做工频下的击穿试验。频下的击穿试验。绝缘材料的介电强度,一般都是指在工频下的介电绝缘材料的介电强度,一般都是指在工频下的介电强度强度。电工设备的例行试验中,一般也是做工频耐压试验。电工设备的例行试验中,一般也是做工频耐压试验。3-3 工频电压下的介电强度试验工频电压下的介电强度试验介电强度试验介电强度试验第第21页页工频耐压试验工频耐压试验无局放工频耐压试验变压器无局放工频耐压试验变压器介电强度试验介电强度试验第第22
20、页页直流耐压试验直流耐压试验直流耐压试验现场直流耐压试验现场介电强度试验介电强度试验第第23页页直流耐压试验接线图直流耐压试验接线图直流试验变压器做直流耐压试验直流试验变压器做直流耐压试验介电强度试验介电强度试验第第24页页冲击耐压试验冲击耐压试验冲击耐压试验仪全自动冲击耐压试验装置全自动冲击耐压试验装置介电强度试验介电强度试验第第25页页冲击耐压试验波形冲击耐压试验波形雷电冲击耐压试验波形雷电冲击耐压试验波形介电强度试验介电强度试验第第26页页升压方式升压方式定义:定义:电压从零按照一定方式和速度上升到规定的试验电压或电压从零按照一定方式和速度上升到规定的试验电压或击穿电压。击穿电压。升压方
21、式:升压方式:快速升压、快速升压、20s逐渐升压、逐渐升压、慢速升压、慢速升压、60s逐级升压、逐级升压、极慢速升压极慢速升压快速升压快速升压电压从零上升到击穿电压所经历的时间约为电压从零上升到击穿电压所经历的时间约为1020s,常用常用500V/s介电强度试验介电强度试验第第27页页升压方式升压方式20s逐渐升压逐渐升压电压逐级升高,每级停留电压逐级升高,每级停留20s。第一级电压约为快速升压击穿值的第一级电压约为快速升压击穿值的40%的电压,在此的电压,在此电压下,经受电压下,经受20s,若试样不击穿,再加高一级,直至,若试样不击穿,再加高一级,直至试样击穿为止试样击穿为止升压过程要尽量快
22、升压的时间计算在下一级的升压过程要尽量快,升压的时间计算在下一级的20s之之内内击穿应发生在第级或更高的电压等级上,否则应降低击穿应发生在第级或更高的电压等级上,否则应降低第一级电压重新进行试验第一级电压重新进行试验逐级加压比快速加压作用的时间长,测得的击穿电压逐级加压比快速加压作用的时间长,测得的击穿电压比较低比较低介电强度试验介电强度试验第第28页页慢速升压慢速升压从快速升压的击穿电压的从快速升压的击穿电压的20%开始,以较慢的速度升开始,以较慢的速度升压,使击穿发生在压,使击穿发生在120240s内内60s逐级升压逐级升压与与20s20s逐级升压类似,只是每级停留的时间为逐级升压类似,
23、只是每级停留的时间为60s60s极慢速升压极慢速升压从快速升压击穿电压的从快速升压击穿电压的40%开始,以极慢速的速度升开始,以极慢速的速度升压,使击穿发生在压,使击穿发生在300600s内。内。升压速度慢,电压作用时间更长,测得的击穿电压更升压速度慢,电压作用时间更长,测得的击穿电压更低,试验结果比较可靠。低,试验结果比较可靠。介电强度试验介电强度试验第第29页页试验设备与装置试验设备与装置试验系统:试验系统:包括包括高压试验变压器高压试验变压器、调压器调压器,以及,以及控制和保控制和保 护装置护装置等。等。高压试验变压器高压试验变压器工频高电压一般都通过试验变压器升压获得。试验工频高电压一
24、般都通过试验变压器升压获得。试验变压器要求变压器要求具有足够的额定电压和容量具有足够的额定电压和容量输出的电压波形没有畸变输出的电压波形没有畸变介电强度试验介电强度试验第第30页页试验设备与装置试验设备与装置试验变压器的电压试验变压器的电压电压等级,根据试样的试验电压等级来选定电压等级,根据试样的试验电压等级来选定绝缘材料绝缘材料50100kV绝缘结构绝缘结构1000kV试验变压器单台容量:试验变压器单台容量:国内:国内:750kV国外:国外:1000kV超过单台变压器额定电压,采用多台变压器串接以超过单台变压器额定电压,采用多台变压器串接以获得更高的试验电压获得更高的试验电压介电强度试验介电
25、强度试验第第31页页高压试验变压器高压试验变压器江江苏苏扬扬州州工工频频高高压压试试验验变变压压器器介电强度试验介电强度试验第第32页页调压器调压器三相感应式调压器三相感应式调压器三相自耦式调压器三相自耦式调压器介电强度试验介电强度试验第第33页页控制与保护装置控制与保护装置工频耐压试验的控制与保护装置工频耐压试验的控制与保护装置介电强度试验介电强度试验第第34页页试验变压器的串接试验变压器的串接串接的级数增加,输出的串接的级数增加,输出的电压增高,但设备的利用率电压增高,但设备的利用率降低,而且内阻抗增大,因降低,而且内阻抗增大,因此也不宜采用过多的级数,此也不宜采用过多的级数,目前最多的是
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