電氣介電強度|交直流介電擊穿電壓測定儀

電氣介電強度|交直流介電擊穿電壓測定儀

介電強度

一、概述：

1、定義：絕緣材料或結構，在電場作用下瞬間失去絕緣特性，造成電極間短路，稱為電氣擊穿。絕緣材料或結構發生擊穿時所加的電壓稱為擊穿電壓，擊穿點的場強稱為擊穿場強。

式中：EB—擊穿場強（MV/mm）;UB—在規定試驗條件下，兩極間的擊穿電壓(MV或KV);d—兩電極間擊穿部位的距離，即試樣在擊穿部位的厚度（m或mm）

閃絡：--指高壓電器(如高壓絕緣子)在絕緣表面發生的放電現象,稱為表面閃絡,簡稱閃絡.

絕緣閃絡： 絕緣材料在電場作用下，尚未發生絕緣結構的擊穿時，在其表面或與電極接觸的空氣(離子化氣體)中發生的放電現象，稱為絕緣閃絡。

二、影響介電強度的因素：

1、電壓波形 直流、工頻正弦及沖擊電壓下，擊穿機理不同，所測的擊穿場強也不同，工頻交流電壓下的擊穿場強比直流和沖擊電壓下的低得多。

2、電壓作用時間，無論電擊穿還是熱擊穿都需要時間，隨著加壓時間的增長，擊穿電壓明顯下降。

3、電場的均勻性及電壓的極性，電場不均勻往往測得的電壓比本征擊穿值低。

4、試樣的厚度與不均勻性 試樣的厚度增加，電極邊緣電場就更不均勻，試樣內部的熱量更不易散發，試樣內部的含有缺陷的幾率增大，這些都會使擊穿場強下降。

5、環境條件  試樣周圍的環境條件，如溫度、濕度以及壓力等都會影響試樣的擊穿場強；溫度升高，通常會使擊穿場強下降；濕度增大，會使擊穿場強下降；氣壓對擊穿場強的影響，主要是對氣體而言。氣壓高，擊穿場強升高；但接近真空時，也會使擊穿場強升高。另外還有：時間、輻射、機械力、電極材料及極性效應。

三、擊穿機理：

1氣體介質擊穿

1）撞擊游離：氣體介質在電場中，由于受輻照、電能、熱能等因素的作用，總會存在少量的離子和電子。

這些帶電質點在電場中運動過程中必然和氣體的分子或原子相撞，如果帶電粒子的能量大于分子或原子的電離能，則可能由于碰撞時能量的交換而使分子或原子產生電離（即使帶電粒子的能量小于電離能，經過多次碰撞也可能使分子發生電離）。氣體分子電離之后，放出的電子又在電場中加速碰撞其它的分子或原子使之產生電離，因此電子 的總數越來越多形成電子崩。同時由于離子的質點大，速度慢，而集聚在陰極的附近，造成陰極附近的電場強度增高，使電子 不斷從陰極被拉出，源源不斷地投入氣體中，這就形成 了自持放電即氣體擊穿。這種擊穿理論是符合低氣壓短間隙（電極間的距離近）的氣體擊穿。

2）流柱理論：在長間隙、高氣壓中的放電，除了撞擊之外，形成放電發展的主要因素是光游離。在電子崩發展到一定階段后，電子崩的前部的離子復合增強，而復合時放出的光子又引起周圍氣體電離，于是又形成新的電子崩，這樣在電子崩之間呈成為電子離子的混合通道，這個混合通道稱為流柱。

3）在均勻和不均勻電場中氣體的擊穿電壓，在均勻電場中，氣體擊穿電壓與氣體起始電離電壓相近。擊穿電壓與氣體壓力和電極間的距離的乘積成相關。這種關系規律稱巴申定律。在不均勻電場中，氣體的擊穿電壓將高于氣體起始電離擊穿電壓，因電場ZUI強的地方總首先開始局部電離放電，之后才逐漸擴大放電范圍，直到放電貫穿兩電極

時才發生擊穿。

2、液體介質的擊穿

1）小橋理論：在液體介質中，含有的各種雜質，如灰塵、纖維、水分等，這些雜質在電場的作用下產生極化并沿著電場方向排列起來，移向電場強度高的地方連成小橋，而使電場發生畸變。造成擊穿電場下降。2）撞擊游離 和氣體電離的理論類似。不過由于液體中分子間的距離比氣體小得多，電子在兩次碰撞間的自由行程也短得多，因此，要獲得足夠的能量就要需要更高的電場強度，這說明液體的擊穿場強比氣體高的多。

3、固體材料的電擊穿理論 固體材料的本征擊穿場強比液體材料高得多，一般在50-150兆伏/米由于固體材料聚集很緊，電子在其中的運動就不能簡單地看作單個電子與單個分子或原子相碰撞，而是受周圍許多分子或原子對它的制約。如電子通過晶格時，受晶格質點振動的影響，使運動狀態發生變化，同時也發生能量的轉移，這過程稱散射。當電子的獲得的能量大于損失的能量時，電子就不斷被加速，就會導致擊穿發生。從這點出發提出兩種最主要的電擊穿理論：其一，弗羅利赫（Frohlich）理論，另一個是希伯爾理論。此外，還有許多電擊穿理論，如場致發射擊穿理論，電機械應力破壞理論。

4、固體介質的熱擊穿理論   介質的擊穿因熱因素起決定作用的引起的破壞稱為熱擊穿。

5、局部放電導致擊穿  材料擊穿發生在局部，而沒有貫穿到兩電極之間，這種現象稱為局部放電。

電氣介電強度|交直流介電擊穿電壓測定儀-電氣強度試驗的常見問題和誤解

電氣強度試驗是電氣安全領域一項最為基本且十分重要的試驗項目，它主要檢驗涉電產品中對電的防護和隔離的絕緣性能。在長期工作實踐中發現，行業中許多從業人員對電氣強度試驗的相關概念、要求存在誤解和疑問，同時還有一些行業標準中也存在著明顯的概念性錯誤。

電氣強度試驗是檢查電子電器產品絕緣性能優劣的一種重要手段。在電氣強度試驗前，需對試驗電壓、試驗時間和漏電流值進行設定，以判斷被測試的樣品是否滿足相應標準規定的要求，而試驗電壓如何施加，試驗時間如何計算，判定電流如何設定這三個問題是影響電氣強度試驗結果的重要因素，而不同的產品標準對這三個問題的描述或規定略有不同。

1電氣強度試驗的常見問題和誤解

1.1超過跳閘電流（GB/T17627.1標準中稱為脫扣電流）不意味著擊穿

電氣強度試驗過程中通常依據執行標準，需要在試驗儀上設定跳閘電流值，常見的跳閘電流值為10mA、100mA。跳閘電流主要用于防止試驗過程中產生過大的漏電流而產生破壞性危險，當漏電流值超過設定值時，試驗儀就會發生跳閘現象，使試驗電路自動脫開，從而使電極間不再有電壓輸出。那么，問題在于：標準要求試驗期間不應出現擊穿現象，發生跳閘是否就是出現了擊穿現象？如果不是，是否滿足標準要求？解答如上疑問，首先應了解什么是擊穿。擊穿是指在電場作用下絕緣物內部產生破壞性的放電，絕緣電阻下降，電流增大，并產生破壞和穿孔的現象。當擊穿發生時，由于絕緣電阻的變化，電流和電壓則呈現出非線性變化的現象，而且在這種變化中，電流的增速遠大于電壓的增速。擊穿其實就是一種在絕緣體內發生破壞性放電的情況。絕緣的擊穿受絕緣體材質、狀態、環境溫濕度等多種因素的影響。顯然，擊穿和漏電流導致的跳閘沒有直接的關系。即使試驗期間發生了由于漏電流值超過了跳閘電流設定值而導致試驗電路脫開，也不意味著絕緣真的被擊穿。但是標準規定的跳閘電流值是試驗期間漏電流的上限值，漏電流過大則表明絕緣是不充分的，存在著安全隱患。因此，出現這種情況時，視同為擊穿，也不能滿足標準要求。

1.2電氣強度試驗儀容許偏差的問題

電氣強度試驗儀是我國強制性檢定的測量裝置，根據其檢定規程的要求，其準確度等級為5級，表明最大允許誤差為5%。生產企業用于生產過程檢驗的電氣強度試驗儀都要經過強制性檢定，檢定部門對于滿足檢定規程要求的試驗儀頒發檢定證書。那么滿足檢定規程的電氣強度試驗儀是否符合家電產品標準GB4706.1中電氣強度測試的要求呢？問題的關鍵在于5%的偏差是否滿足GB4706.1的標準要求。GB4706.1標準中13.3引用的GB/T17627.1標準規定，在產品標準中的規定值與測量到的試驗電壓值之間允許有±3%的偏差。如此，對于滿足準確度5級檢定規程的電氣強度試驗儀還需做進一步判斷，看其是否滿足±3%的偏差要求。只有滿足電壓規定值與測量值之間偏差在±3%的電氣強度試驗儀才滿足GB4706.1中電氣強度測試的要求。

1.3常用工廠出廠檢驗方法與產品標準方法的差異

電氣強度試驗是涉電產品生產企業出廠檢驗的常規基本檢驗項目，只不過出廠檢驗的電氣強度試驗與產品標準規定的試驗方法存在著較大不同。第一，試驗電壓值可能不一樣，出廠檢驗的試驗電壓通常大于或等于標準電壓；第二，試驗中設定的跳閘電流不一樣，出廠檢驗時的跳閘電流會設定得較低，常見的出廠檢驗的跳閘電流為5mA；第三，承受電壓時間不一樣，出廠檢驗通常采用1s，而標準一般要求1min；第四，試驗部位不同，出廠檢驗根據生產的需要一般只對產品的表面進行測試，而標準規定需要對器具的整個絕緣系統進行測試。出廠檢驗的主要作用是在生產線上快速地篩選出可能因品質或裝配引起的質量不過關的產品，是從產品生產過程質量控制角度出發的，然而長時間對絕緣施加高電壓對絕緣本身是一種傷害。因此在生產線上需要采用一種快速等效的方式進行。而產品標準中的電氣強度試驗是一種從產品設計、結構等全面分析質量出發的要求。因此，電氣強度的出廠檢驗與產品標準規定方法會有差異，千萬不能混為一談，要注意不能簡單地將出廠檢驗的方法作為產品標準的規定方法來使用。

1.4絕緣電阻值≠電氣強度電壓÷漏電流

大多數涉電產品標準中都有絕緣電阻測量的要求，在一些標準中我們發現絕緣電阻的測量是通過在電氣強度試驗時用電壓除以漏電流的方式而計算得出的。不可否認電氣強度電壓與漏電流之間確實受到絕緣體的電阻因素影響，但是絕緣電阻的測量不應該簡單利用電氣強度試驗而得出。電氣強度試驗是一種高電壓的試驗，在高電壓電場下，即使絕緣沒有被擊穿，也可能會發生部分放電的損壞情況，所以利用電氣強度試驗測量絕緣電阻的方式并不合理。另外絕緣電阻受到材料、溫度、濕度、污損等各種因素的影響，利用高壓電場會產生較高的電流，從而導致各種因素的影響加大（如絕緣表面溫度增加），不利于絕緣電阻的測試。

2試驗誤判原因

電氣強度試驗使用耐壓儀，施加試驗電壓在絕緣端間，同時監測回路電流。當回路電流增大并超過設定閾值后，耐壓儀報警表示絕緣擊穿。因此，耐壓儀性能高低和檢測員經驗多寡，將影響試驗結果判定。以下介紹幾種常見的試驗誤判案例。

誤判案例1：二次/多次試驗

電氣強度試驗是一種高壓試驗，對絕緣有損傷。如果使用過高電壓試驗后，再降低到正確電壓考核，即使二次試驗結果失敗也不可以進行判定。因為絕緣已經受損，不可以繼續考核，應當更換全新設備重新試驗。

誤判案例2：報警閾值過小

電流不受控地急劇增加是判定電氣強度試驗結果的關鍵指標，而不是單純依賴耐壓儀的報警提示。假設耐壓儀設定閾值是10mA，試驗中回路電流高于10mA時耐壓儀報警，此時不能盲目地判定。應該考慮提高閾值，象提高到50mA或更高進行試驗，觀察回路電流是否會不受控地增加。設備內如有大量電容，其產生的高漏電流可能會觸發交流電壓試驗閾值報警，如果能夠確認是電容影響，允許更換直流電壓試驗。

誤判案例3：放電保護器件響應

防雷保護等壓敏器件在進行電氣強度試驗時會出現主動短路放電，使設備后級電路不受過壓沖擊。由于短路放電現象與電擊穿非常相似，容易誤判。當遇到擊穿電壓始終是固定數值時（壓敏器件響應電壓是定值），應引起注意，拆機檢查是否有壓敏器件，如有則開路它們再進行試驗。

誤判案例4：耐壓儀輸出容量不足導致回路電流小，無法達到報警閾值，容易誤判。因此，許多電子產品標準都規定了耐壓儀短路輸出電流至少要達到200mA，保證其輸出容量足夠進行試驗。

結語

由于一些絕緣性不好的電子產品容易危及到用戶人身財產安全，因此，電氣強度檢測人員必須全面掌握電氣強度實際試驗中設備與試驗要求，才可以有效考核電子產品絕緣的性能，嚴格控制產品質量，為用戶人身財產安全提供有效的保障。