絕緣材料擊穿電壓測試儀ASTM D149美標(biāo)翻譯

在工業(yè)頻率下固體電氣絕緣材料的擊穿電壓

和絕緣強度的標(biāo)準(zhǔn)測試方法1

本標(biāo)準(zhǔn)是以固定代號D149發(fā)布的。其后的數(shù)字表示原文本正式通過的年號；在有修訂的情況下，為上一次的修訂年號；圓括號中數(shù)字為上一次重新確認(rèn)的年號。上標(biāo)符號（ε）表示對上次修改或重新確定的版本有編輯上的修改。

本標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)批準(zhǔn)被國防部機構(gòu)采用。

耐電壓擊穿試驗儀1. 范圍

1.1 該試驗方法覆蓋了在工業(yè)頻率下，即所規(guī)定的特定條件下，測定固體絕緣材料絕緣強度的流程。2，3

1.2 除非另有說明，否則本測試的規(guī)定頻率為60Hz。但是，該測試方法同樣可以應(yīng)用于25到800Hz的條件下。如果頻率大于800Hz，那么將產(chǎn)生介質(zhì)加熱的問題。

1.3 本測試方法將與其他ASTM標(biāo)準(zhǔn)或涉及該試驗方法的其他標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合使用。本方法的參考文獻中將詳細說明所使用的具體標(biāo)準(zhǔn)（參見5.5）。

1.4 本方法可以應(yīng)用于各種溫度，以及適宜的氣相或液相環(huán)境介質(zhì)。

1.5 本方法不能用于測定在本測試條件下為液態(tài)的絕緣材料。

1.6 本方法不能用于測定本征絕緣強度，直流電絕緣強度，或是電應(yīng)力條件下的熱失效（參考測試方法D3151）。

1.7 本測試方法zui常用于測定擊穿電壓與試樣厚度的關(guān)系（擊穿）。也能測定擊穿電壓與固體試樣表面情況以及氣相或液相環(huán)境介質(zhì)的關(guān)系（閃絡(luò)）。如果加上第12條的修改說明，本測試方法還能用于驗證試驗。

1.8 本測試方法與電工協(xié)會（IEC)出版的243-1標(biāo)準(zhǔn)類似。本方法中的所有流程包含在IEC 243-1標(biāo)準(zhǔn)中。本方法和IEC 243-1主要是在編輯上有所區(qū)別。

1.9 本標(biāo)準(zhǔn)并沒有*列舉所有的安全聲明，如果有必要，根據(jù)實際使用情況進行斟酌。使用本規(guī)范前，使用者有責(zé)任制定符合安全和健康要求的條例和規(guī)范，并明確該規(guī)范的使用范圍。具體的危害將在第7部分中闡述。也可以參見6.4.1節(jié)。

耐電壓擊穿試驗儀2. 引用文件

2.1 ASTM標(biāo)準(zhǔn)：4

D374  固體電絕緣體厚度的測試方法（2013年取消）5

D618  試驗用調(diào)節(jié)塑料操作規(guī)程

D877  用圓盤電極測定電絕緣液體介電擊穿電壓的試驗方法

D1711  電絕緣相關(guān)術(shù)語

D2413  用液體介質(zhì)浸漬的絕緣紙和紙板的制備規(guī)程

D3151  在電氣應(yīng)力下固體電氣絕緣材料的熱失效的測試方法（2007年取消）5

D3487  在電設(shè)備中使用的礦物絕緣油的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

D5423  強制對流試驗爐中的電氣絕緣評估規(guī)范

2.2 IEC標(biāo)準(zhǔn)

出版物243-1  固體絕緣材料介電強度的試驗方法—第1部分：在工業(yè)頻率下測試6

2.3 ANSI標(biāo)準(zhǔn)

C68.1  絕緣測試技術(shù)，IEEE標(biāo)準(zhǔn)號4 7

1 本試驗方法在ASTM委員會D09（電子和電氣絕緣材料）的管轄范圍內(nèi)，D09.12分會（電學(xué)試驗）負(fù)直接責(zé)任。

本版本于2013年4月1日被批準(zhǔn)，2013年4月出版。首版于1922年被批準(zhǔn)。上一版為D149-09于2009年被批準(zhǔn)。 DOI: 10.1520/D0149-09R13。

2 Bartnikas, R., 第3章, “高電壓測量,” 固體絕緣材料的電學(xué)性能,測量技術(shù), 第IIB卷, 工程電介質(zhì), R. Bartnikas, Editor, ASTM STP 926, ASTM, Philadelphia, 1987。

3 Nelson, J. K., 第5章, “固體的電介質(zhì)擊穿,” 固體絕緣材料的電學(xué)性能: 分子結(jié)構(gòu)和電學(xué)行為, 第IIA??, 工程電介質(zhì), R. Bartnikas和R. M. Eichorn,Editors, ASTM STP 783, ASTM, Philadelphia, 1983。

4 對于參照的ASTM標(biāo)準(zhǔn)，請查看ASTMwww.astm。。ｏｒｇ，或ASTM客戶中心，郵件：[email protected]。對于ASTM標(biāo)準(zhǔn)卷冊的信息，參看ASTM的標(biāo)準(zhǔn)文件摘錄頁。

5 該歷史標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)版本見www.astm。。ｏｒｇ。

6 可從電工學(xué)協(xié)會（IEC）獲得，地址：3 rue de Varembé, Case postale 131, CH-1211, Geneva 20, Switzerland, http://www.iec.ch。

7可從美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 (ANSI)獲得，地址：25 W. 43rd St.,4th Floor, New York, NY 10036, http://www.ansi。。ｏｒｇ。

耐電壓擊穿試驗儀3. 術(shù)語

3.1 定義：

3.1.1 介質(zhì)擊穿電壓（電擊穿電壓），名詞：使得位于兩個電極之間的絕緣材料失去介電性能的電勢差（參見附錄X1）。

3.1.1.1 討論一介質(zhì)擊穿電壓有時也簡稱“擊穿電壓”。

3.1.2 介電失效（在測試中），名詞：指在測試限制的電場條件下，能夠持久由介電電導(dǎo)率上升所證明的情況。

3.1.3 絕緣強度，名詞：指在測試的特定條件下，使得絕緣材料介電失效時的電壓梯度。

3.1.4 電氣強度，名詞：參見絕緣強度。

3.1.4.1 討論一在上，“電氣強度”更常用些。

3.1.5 閃絡(luò)，名詞：指發(fā)生在絕緣體或絕緣體周圍介質(zhì)的破壞性電火花，不一定對絕緣體產(chǎn)生*損害。

3.1.6 其他與固體絕緣體材料相關(guān)術(shù)語的定義，參見術(shù)語D1711。

耐電壓擊穿試驗儀4. 測試方法概要

4.1 在工業(yè)電頻率條件下（如無特殊說明，則為60Hz），對測試樣品采用不同的電壓。以使用電壓所描述三種方法中的一種，將電壓從0或從低于擊穿電壓的恰當(dāng)電壓開始，升高到測試樣品發(fā)生介電失效為止。

4.2 大多數(shù)情況下，在測試樣品的兩邊安裝簡單的測試電極，以進行電壓測試。測試樣品可以是模制的，也可以是鑄造的，或是從扁平薄板或厚板上切割下來的。也可以使用其他的電極或樣品結(jié)構(gòu)以適應(yīng)樣品材料的幾何形狀，或是模擬正在被評估材料的特定用途。

耐電壓擊穿試驗儀5. 意義和使用

5.1 電絕緣??料的絕緣強度是決定材料可以在何種條件下使用的關(guān)鍵性能。在很多情況下，材料的絕緣強度是所使用裝置設(shè)計的決定性因素。

5.2 本方法中介紹的測試，將用于提供部分所需的信息，以判斷材料在一定應(yīng)用條件下的適用性；當(dāng)然也能用于檢測由于流程的變化，老化的程度，或是其他制造或環(huán)境條件而造成的變化或是與正常特征的偏差。該測試方法可以有效地應(yīng)用于流程控制，驗證或研究測試。

5.3 本測試方法所獲得的結(jié)果，很少能直接用于實際使用材料介電性能的判斷。在大多數(shù)情況下，還需要對其他功能測試和/或?qū)ζ渌牧蠝y試所獲得的結(jié)果進行比較，以估計出它們對特定材料的影響，才能進行評價。

5.4 在第12章中將具體說明三種電壓使用方法。方法A，快速測試；方法B，逐步測試；方法C，慢速測試。方法A常用于質(zhì)量控制測試。較費時的方法B和C通常給出較低的結(jié)果，但在對不同材料進行相互比較時，它們所給出的結(jié)果更有說服力。如果可以安裝電動電壓控制器，那么慢速測試法將比逐步測試法更簡單，也更常用。方法B和C所獲得的結(jié)果可以相互比較。

5.5 詳細說明本測試法的文件如下：

5.5.1 電壓應(yīng)用的方法。

5.5.2 如果是慢速測試法，應(yīng)說明電壓的增速。

5.5.3 測試樣品的選擇，準(zhǔn)備和調(diào)整。

5.5.4 測試時的環(huán)境介質(zhì)和溫度。

5.5.5 電極。

5.5.6 在可能的情況下，電流傳感元件失效的標(biāo)準(zhǔn)，以及，

5.5.7 以及任何與推薦流程的偏差。

5.6 如果5.5所列要求沒有出現(xiàn)在說明文件中，可按以下推薦進行處理。

5.7 如果5.5所列的條目沒有詳細說明，那么就是在參考就不充分條件下進行測試，則測試不符合本方法的要求。如果5.5所列的條目沒有獲得嚴(yán)格控制，那么就無法實現(xiàn)15.2和15.3所陳述的精度。

5.8 電流傳感元件失效標(biāo)準(zhǔn)（電流設(shè)定和反應(yīng)時間）的變化將明顯影響測試結(jié)果。

5.9 附錄X1包含了對絕緣強度測試顯著性更為復(fù)雜的討論。

耐電壓擊穿試驗儀6. 裝置

6.1 電壓源—由變化正弦低壓電源通過升壓變壓器提供測試電壓。作為電壓源的變壓器及相關(guān)的控制應(yīng)具有以下功能：

6.1.1 電壓峰值與電壓有效值的比率應(yīng)等于(1.34到1.48)，對于電路中的測試樣品，所有的電壓都應(yīng)大于擊穿電壓的50%。

6.1.2 電壓應(yīng)具有滿足維持到擊穿電壓的能力。對于大多數(shù)的材料來說，使用與表1所示電極相似的電極，輸出電流強度為40mA就可以了。對于更復(fù)雜的電極結(jié)構(gòu)，或是對于高損耗測試材料，則需要更高的電流。對于大多數(shù)測試來說，電源需要在測試低電容的0.5kVA，10kV到5kVA，100kV的范圍內(nèi)變化。

表1  用于不同絕緣材料絕緣強度測試的典型電極A

A 在ASTM標(biāo)準(zhǔn)中，這些電極都是zui常被或是被參考使用的。除了5型電極外，不建議將電極用于平面材料以外材料。ASTM使用的其他電極或是買賣雙方都認(rèn)可但本表中未列出的其他電極也適于對測定材料進行評測。

B 電極通常采用黃銅或不銹鋼制造。應(yīng)參考控制被測材料的標(biāo)準(zhǔn)，以確定材料是否合適。

C 電極表面應(yīng)拋光并清除上次測試留下的雜物。

D 參考恰當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，以確定所安裝上側(cè)電極的負(fù)載力。除非另有說明，否則上側(cè)電極應(yīng)重50±2g。

E 參考恰當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，以確定適當(dāng)間距的梯度。

F IEC出版物243-1給出了6型電極，以測定平板材料。對于電極的同心度來說，他們沒有1型和2型電極那么重要。

G 只要測試樣品圓形邊緣的內(nèi)側(cè)直徑大于15mm，也可使用其他直徑。

H 7型電極，即注G中所描述的電極，由IEC出版物243-1給出，測量時應(yīng)平行與表面。

6.1.3 根據(jù)12.2，對可變低壓源的控制可以改變電源的壓力，使得合成的測試電壓流暢，均勻，沒有超量或是瞬變。在任何環(huán)境下，都不允許峰值電壓超過顯示電壓有效值的1.48倍。電機驅(qū)動控制器更適合于進行快速測試（參見12.2.1）或慢速測試（參見12.2.3)。

6.1.4 在電源上安裝可以在三個周期內(nèi)運行的切斷設(shè)備。該設(shè)備將電壓源設(shè)備與電源設(shè)備切斷，以保護電壓源不受試樣擊穿造成設(shè)備過載的影響。如果破裂后保持持續(xù)的電流，將造成測試樣品不必要的燃燒，電極的點蝕并污染液體環(huán)境介質(zhì)。

6.1.5 斷路設(shè)備應(yīng)具有位于次級升壓變壓器上可以調(diào)節(jié)電流的檢測元件，以便根據(jù)測試樣的性質(zhì)進行調(diào)整和排列，以檢測試驗電流。設(shè)置檢測元件以應(yīng)對12.3所定義的測試樣擊穿電流。

6.1.6 電流設(shè)置對測試結(jié)果具有重大影響。設(shè)置應(yīng)足夠高，使得短暫電壓，例如局部放電，無法通過斷路器，如果不夠高，將擊穿過度燃燒的測試樣，并造成電極的損壞。優(yōu)化的電流設(shè)置并不能適用于所有的測試樣，這有賴于材料的具體使用情況以及測試的目的，有必要以多個電流設(shè)置對所給測試樣進行測試。電極區(qū)域?qū)﹄娏鞯脑O(shè)置選擇具有重大的影響。

6.1.7 測試樣電流感應(yīng)元件應(yīng)位于升壓變壓器的前端。按測試樣電流校準(zhǔn)電流檢測刻度。

6.1.8 應(yīng)小心設(shè)置電流控制響應(yīng)。如果控制設(shè)置得太高，在擊穿發(fā)生時，將不會產(chǎn)生響應(yīng)。如果設(shè)置得太低，就會對漏電電流，電容電流或局部放電電流（電暈）產(chǎn)生響應(yīng)，或在檢測元件位于前端時，對升壓變壓器的磁化電流產(chǎn)生響應(yīng)。

6.2 電壓測量—備有電壓表以測定測試電壓有效值。應(yīng)采用可以讀取峰值的電壓計，將讀數(shù)除以即為有效值。電壓測量電路的總體誤差不能超過測量值的5%。另外，無論采用何種速度，電壓計響應(yīng)時間的滯后率不得超過全程的1％。

6.2.1 通過將電壓計或潛在變壓器連接到測試樣電極上，或連接到變壓器上獨立的電壓計線圈上，以測定電壓。后一種連接方式將不會影響升壓變壓器的負(fù)載。

6.2.2 要求電壓計zui大可讀電壓要大于擊穿電壓，以便能夠準(zhǔn)確讀取和記錄擊穿電壓。

6.3 電極—對于給定的測試樣結(jié)構(gòu)，擊穿電壓還是會由于測試電極的幾何形狀以及安裝位置而產(chǎn)生相當(dāng)大的變化。出于這個原因，在該測試方法時，應(yīng)說明所使用的電極，并在報告中進行說明就顯得很重要了。

6.3.1 參考本測試方法的文件詳細說明了表1中所列的電極。如果沒有詳細說明的電極，那么應(yīng)從表1中挑選合適的電極，或在由于被測試材料的性質(zhì)或結(jié)構(gòu)而無法使用標(biāo)準(zhǔn)電極的情況下，采用雙方都認(rèn)可的其他電極。一些特殊電極的例子，可以參見附錄X2。無論何種情況，都應(yīng)在報告中說明所采用的電極。

6.3.2 表1中的1到4型及6型電極的整個平面都應(yīng)與測試樣相接觸。

6.3.3 采用7型電極測試的測試樣，在測試中應(yīng)處于電極內(nèi)，其到電極邊緣的距離不得少于15mm。在大多數(shù)情況下，使用7型電極進行測試時，其電極表面應(yīng)處于垂直位置。水平放置電極的測試不能與垂直放置電極的測試進行直接比較，尤其對于在液相環(huán)境介質(zhì)進行的測試。

6.3.4 保持電極表面的清潔和光滑，清除先前測試所留下的雜物。如果電極表面粗糙，則應(yīng)及時更換電極。

6.3.5 對電極的初次生產(chǎn)和隨后的表面重修應(yīng)維持電極的特定結(jié)構(gòu)以及光潔度，這是非常重要的。電極表面的平整度和表面光潔度應(yīng)保證電極的整個區(qū)域都能與測試樣緊密接觸。在測試非常薄的材料時，表面光潔度將尤為重要，這是由于電極不恰當(dāng)?shù)谋砻鏁y試材料產(chǎn)生物理損壞。表面重修時，不能改變電極表面與特定邊緣半徑之間的過渡。

6.3.6無論在大小或形狀上有多大的差別，位于zui低應(yīng)力集中處的電極，通常是比較大的且具有zui大半徑的那一個，應(yīng)具有接地電位。

6.3.7 在一些特定的液相金屬電極中，將使用電極箔，金屬球，水或?qū)щ娡繉与姌O。應(yīng)該認(rèn)識到這造成了所得結(jié)果與其他類型電極所獲得的結(jié)果之間存在很大的不同。

6.3.8 由于電極對測試結(jié)果的影響，常常會得到一些額外的信息，以至于需要對多種電極進行測試才能了解一個材料（或一組材料）的絕緣性能。這對于研究測試尤為具有價值。

6.4 環(huán)境介質(zhì)—有關(guān)本測試法的文件應(yīng)說明環(huán)境介質(zhì)和測試溫度。為了避免閃絡(luò)以及使擊穿前局部放電的影響zui小化，即使是對于快速測試，應(yīng)更傾向于甚至是必須在絕緣液中進行測試（參見6.4.1）。絕緣液中獲得的擊穿值不能與空氣中獲得的值進行比較。絕緣液的性質(zhì)和前次使用的程度也會影響測試的結(jié)果。在某些場合，在空氣中進行測試，需要大量的測試樣，或者會在擊穿前，造成嚴(yán)重的表面放電以及燒蝕。一些在空氣中測試的電極系統(tǒng)應(yīng)在電極周圍包上壓力墊片以防止閃絡(luò)。電極周圍墊片或封條的材料將影響擊穿電壓值。

6.4.1 如果在絕緣油中進行測試，應(yīng)提供適當(dāng)大小的油池。（注意—在測試電壓高于10kV時，并不推薦使用玻璃容器，因為擊穿所釋放出來的能量足以擊碎容器。而金屬池必須進行接地）。

    推薦使用滿足標(biāo)準(zhǔn)D3487中I型或II型的礦物油。根據(jù)測試法D877所測定的結(jié)果，其擊穿電壓至少為26kV。如果另有說明，也可以將其他絕緣液用作環(huán)境介質(zhì)。這些絕緣油包括硅油和其他用于變壓器，斷路器，電容或電纜的液體，但不限于此。

6.4.1.1 絕緣油的性質(zhì)對測試結(jié)果具有一定的影響。如上所述，除了擊穿電壓，在測試較?。ㄐ∮?5μm（千分之一寸）的測試樣）時，污染物尤其重要。根據(jù)油和測試材料的性質(zhì)，其他的特性如溶解氣體含量，水含量以及油的損耗因子都對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。經(jīng)常更換絕緣油，或使用過濾器和其他修復(fù)設(shè)備有利于減小絕緣油性能變化對測試結(jié)果的影響。

6.4.1.2 從不同電學(xué)性能液體中測得的擊穿值通常不能進行比較。（參見Xl.4.7）如果在不同于室溫的條件下進行測試，應(yīng)通過加熱或冷卻液體確保均勻的溫度。在一些情況下，可以將絕緣池放入加熱箱（參見6.4.2）中以控制溫度。如果要強制循環(huán)液體，應(yīng)防止氣泡進入到液體中。除非另有說明，否則電極上的測試溫度應(yīng)維持在±5℃以內(nèi)。在很多情況下，應(yīng)說明測試樣將在絕緣油中進行測試，測試樣在測試前已浸入絕緣油中并且未從絕緣油中取出（參見操作規(guī)程D2413）。對于這些材料，絕緣池的設(shè)計應(yīng)保證測試樣在測試前不得暴露于空氣當(dāng)中。

6.4.2 如果在其他環(huán)境溫度或濕度下進行空氣中的測試，應(yīng)準(zhǔn)備加熱箱和濕度控制室。加熱箱應(yīng)滿足D5423標(biāo)準(zhǔn)的要求，并能確保測試電壓適于使用的溫度。

6.4.3除了在空氣以外，在其他氣體中進行測試也要求使用可以排除或充滿測試氣體的控制室，這些控制室通常還要控制壓力。由所進行測試項目的性質(zhì)決定控制室的設(shè)計。

6.5 測試室—進行測試的測試室或測試區(qū)域應(yīng)具有充足的空間以容納測試設(shè)備，并備有互鎖設(shè)備，以防止接觸到任何帶電部件。電壓源，測量設(shè)備，池或加熱箱，以及電極的許多不同的物理安排都是可能的，但有三條是必須的（1）所有進出帶電部件區(qū)域的門或倉門都必須互鎖，以便在開始測試時切斷電壓源；(2)應(yīng)盡可能的清除干凈，使得電極表面和測試樣之間沒有扭曲的區(qū)域，測試電極之間不會發(fā)生閃絡(luò)和局部放電（電暈）；以及(3)在測試之間測試樣的插入和替換都應(yīng)盡可能的簡單便捷。在測試中常常需要對電極和測試樣進行目測。

耐電壓擊穿試驗儀7. 危害

7.1 注意—在本測試中將會出現(xiàn)致命的電壓。有必要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計并安裝測試設(shè)備和所有與之電氣連接的設(shè)備，以保證安全操作。在測試中任何人都接觸的導(dǎo)電部件都應(yīng)穩(wěn)固的放在地上。在測試完成時，應(yīng)采取措施置于地上的部件包括：（a）在測試中處于高壓條件下的部件，（b）在測試中獲得感應(yīng)電荷的部件，或（c）即使在斷開與電壓源的連接后仍具有電荷的部件。通過指導(dǎo)讓所有的操作員以恰當(dāng)?shù)姆绞桨踩倪M行測試。在進行高壓測試時，尤其是在壓縮氣體或是在油中進行時，擊穿所產(chǎn)生的能量足以引發(fā)大火，爆炸或測試室的破裂。設(shè)計測試設(shè)備，測試室和測試樣，以減小發(fā)生此類事故的可能性并消除人員傷亡的可能性。

7.2 警告—在高濃度條件下，臭氧將危害生理健康。由政府部門設(shè)定臭氧接觸極限，這通常是以美國政府工業(yè)衛(wèi)生工作者會議8的推薦值為基礎(chǔ)。在電壓高到足以在空氣或其他含有氧

8 可從美國政府工業(yè)衛(wèi)生工作者會議(ACGIH)獲得，地址：1330 Kemper Meadow Dr., Cincinnati, OH 45240, http://www.acgih。。ｏｒｇ。

氣的大氣中產(chǎn)生局部或*放電時，將產(chǎn)生臭氧。在低濃度時，臭氧就具有了特殊的氣味，

但是持續(xù)的吸入臭氧會造成對臭氧暫時失去知覺。正因為如此，當(dāng)持續(xù)出現(xiàn)臭氧的氣味或是一直存在臭氧產(chǎn)生的條件時，采用工業(yè)監(jiān)控設(shè)備測量大氣中的臭氧濃度就十分重要了。采用恰當(dāng)?shù)姆椒?，例如排氣口，可以將工作區(qū)域內(nèi)的臭氧濃度降至可以接受的水平。

耐電壓擊穿試驗儀8. 取樣

8.1 對該材料的說明中應(yīng)定義詳細的取樣流程。

8.2 為了質(zhì)量控制的目的，在取樣時應(yīng)收集足夠的樣品以評估被測樣品的平均質(zhì)量和被檢批次的變化情況，為了使所取樣品不受時間的影響，應(yīng)在實驗室或其他測試區(qū)域已經(jīng)開始準(zhǔn)備測試樣時進行取樣。

8.3 為了獲得zui可取的測試條件，需要從那些遠離材料中明顯缺損或是間斷的地方進行取樣。對于卷材，除非要對缺損或間斷的出現(xiàn)或鄰近進行調(diào)查，否則應(yīng)避免對外在的幾層進行取樣，例如卷材包的zui外層，或是緊鄰片或卷邊緣的材料。

8.4 取樣應(yīng)足夠大，以便能夠按特殊材料的要求進行各項測試（參見12.4）。

耐電壓擊穿試驗儀9. 測試樣

9.1 準(zhǔn)備和處理：

9.1.1 按照第8章的要求，從所選樣品中準(zhǔn)備測試樣。

9.1.2 如果要使用平滑表面的電極，在不進行實際表面加工的情況下，測試樣與電極接觸的表面應(yīng)盡可能具有平滑的平行面。

9.1.3 測試樣應(yīng)具有足夠的大小以防止在測試時發(fā)生閃絡(luò)。對于薄的材料，使用足夠大的測試樣將便于在一片測試樣上進行多次的測試。

9.1.4 對于較厚的材料（通常厚度在2mm以上），應(yīng)具有足夠的絕緣強度，以便在擊穿前出現(xiàn)閃絡(luò)或強烈的表面局部放電（電暈）。用于防止閃絡(luò)，或減少局部放電（電暈）的技術(shù)包括：

9.1.4.1 在測試時，將測試樣浸入到絕緣油中。環(huán)境介質(zhì)因素對擊穿的影響參見X1.4.7。對于那些沒有干燥且浸入到油中的測試樣以及那些按照D2413操作規(guī)程準(zhǔn)備的測試樣來說，這通常都是必要的（參見6.4)。

9.1.4.2 在測試的一側(cè)或兩側(cè)加工出一個凹槽或是鉆出一個平底的洞，以減少測試的厚度。如果采用不同的電極（如表1中的6型電極），那么只需加工一個表面，兩個電極中較大的一個應(yīng)與加工好的表面相連接。加工測試樣時要小心，以免對測試樣造成污染或機械損壞。

9.1.4.3 用封條或整流罩繞住于測試樣相連接的電極，以減少閃絡(luò)的發(fā)生。

9.1.5 不平的材料應(yīng)采用與樣品材料和幾何形狀相近的測試樣（和電極）進行測試。有必要按材料的說明確定對這些材料所使用的測試樣和電極。

9.1.6 無論材料的形狀如何，如果除了測試面對面的擊穿強度以外還要進行其他測試，則要在該材料的說明中指出所使用的測試樣和電極。

9.2 幾乎在所有的情況下，測試樣的實際厚度都很重要。除非另有說明，否則應(yīng)在測試后，測量擊穿點鄰近區(qū)域的厚度。應(yīng)在室溫條件下（25±5℃）進行測量，并根據(jù)D374測試法采取恰當(dāng)?shù)牧鞒獭?/span>

耐電壓擊穿試驗儀10. 校準(zhǔn)

10.1 在校準(zhǔn)測量時，測試樣應(yīng)處于通路狀態(tài)，并注意那些以6.2所給精度進行測量的電極電壓。

10.2 將一個獨立的校準(zhǔn)電壓表連接到測試電壓源的輸出端，以檢測測量設(shè)備的精度。校準(zhǔn)測量適用的這類電壓表示例為：具有可比精度的電極電壓表，分壓器，或電壓互感器。

10.3 在電壓大于12kV有效值（16.9kV峰值）時，應(yīng)用球隙校準(zhǔn)電壓測量設(shè)備的讀數(shù)。ANSI C68.1將詳細說明此種校準(zhǔn)的后續(xù)流程。

耐電壓擊穿試驗儀11. 調(diào)節(jié)

11.1 大多數(shù)固體絕緣體的擊穿強度都受到溫度和濕度的影響。因此在測試前，受此影響的材料應(yīng)用控制好的溫度和相對濕度進行平衡。對于這種材料，調(diào)節(jié)應(yīng)包括在參照本測試法的標(biāo)準(zhǔn)中。

11.2 除非另有說明。否則應(yīng)按D618操作規(guī)程進行后續(xù)流程。

11.3 對于許多材料來說，濕度對擊穿強度的影響要大于溫度的影響。對材料進行足夠長時間的調(diào)節(jié)，以使得測試樣同時達到濕度和溫度的平衡。

11.4 如果調(diào)節(jié)時導(dǎo)致測試樣表面出現(xiàn)凝結(jié)水，應(yīng)在測試前將測試樣表面擦干。通常這樣可以減少表面閃絡(luò)的可能性。

耐電壓擊穿試驗儀12. 流程

12.1 （注意：在開始任何測試前請參見第7章。）

12.2 電壓使用的方法：

12.2.1 方法A，快速測試法—如圖1所示，從零點到擊穿發(fā)生，以一定的增壓速度，將均勻的電壓施加到試驗電極上。除非另有說明，否則將采用快速測試法。

12.2.1.1 在確定增壓速度時，為了使增速包含在新的規(guī)定值中，對于給定的測試樣，應(yīng)選擇在10到20s內(nèi)就發(fā)生擊穿的增速。在某些場合，有必要進行1到2次的預(yù)測試，以確定增速。對于大多數(shù)材料而言，使用500V/s的增速。

12.2.1.2 如果文件參考本測試方法所的增速，那么即使擊穿時間偶然出現(xiàn)在10到20s的范圍之外，也應(yīng)繼續(xù)采用。如果出現(xiàn)這種情況，應(yīng)在報告中記錄下失效次數(shù)。

速率

(V/s)±20%

100

200

500

1000

2000

5000

圖1  快速測試法電壓示意圖

12.2.1.3 如果要進行一系列測試以比較不同的材料，應(yīng)采用相同的增速，盡量使平均時間保持在10到20s之間。如果擊穿時間不能保持在該范圍內(nèi)，應(yīng)在報告中說明。

12.2.2 方法B，逐步測試——以合適起始電壓施加到測試電極上，并按圖2所示，逐步增加電壓，直到發(fā)生擊穿。

12.2.2.1 從圖2中所列的表格，可以選擇起始電壓Vs，在快速測試中，此電壓應(yīng)接近試驗測定或預(yù)期擊穿電壓的50%。

12.2.2.2 如果起始電壓低于圖2所列的電壓，建議以起始電壓的10%作為逐步增加的電壓。

12.2.2.3 在沒有超6.1.3所規(guī)定的電壓峰值的情況下，盡快得將起始電壓從由零開始升高。同樣的要求也適用于相鄰步驟之間電壓的升高。在完成zui初的步驟后，將電壓升高到相鄰步驟所需的時間應(yīng)計入相鄰步驟的時間中。

12.2.2.4 如果在向下一步升高電壓的過程發(fā)生擊穿，測試樣具有忍耐電壓Vws，其應(yīng)等于己完成步驟的電壓。如果擊穿發(fā)生在任何步驟持續(xù)期結(jié)束之前，測試樣的忍耐電壓Vws都按zui后完成步驟的電壓計算。擊穿電壓Vbd用于計算絕緣強度。通過厚度和忍耐電壓Vws計算出絕緣強度。（參見圖2）

12.2.2.5 要求在超過120s時間內(nèi)，在10步中發(fā)生4次擊穿。如果一組中有多個測試樣發(fā)生的擊穿次數(shù)少于3次，或是時間達不到120s的情況，應(yīng)將起始由壓降低后，重新測試。如果在12步之前或720s后仍未發(fā)生擊穿，則應(yīng)提高起始電壓。

12.2.2.6 記錄下起始電壓，電壓增加步數(shù)，擊穿電壓以及擊穿電壓所持續(xù)的時間長度。如果失效發(fā)生在電壓剛剛增加到起始電壓的時候，則失效時間為0。

12.2.2.7 應(yīng)根據(jù)測試的目的，說明有關(guān)電壓步數(shù)的其他時間長度。通常使用的時間長度為20s到300s（5分鐘）。對于研究來說，在某些場合有必要對給定材料進行大于普通時間長度的測試。

12.2.3 方法C，慢速測試——向測試電極施加起始電壓，按圖3所示增速增加電壓直到發(fā)生擊穿。

12.2.3.1 從按12.2.1規(guī)定的慢速測試中選擇起始電壓。所選擇的起始電壓應(yīng)滿足12.2.2.3的要求。

12.2.3.2 從有關(guān)本測試法的文件所規(guī)定的起始電壓開始，以一定的電壓增速增加電壓。通常，所選的增速應(yīng)與逐步測試的平均增速近似。

12.2.3.3 如果一組有多個測試樣都在不到120s內(nèi)發(fā)生擊穿，那么應(yīng)降低起始電壓或降低增速，抑或同時降低。

12.2.3.4 如果一組中有多個測試樣的擊穿電壓不到起始電壓的1.5倍，則應(yīng)降低起始電壓。如果在大于起始電壓2.5倍的電壓下（以及在120s后才發(fā)生擊穿），不斷出現(xiàn)擊穿，應(yīng)提高起始電壓。

合適的起始電壓，Vs分別是0.25, 0.50, 1, 2, 5, 10, 20, 50和100kV。

圖2  逐步測試電壓示意圖

圖3  慢速測試電壓示意圖

12.3 擊穿的標(biāo)準(zhǔn)——電介質(zhì)失效或是擊穿（D1711術(shù)語中所定義的）包括增加電導(dǎo)以限制電場的維持。在測試中，可以通過對橫穿測試樣厚度的目測和斷裂聲來清楚得判斷該現(xiàn)象。在擊穿區(qū)域內(nèi)可以觀察到測試樣被擊穿和分解。此類擊穿通常為不可逆過程。重復(fù)使用電壓有時會在低電壓情況下（有時將低于可測量值），造成擊穿，并在擊穿區(qū)域內(nèi)伴有其他的損壞。這類重復(fù)使用的電壓常帶來擊穿的積極證據(jù)，可以使擊穿的路徑更加清晰可見。

12.3.1 在某些場合，泄露電流的快速增加會造成電壓源的跳閘，而沒有在測試樣上留下任何可視損壞。這類失效，通常與高溫條件下的慢速測試有關(guān)，會造成可逆的結(jié)果，如果在重新施加電壓之前將測試樣冷卻到其起始測試溫度，就能恢復(fù)其絕緣強度。對于發(fā)生此類失效來說，電壓源會在相對較低的電流條件下斷開。

12.3.2 在某些場合，由于閃絡(luò)，局部放電，高電容測試樣中的無功電流或是斷路器的故障問題都會造成電壓源的斷開。測試中的此類間斷不會造成擊穿（除了閃絡(luò)測試外），而發(fā)生此類間斷的測試也不能視為滿意的測試。

12.3.3 如果斷路器設(shè)置的電流太高，或是如果斷路器的故障存在問題，將會造成測試樣的過度燃燒。

12.4 測試的數(shù)量——對于特定材料，除非另有說明，否則應(yīng)進行5次擊穿。

耐電壓擊穿試驗儀13. 計算

13.1 對于每次測試而言，擊穿時的絕緣強度應(yīng)以kV/mm或V/mil為單位來計算，對于逐步測試而言，梯度應(yīng)以未發(fā)生擊穿的zui高電壓步驟來計算。

13.2 計算平均絕緣強度及標(biāo)準(zhǔn)偏差，或其他變量的測量值。

耐電壓擊穿試驗儀14. 報告

14.1 報告應(yīng)包含以下信息：

14.1.1 測試樣的鑒定。

14.1.2 對每一個測試樣；

14.1.2.1 所測量的厚度，

14.1.2.2 能承受的zui大電壓（對逐步測試而言），

14.1.2.3 擊穿電壓，

14.1.2.4 絕緣強度（對逐步測試而言），

14.1.2.5 擊穿強度，及

14.1.2.6 擊穿的部位（電極的中心，邊緣或外部）。

14.1.3 對于每個樣品：

14.1.3.1 平均電介質(zhì)承受強度（僅對逐步測試測試樣），

14.1.3.2 平均電介質(zhì)擊穿強度，

14.1.3.3 變量的說明，是標(biāo)準(zhǔn)偏差和變化系數(shù)。

14.1.3.4 測試樣的說明，

14.1.3.5 調(diào)節(jié)和測試樣的準(zhǔn)備，

14.1.3.6 環(huán)境的溫度和相對濕度，

14.1.3.7 環(huán)境介質(zhì)，

14.1.3.8 測試溫度，

14.1.3.9 電極的說明，

14.1.3.10 電壓應(yīng)用的方法，

14.1.3.11 如果，電流感應(yīng)元件的失效標(biāo)準(zhǔn)，及

14.1.3.12 測試的日期。

耐電壓擊穿試驗儀15. 精度和偏差

15.1 表2總結(jié)了四個實驗室和八種材料實驗室間研究的結(jié)果。該研究采用同一電極體系和同一測試介質(zhì)。9

15.2 單一操作員精度——根據(jù)測試材料，試樣厚度，電壓供給方式以及控制或抑制瞬間電壓脈沖的極限，變化常數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)差除以平均值）在1%到20％之間變化。如果就同一樣品的五個測試樣進行重復(fù)試驗，變化常數(shù)通常不大于9%。

表2  從四個試驗室總結(jié)出的絕緣強度數(shù)據(jù)A

A 測試樣在油中用2型電極進行測試（參見表1）。

15.3 多實驗室精度——在不同實驗室中（或者同一實驗室不同設(shè)備上）進行測試的精度是變化的。通過使用同一類型的設(shè)備，嚴(yán)格控制測試樣的準(zhǔn)備，電極以及測試流程，單個操作員的精度是近似的。但如果對來自不同實驗室的結(jié)果進行比較，就必須評估不同實驗室的精度。

9 支撐數(shù)據(jù)已經(jīng)歸檔在ASTM總部中，通過申請研究報告RR:D09-1026可獲得這些數(shù)據(jù)。

15.4 如果測試材料，試樣厚度，電極結(jié)構(gòu)，或環(huán)境介質(zhì)不同于表1所列，或是測試設(shè)備中電流感應(yīng)元件的擊穿標(biāo)準(zhǔn)得不到嚴(yán)格控制，那么將無法達到15.2和15.3中所規(guī)定的精度，對于需要測試的材料來說，涉及本測試方法的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)能確定該材料的精度適用范圍。參見5.4~5.8以及6.1.6。

15.5 使用特殊的技術(shù)和設(shè)備、使材料厚度的精度達到0.01in甚至更小。電極不能損壞試樣的接觸面。準(zhǔn)確的測定擊穿電壓。

15.6 偏差——該測試方法不能測定固有絕緣強度。測試結(jié)果取決于試樣的幾何形狀，電極和其他可變參數(shù)，以及樣品的性質(zhì)，這使得很難描述偏差。

耐電壓擊穿試驗儀16. 關(guān)鍵詞

16.1 擊穿，擊穿電壓，校準(zhǔn)，擊穿標(biāo)淮，介電擊穿電壓，介電失效，介電強度，電極，閃絡(luò)，電源頻率，過程控制測試，驗證測試，質(zhì)量控制測試，快速增加，研究測試，取樣，慢速，逐步，環(huán)境介質(zhì)，耐壓。

附錄

（非強制信息）

Xl. 絕緣強度測試的意義

X1.1 介紹

Xl.1.1 簡要回顧了擊穿的三種假定機制，分別是：（1）放電或電暈機制，（2）熱機制，以及（3）固有機制，討論了在原理上對實際電介質(zhì)產(chǎn)生影響的因素，并對數(shù)據(jù)的解釋提供幫助。擊穿機制常常與其他機制相結(jié)合，而非單獨發(fā)揮效用。隨后的討論僅針對固體和半固體材料。

Xl.2 介電擊穿的假定機制

X1.2.1 由放電造成的擊穿——在對工業(yè)材料進行的許多測試中，都是由于放電造成了擊穿，這通常造成較高的局部場。對于固體材料來說，放電常常發(fā)生在環(huán)境介質(zhì)中，因此增加測試的區(qū)域?qū)⒃陔姌O邊緣上或外側(cè)產(chǎn)生擊穿。放電也會發(fā)生在內(nèi)部出現(xiàn)或生成的一些泡沫或氣泡里。這會造成局部的侵蝕或化學(xué)分解。這些過程將一直持續(xù)到在電極間形成*的失效通路為止。

X1.2.2 熱擊穿——在置于高強度電場時，在許多材料內(nèi)的局部路徑上會積聚大量的熱，這將造成電介質(zhì)和離子導(dǎo)電性能的損失，進而迅速產(chǎn)生熱量，所產(chǎn)生的熱量將大于所能耗散掉的熱量。由于材料的熱不穩(wěn)定性，導(dǎo)致了擊穿的發(fā)生。

X1.2.3 固有擊穿——如果放電或熱穩(wěn)定性都不能造成擊穿，那么在電場強度大到足以加速電子穿過材料時，仍將發(fā)生擊穿。標(biāo)準(zhǔn)電場強度被稱為固有絕緣強度。雖然機制本身也許已經(jīng)涉及，但本測試法仍不能測試固有絕緣強度。

Xl.3 絕緣材料的性質(zhì)

X1.3.1 固態(tài)工業(yè)絕緣材料通常是非均勻的，且含有許多不同的電介質(zhì)缺陷。試樣上常常發(fā)生擊穿的區(qū)域，并不是那些電場強度zui大的區(qū)域，有時甚至是那些遠離電極的區(qū)域。在應(yīng)力下卷中的薄弱環(huán)節(jié)有時將決定測試的結(jié)果。

X1.4 測試和測試樣狀況的影響因素

X1.4.1 電極——通常，隨著電極區(qū)域的增加，擊穿電壓會降低，這種影響對于薄試樣來說更為明顯。電極的幾何形狀也會影響測試的結(jié)果。制作電極的材料也會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，這是因為電極材料的熱導(dǎo)性和功函會對熱機制和發(fā)電機制產(chǎn)生影響。通常來說，由于缺乏相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)，所以很難確定電極材料的影響。

X1.4.2 試樣厚度——固體工業(yè)絕緣材料的絕緣強度主要取決于試樣的厚度。經(jīng)驗顯示，對于固體和半固體材料來說，絕緣強度與以試樣厚度為分母的分?jǐn)?shù)成反比，更多的證據(jù)顯示，對于相對均勻的固體來說，絕緣強度與厚度的平方根互為倒數(shù)。如果固體試樣能熔化后倒入到固定電極之間并凝固下來，那么電極間距的影響將很難得到明確的定義。因為在這種情況下，可以隨意固定電極間距，所以習(xí)慣在液體或可溶固體中進行絕緣強度測試，此時電極間具有標(biāo)準(zhǔn)的固定空間。因為絕緣強度取決于厚度，所以如果在報告絕緣強度數(shù)據(jù)時缺乏測試所用試樣的起始厚度，那么這樣的數(shù)據(jù)將毫無意義。

X1.4.3 溫度——試樣和環(huán)境介質(zhì)的溫度將影響絕緣強度，雖然對于大多數(shù)材料來說，微小的環(huán)境溫度變化對材料造成影響可以忽略不計。通常，絕緣強度隨溫度的升高而降低，但其強度的極限取決于被測材料。*，由于材料需要室溫以外的條件下發(fā)揮作用，所以有必要在比期望操作溫度更大的范圍里，對絕緣強度與溫度的關(guān)系進行確定。

X1.4.4 時間——電壓應(yīng)用的速率也會影響測試結(jié)果。通常，擊穿電壓隨電壓應(yīng)用速率的增加而提高。這是預(yù)料之中的，因為熱擊穿機制有賴于時間，而放電機制也有賴于時間，雖然在一些情況下，后一種機制通過產(chǎn)生局部電場高臨界強度造成快速失效。

X1.4.5 波形——通常，應(yīng)用電壓的波形也會影響絕緣強度。在本測試方法的限制說明中，波形的影響是不顯著的。

X1.4.6 頻率——對于本測試法，在工業(yè)用電頻率范圍內(nèi)，頻率的變化對絕緣強度的影響將不是那么顯著。但是，不能從本測試法所得結(jié)果中推斷出其他非工業(yè)用電頻率（50到60HHz）對絕緣強度的影響。

X1.4.7 環(huán)境介質(zhì)——通常測試具有高擊穿電壓的固體絕緣材料，是將試樣浸入到液體介質(zhì)中，例如變壓器油，硅油，或是氟利昂中，以減小擊穿前表面放電的影響。這已經(jīng)由S.Whitehead10所揭示，為了避免固體試樣在達到擊穿電壓前在環(huán)境介質(zhì)中發(fā)生放電現(xiàn)象，在交流電測試中，有必要確保：

         （X1.1）

如果浸入的液體介質(zhì)是一種低損耗材料，該公式可以簡化為：

           （X1.2）

    如果浸入的液體介質(zhì)是一種半導(dǎo)體材料，那么該公式可以變?yōu)椋?/span>

              （X1.3）

式中：

E=絕緣強度；

f=頻率；

ε和ε′=介電常數(shù)；

D=耗散因數(shù)；

o=電導(dǎo)率（S/m）；

下標(biāo)：

m指浸入介質(zhì)；

r指相對值；

O指自由空間；

（εO=8.854×10-12F/m）

s指固體電介質(zhì)。

X1.4.7.1 Whitehead指出，要避免表面放電，則應(yīng)提高Em和εm或是提高σm。通常規(guī)定使用變壓器油，其介電性能是這樣的，如果電場強度Es達到以下水平，則會發(fā)生邊緣擊穿：

          （X1.4）

如果測試樣很厚，且其介電常數(shù)很小，那么含有ts的量將成為相對影響因數(shù)，介電常數(shù)與電場強度的乘積將近似于一個常數(shù)。11Whitehead也指出（p. 261）使用潮濕的半導(dǎo)體油將能有效減少邊緣放電的現(xiàn)象。如果電極間的擊穿路徑僅在固體中出現(xiàn)，那么此介質(zhì)將不能與其他介質(zhì)進行比較。也應(yīng)該注意到如果固體是多孔的或是能夠被浸入介質(zhì)充滿，固體的擊穿強度將受到浸入介質(zhì)電氣性質(zhì)的直接影響。

X1.4.8 相對濕度——相對濕度影響絕緣強度是因為測試材料吸收的水分或表面吸附的水分將影響介質(zhì)損耗和表面電導(dǎo)率。因此，它的重要性很大程度上有賴于測試材料的性質(zhì)。但是，即使材料只吸收了一點甚至沒有吸收水分，仍會受到影響，因為在有水的情況下，將大大提高放電的化學(xué)效應(yīng)。除此之外，還應(yīng)調(diào)查暴露在電場強度中的影響，通常通過標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)流程來控制或限制相對濕度的影響。

10 文獻：Whitehead, S., 固體介電擊穿, Oxford University Press, 1951.

X1.5 評估

X1.5.1 通電設(shè)備絕緣的一個基本要求就是它應(yīng)能承受得住在服務(wù)中施加于它的電壓。因此很有必要對測試進行評價，以評價處于高壓應(yīng)力條件下的材料性能。介質(zhì)擊穿電壓測試是一種測定材料是否需要進一步考察的初步測試，但是它無法就兩個重要方面進行全部評估。首先，安裝在設(shè)備上的材料條件與測試條件大為不同，尤其在考慮了電場結(jié)構(gòu)和暴露在電場中的材料面積，電暈，機械應(yīng)力，周圍介質(zhì)以及與其他材料的連接之后，更是如此。第二，在服務(wù)時，會出現(xiàn)很多惡劣的影響，例如熱，機械應(yīng)力，電暈及其產(chǎn)物，污染物等等，都會使擊穿電壓遠低于zui初安裝時的擊穿電壓值。在實驗室測試中，可以合并其中的一些影響，進而對該材料做出更準(zhǔn)確的估計，但是zui終考察的仍然是那些處于實際服務(wù)的材料性質(zhì)。

X1.5.2 介質(zhì)擊穿測試能作為材料檢測或是質(zhì)量控制測試，作為一種推測其他條件的手段，例如變率，或是指明惡化的過程，如熱老化。在使用本測試法時，擊穿電壓的相對值比值更重要。

X2. D149測試法所涉及的標(biāo)準(zhǔn)

X2.1 介紹

X2.1.1 本附錄所提供的文件目錄將涉及到大量的ASTM標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)都與在電源頻率下電介質(zhì)強度的測定有關(guān)，或與測試設(shè)備元件或用于測定該性質(zhì)的元件有關(guān)。雖然我們竭盡全力，力圖將所有涉及D149測試法的標(biāo)準(zhǔn)都包含進來，但是該清單仍是不*的，在本附錄出版之后編寫或修改的標(biāo)準(zhǔn)都未能包含進來。

X2.1.2 在一些標(biāo)準(zhǔn)中，要用D149測試法測定介質(zhì)強度或擊穿電壓，但是其參考本測試法的方式不一定符合5.5的要求。除非該文件與5.5相一致，否則不用使用其他文件，包括本目錄所列的文件，來作為本測試法的參考。

表X2.1  試驗方法D149引用的ASTM標(biāo)準(zhǔn)