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作者: 发布时间:2009-11-28 来源: 繁体版
电气绝缘测试技术,随着电气工业的发展以及对绝缘以及对绝缘材料的测试方法及试验设备得到了很好的发展,测试技术水平提高到了一人新的阶段.绝缘材料的测试,根据其目的和要求大体上有两种类型关系的方
 电气绝缘测试技术,随着电气工业的发展以及对绝缘以及对绝缘材料的测试方法及试验设备得到了很好的发展,测试技术水平提高到了一人新的阶段.绝缘材料的测试,根据其目的和要求大体上有两种类型关系的方法.
   第一种类型的发法,带有研究绝缘材料结构与性能关系的性质,通过各种分析和测试手段将微观结构与宏观结构联系起来.来研究绝缘材料的特征状态及其对应的一系列的综合性质.
   第二种类型的方法,带有直接为生产.使用服务的性质,这类方法可用获得表征材料的某一性能的物理参数.
现所介绍的方法属类型的方法,可以称为绝缘材料试验方法,对绝缘材料试验方法按应用范围,又分为通用试验方法和专用试验方法以及应用考核试验方法等.为了使绝缘材料试验结果互相可比,不管是什么试验方法,都要求试验方法的技术要求和操作统一化、标准化、设备仪器的定型化。任何一种试验方法,应力求简单易行,而且能够使用中所要求的特性进行比较。
根据试方法的完善程度,国内外均试验方法划分内部标准方法、企业标准方法、部(行业)标准方法,国家标准方法及国际标准方法。
   随着工业的飞速发展,对电气设备的要求就越来越高,提高电机的单机容量、电容的小型化和高性能化,均是电气设备的发展趋势。由于电气绝缘材料直接决定电气设备听使用寿命和它的先进性,因此提高绝缘材料的发展开辟了新的途径,而电气绝缘测试技术的发展,又为绝缘技术的研究和应用提供了条件。
绝缘材料在制造过程中不可避免混进杂质,而杂质对绝缘材料的性能有极大的影响。绝缘材料往往是不均的结构,成分、配方、工艺、储存、使用等对绝缘性能影响更大。因此必须通过性能测量来控制,检验材料质量。通过性能测试,在一定程度上决定绝缘材料的适用性,还可研究材料在工艺过程中以及使用中的结构变化,例如材料的固化、老化等,也可以用来分析材料受潮、含杂质等情况。所以,在绝缘材料生产过程中及使用中,准确地进行性能的测试是严格控制产品摄影师的重要手段。
现仅就比较重要的几个性能及测试简单介绍如下:
1 试样和测试条件
绝缘材料的性能测试是相当复杂的,如绝缘材料电阻的测量,实际上是电流的测量,被测电流可以小到期10-16A,非极性绝缘材料的损耗因数(损耗角正切)约为1*10-4--2*10-4所以进行绝缘材料电性能测试时,必须采用恰当的试验方法,并注意测试技术,才能获得准确的测试结果。此外,外界条件,如湿度、温度、晓以大义,频率等因数对绝缘材料的电性能有极大影响,所以测试时应选定或规定绝缘材料处理条件和试验条件。国际电工委员会以及各国都制定了统一的试验方法标准,以使在同一条件下判断绝缘材料的性能优劣。
如标准环境条件是:温度23正负2度,相对湿度百分之50正负5,更严格的要求是温度23度正负1度,相对湿度百分之50正负1。0.1013MPa(760mmHg)这是优先采用的大气.
巴解组织材料的某些性能受其所处大气环境的温度,湿度的影响,为得到较好的试验结果重现性,部分的消除在试验前所经历的环境条件的性能影响,保证在试验期间条件一致,各绝缘材料标准都规定了试样预处理,也叫正常化处理.这个处理通常在对试样进行条件处理以前进行。
条件处理,使试样得规定的相对湿度的大气中或将它完全浸在水中或其他液体中,在规定的温度下经历规定的时间周期。
   试验条件,在进行试验时,试样周围的电气湿度和温度,或浸液的温度和类型。
   关于试样,试样按标准规定,正常的试样应用代表性,符合标准规定,有缺陷的不能用于测试。
2 绝缘电阻、电阻率
电阻是电导的倒数。电阻率是单位体积内的电阻。材料电导越小,其电阻越大,两者成倒数关系,对绝缘材料要求,一般情况下总是希望电阻率尽量可能大。
有关的几个性能如下:
   绝缘电阻--用绝缘材料隔开的两个导体之间的电阻,即与绝缘材料相接触的两电极之间的电流电压除以过两电极的总电流所的商,它等于体积电阻加表面电阻的和。用欧表示。
   表面电阻--在绝缘材料同一表面两电极的电阻,就是在绝缘材料同一表面上的两电极之间的直流电压除以电极间流过的电流,即电导电流(泄漏电流),单位为欧。
   表面电阻率--在绝缘材料表面的直流电场强度除以电流线密度所得的商,即单位面积内的表面电阻。
体积电阻--在绝缘材料相对两表面上放置的两电极间所加电流电压与流过两电极之间的稳态电流之商。
体积电阻率--在绝缘材料内的直流电场强度除以稳态电流密度所得的商,即单位体积内的体积电阻(单位体积所流过的电流)。
电阻的全体测试方法标准中都有具体规定,测试时应注意问题如下:
(1)试样准备,试样的加工就按规定的方法,试样表面不得受损伤和污染,对层压制品加工一定要减少损伤,不能用刨床加工。
(2)测试环境,环境条件按规定,一般情况下与标准大气条件相差不大时,还可以作测试,但进行重要测试或空气湿度、温度很高时,一定要达到标准大气条方能测试,下雨天测试电阻要比晴天低一次方,应引起注意。
(3)对层压制品和模塑料绝缘电阻试样的钻孔加工,钻头一定要锋利,不能在孔内形成毛粗糙面,更不能钻偏或孔距不符规定。这些都影响测试结果的准确性。
(4)电极的粘贴,采用铝箔电极时,首先铝箔电极表面加工要平整,尺寸准确,贴铝箔时凡士林或硅油不能太多,否则影响测试结果准确。
铝箔有行刺测电阻要低,铝箔贴得不同心,结果也要低,凡士林或硅油多,测试结果有可能偏高。
(5)测电阻时,加电压电化1min后读数,达到通过试样的电流稳定。这样各试样的电阻值才有可比性。试样经测量后,积存了残余电荷,如果需重复测试时应让度样充分放电。放电时间至少是前次充电时间的4倍。
3 相对介电常数和介质损耗角正切
绝缘材料的用途有二:1电网络各部件的相互绝缘(使导体与其他部分相互绝缘或导体相互公开);2电容器的介质(储能)。前者要求相对介电常数小,后者要求相对介电常数大。而两者都要求介质损耗角正切小,尤其是在高频与高压下应用的绝缘材料,为使介质损耗小,都要求采用介质损耗角正切小的绝缘材料。因此在`绝缘材料的生产与选用时都测量其相对介电常数的介电损耗角正切。
相对介电常数是宏观参数,绝缘材料的电容值与同样的真空电容值的比,表征在交流电场下极化程度的一个量,电子、离子、原子、偶极子、分子等电粒子越易极化,*也越大。
介电损耗:在交流电场作用下绝缘材料中的部分电能将转变成熟,这部分能量叫介电损耗。
在绝缘材料内部,由于存在电介质电导现象,因此有一定的泄漏电流,造成电介质发热,这是电介质损耗的一个来源。电介质损耗的另一个来源是电介质内部的缓慢极化,由于材料内部的极化程跟不上电场方向转变,从而产生电介质损耗。
   介电损耗角正切:绝缘材料在交流电场下产生介质损耗的大小与电场强度的平方、电场频率成正比。不同绝缘材料在同一电场作用下产生损耗能力是不一样的,常用介电损耗角正切来表示绝缘材料的这一能力。在同样电场下介电损耗角越小,损耗越小,即发热量越小。
影响损耗角正切的几个主要因素,除绝缘材料结构影响外,还有以下几点。
频率:随着电场频率变化,材料的正切值也不同,极性材料影响更大,极性材料不适合于应用在高频领域。
电场强度:电场强度不大时,对正切值无影响,达到某一值时,正切值会突然增大。
温度:正切值随温度而变化,在高温下正切值成指数式上升。
湿度:湿度越大正切值也越大。
   在测试绝缘材料正切值时,除上述影响因素外,具体操作上还应特别注意以下各点。因为正切值测试属高精度试仪器的应用,灵敏度高,少许变化都会影响测试的准确性。
(1)标准电容器应标准。长期使用标准电容器多少要吸潮,除应在干燥条件下放置外,还应一定时间内测其电容,保证电容值符合要求,应该适时进行干燥处理。
(2)可变电阻、可变电容旋转,容易磨损,严重时应检修。
(3)桥体保持清洁干燥,保持高的测试精度。
(4)电极要保持平整光滑洁净,如用导电橡皮电极时更应注意表面不受损伤。
(5)试样厚度对相对介电常数、介电损耗角正切影响较大,不同厚度产生不同结果,试样厚度应尽量接近。
(6)调节电桥平衡时首先试样的电容部分,然后平衡其损耗部分。首先调节R3,当R3调节到平衡指示器(检流计)的读数变化不大时,调节C4,而且必须反复调节R3与C4,才能较迅速达到电桥平衡。
如果不按上述平衡调节,可能会产生电桥产生不灵敏的错觉,如一开始调节C4,由于R3与平衡时应有的数值相差太大,改变C4时,不平衡电流不会多变化,使人感到好像电桥不太灵敏,或读取不真实的结果。
关于一般交流高压西林电桥正切值的如图1-1所示。
取标准电阻R4=10000/,欧,是为便于直接读出正切值。
4 击穿电压、电气强度
   前术3个绝缘材料电气宏观参数R、*、正切值都是弱电场下的特性,为绝缘材料的非破坏性试验提供了重要数据,可以观察到属于击穿的先导现象。而击穿场强场强的强电场下的重要参数。
击穿:绝缘材料在电场作用下丧失绝缘性能,至少是暂时的丧失。也就是在某一个强电场下绝缘材料发生破坏,失去绝缘性能变为导电状态,称为击穿。击穿时的电压为击穿电压(介电强度)
电气强度:在规定的试验条件下发生击穿时电压与承受外施电压的两电极间距离之商。也就是单位厚度所承受在其上施加的电压(工作电压)。击穿试验就是用来确定绝缘材料承受的电场强度的。但是首先由于绝缘材料在电工设备中所处的条件与试验条件不同,如电场的形状、面积、机械应力、周围媒质等。其次,在运行中存在着许多使材料劣化因素,如热、机械应力、局部放电及其产物(臭氧气等),而不能直接用于绝缘结构的设计。用来设计绝缘结构的电气强度的数据必须从绝缘结构的模拟试验和老化试验获得。
电气强度除了用来控制绝缘材料的质量外,也可用来指示在其他方面的性能,如材料的变异、均匀性以以劣化程度等。
影响电气强度的因素如下。除试验电压的频率、波形]和施加电压时间、电极几何尺寸等标准有具体要求外,以下几点应予以注意。
(1)试样厚度,当绝缘材料很薄时,击穿电压与厚度成正比,即电气强度与厚度无关,当绝缘材料厚度增加,会使散热困难,杂质、气泡等因素而使电气强度降低。
(2)温度,在室温以上电气强度随温度上升而降低。
(3)湿度,绝缘材料内部进入水分,电气强度降低。
(4)电压作用时间,对多数有机材料电气强度随电压作用时间延长而下降。
试验进升压速度快电气强度高,而逐级升压或慢速升压的电压作用时间较长,可更好地反映热效应以及材料内部气隙等缺陷的存在。所以一般试验方法中都规定不采取冲击式的升压方法,而采用连续升压的方法。
(5)机械应力或机械损伤,绝缘材料受到机械应力或机械损伤后会使电气强度降低,层压制品试样加工应尽量避免损伤,不用刨而用铣,并控制加工进刀量要小。
(6)电极,一般来说,电极面积大,击穿电压所下降,面积大容易找到弱点。另外,电极应光滑,更不能有毛刺的坑凹不平,这是降低电压影响测试结果准确性的。


绝缘材料的几个主要性能及测试问题
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