绝缘材料耐电压击穿|电气强度试验平台

绝缘材料耐电压击穿|电气强度试验平台

绝缘材料耐电压击穿|电气强度试验平台参数设置：

电击穿：

电击穿是指固体介质在强电场的作用下，内部少量可自由移动的载流子剧烈运动，与晶格上的原子发生碰撞使之游离，并迅速扩展而导致击穿。特点是：电压作用时间短，击穿电压高，与电场均匀度密切相关，但与环境温度及电压作用时间几乎无关。

简介：

固体电介质的纯粹电破坏过程称为电击穿。电击穿是因为固体电介质中的自由电子在强电场中作加速运动，累积较大的动能，这些动能足以破坏介质的分子结构，发生碰撞游离的连锁反应时，会在电介质中产生贯穿的导电通道，而使固体介质丧失绝缘性能，导致电击穿。

电击穿的特点是：电压作用时间短，击穿场强与电场均匀程度有密切关系，与周围环境温度几乎无关。

击穿形式：

固体电介质的击穿过程及其击穿电压的大小不但取决于电介质的性能，而且还与电场分布、周同温度、散热条件、周同介质的性质有关、加压速度和电压作用的持续性等有关。固体电介质根据其击穿发展的过程小同，可分为电击穿、热击穿和电化学击穿二种形式。发生哪种击穿形式，取决于介质的性能和工作条件。

击穿机制：

在强电场下，固体导带中可能因冷发射或热发射存在一些电子。这些电子一方面在外电场作用下被加速，获得动能；另一方面与晶格振动相互作用，把电场能量传递给晶格。当两个过程在一定的温度和场强下平衡，固体介质有稳定的电导：当电子从电场中得到的能量大于传递给品格振动的能量时，电子的动能就越来越大，至电子能量大到一定值时，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生新电子，使自由电子数迅速增加，电导进入不稳定阶段，击穿发生。

本征电击穿机制

实验上，本征电击穿表现的击穿主要是由所加电场决定的，在所使用的电场条件下，使电子温度达到击穿的临界水平。观察发现，本征击穿发生在室温或室温以下。发生的时间间隔很短，在微秒或微秒以下。本征击穿所以称之为“本征”，是因为这种击穿机制与样品或电极几何形状无关，或者与所加电场的波形无关。因此在给定温度下，产生本征击穿的电场值仅与材料有关。

这种击穿与介质中的自由电子有关。介质中自由电子的来源为杂质或缺陷能级、价带。

雪崩式电击穿机制

热击穿机制对于许多陶瓷材料是适用的。如果材料尺寸可看成是薄膜时，则雪崩式击穿机制更为有效。

雪崩式电击穿机制是把本征电击穿机制和热击穿机制结合起来。因为当电子的分布不稳定时，必然产生热的结果。因此，这种理论是用本征电击穿理论描述电子行为，而击穿的判据采用的是热击穿性质。

雪崩式理论认为：电荷是逐渐或者相继积聚，而不是电导率的突然改变，尽管电荷集聚在很短时间内发生。

雪崩式电击穿最初的机制是场发射或离子碰撞。场发射假设由隧道效应来自价带的电子进入缺陷能级或进入导带，导致传导电子密度增加。

局部放电击穿

局部放电就是在电场作用下，在电介质局部区域中所发生的放电现象，这种放电没有电极之间形成贯穿的通道，整个试样并没有被击穿。例如气体的电晕放电、液体中的气泡放电都是局部放电。对于固体电介质来说，电极与介质之间常常存在着一层环境媒质：气隙或油膜。就固体电介质本身来说，实际上也是不均匀的，往往存在着气泡、液珠或其他杂质和不均匀的组分等。例如陶瓷就是一种多孔性的不均匀材料。由于气体和液体介电常数较小，因此承受的电场强度较高。同时气体和液体的击穿电场强度又比较低，于是当外施电压达到一定数值时，在这薄弱的区域，就发生局部放电。

局部放电是脉冲性的，其过程与电晕放电相同。放电结果产生大量的正、负离子，形成空间电荷，建立反电场，使气隙中的总电场强度下降，放电熄灭。这样的放电持续时间很短，为10-8～10-9s。在直流电压作用时，放电熄灭后直到空间电荷通过表面泄漏，使反电场削弱到一定程度，才能开始第二次放电。因此在直流电压作用下，放电次数甚少。在交流电压作用时，情况就有所不同。由于电压的大小与方向是变动的，放电将反复出现，以上表明局部放电是脉冲性的。 

工程介质，从材料本身来说，其本征击穿电场强度一般较高，但由于介质的不均匀性和各种影响，实际击穿强度往往并不很高，有时甚至要降低一、二个数量级，其中重要原因之一就是局部放电。

取样方法

开展绝缘油电气强度试验时，需要严格控制取样过程，保证所获得绝缘油的样本具有代表性、真实性与科学性，防止绝缘油中掺杂灰尘和水分。其具体取样方法如下：

其一，盛样本油的容器通常选用磨口处为无色的玻璃瓶。取样前需用肥皂液、汽油或者是其它类除油物质对样本容器进行清洗，然后利用清水对其进行冲洗，保证样本容器内部PH子小于等于7，且清水能够均匀从容器口流出为止，最后利用蒸馏水对容器进行数次清洗，并将其放入温度为105摄氏度的烤箱中进行烘干，等容器冷却后，用瓶塞将其塞紧，直到取样时方可将瓶塞打开。

其二，进行取油时，需保证储油设备中的绝缘油静止8小时以上。

其三，从油开关、变压器或者是其它类充油设备中进行取油时，需在油箱的下方放置油阀，然后对其进行取样。开展取样工作前，应将放油门进行清洁，保证放油门出干净无污，然后从中放出2千克的绝缘油。清洗油孔后，再对取样容器进行冲洗两次，方可将所取出的样本绝缘油注入容器品。塞紧瓶口。保证所取油量符合试验需求。

其四，若从绝缘油油桶中取样时，应选用玻璃管对其进行取样，在取样前应先将玻璃管进行二次清洗并烘干。

其五，若不在取油处进行试验，应选用磨口塞将取样容器的瓶口进行塞紧，并用布或者是纸巾将其擦拭干净，用绳子将其扎紧，避免杂物或者是水对其造成污染。需要进行长距离运输的样品油，需用纸或者布将其整理干净，然后用火漆或者是石蜡将其进行密封，切记火漆与石蜡均不可与瓶口发生接触，防止火漆与石蜡同绝缘油发生化学反应。最后在样品容器上注明样品油的名称、取样日期、取样人、样品来源等信息。

本文将以从变压器中所取出的绝缘油为例，进行试验分析。

二、绝缘油的试验

因绝缘油在运输过程中受电场、温度、氧气、湿度等因素的影响，导致绝缘油性能不断发生变化，此变化能够通过气体量、微水含量、色谱等形式表现出来。

（一）含气量分析

变压器中所含的绝缘油具有含气量、色谱、颗粒度、外观等物理特性，是从石油中所分离出来的一种矿物油，其化学成分包含多种烷烃、芳香族不饱和烃、环烃族饱和烃等。若变压器内部的绝缘油发生老化或者是变质，内部化学物质会发生分解反应，释放出少量的气体，例如氢气、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯等。且变压器绝缘油受温度影响较大，随着温度的升高，气体释放量逐渐增加，导致绝缘油发生变质，使绝缘油失去稳定性与安全性，引发变压器故障。故，能够利用检测仪对绝缘油中各类气体含量进行检测，对绝缘油性能进行检测。

（二）微水含量分析

通常把1000ppm低含水量成为“微量水分”，经试验得知“微水含量”对绝缘油影响较大，杂质、水分和温度是影响绝缘油电强度的基本因素，在水中主要由三种形式存在：沉积水、悬浮水喝溶解水。其中溶解水可以提升绝缘油的酸度，影响绝缘油的氧化稳定性，导致绝缘油发生老化或者是编制。绝缘油微水检测一般是使用库伦法对其进行检测，能够精确检验出绝缘油的污染程度。伴随着我国电网系统建设逐渐朝着智能化、一体化、自动化水平发展，在线微水监测水平利益提升，如介电常数法、谐振腔微扰法、红外光谱法等应用越来越广泛。

（三）色谱分析

“色谱分析技术”是利用一起对变压器绝缘油中所含的溶解气体进行检测，以此分析变压器内部是否存在安全隐患。“色谱分析”是利用仪器对烃类气体产生速率进行检测，分析绝缘油样品中溶解气体的成本与含量。局部或者是电弧过热会使变压器产生故障，利用色谱分析法，对变压器内部温度与气体成分进行探测，寻找变压器内部绝缘油所存在的隐患问题。此种办法精准、快速、用量少，准确率高。

三、绝缘油电气强度试验

对所采集的样本绝缘油进行试验，其基本操作如下：第一步，确保试验前所选取的样本绝缘油温度与室温相接近，将样品油倒入准备好的试验容器中，颠倒数次，使样品油能够均匀混合，确保没有产生气泡。试验室的温度通常在15摄氏度到30摄氏度之间，相对湿度小于75%。绝缘油电气强度试验通常是在试验室中开展，确保试验样品温度与试验室内部温度相吻合。利用玻璃棒，将样品油沿着玻璃棒缓缓注入容器中，然后将其静置10到15分钟左右，再将试验容器倾倒，当样品油中有气泡产生，方可进行试验。第二步，回路闭合，将电源接通，对其实施升压试验。缓慢升高电压，直到电压强度达到变压器绝缘油电介质的击穿强度，直到电解质出现电火花为止，及时记录绝缘油击穿瞬间电压数值。将标准电压施加在试验容器的两极之间，并将升压速率控制在3000V/s，确保击穿电流小于4毫安。升压速度对击穿电压值影响较大，若升压速度太快，击穿电压值会随之升高；若升压速度较慢，击穿电压值会素质降低。若击穿电流较大，会导致绝缘油电气防电后碳元素会发生沉积，降低绝缘油的绝缘性能。第三步，试验样品进行6次升压试验，将6次数据中的平均值作为绝缘油气体强度试验的最终结果。在试验过程应及时对试验容器和电极表进行清理，且每次击穿过后应利用不锈钢棒、玻璃棒对其均匀搅拌，等其静止后才能够进行后续试验。停止使用时期应将试验容器和电极中盛满新油，以此更好地保护电极和试验容器。第四步，将试验的最高电压控制为50kV，若试验结果达到绝缘油电气强度的最高电压时，样品绝缘油并没有出现任何击穿现象，说明被测绝缘油为合格产品。

四、结论

综上所述，绝缘油受高温、氧气、强电场、杂质的影响较大，导致绝缘油老化，降低电气设备的安全性与稳定性。经绝缘油电气强度试验，得知绝缘油击穿电压有以下几种情况：其一，当电压速度上升均匀时，合格绝缘油每次所击穿的电压值较稳定。其二，合格的绝缘油若升压速度变化较大，每次击穿电压值波动较大，呈现高低起伏的状态。其三，若绝缘油内部含有水分，击穿电压值呈上升趋势，即每次击穿电压值逐步增高。这种现象多是因绝缘油较为纯净，在放电时产生带电粒子、气泡和碳泄量，导致绝缘油的性质受到破坏。其四，若绝缘油中含有杂质，击穿电压值呈下降趋势，即每次击穿电压值逐步降低。若处理不及时会导致绝缘油受潮，不断发生放电现象。其五，合格绝缘油击穿电压平均值大于等于标准值。针对不合格的绝缘油，需对其进行干燥处理、净化处理等。其六，对样品油进行放电实验，火花防电值较低，次现象是受外界影响因素干扰。