測量方法對電機用絕緣浸漬樹脂電氣強度測量值的影響分析

王賢泉

（海軍駐武漢七一二所軍事代表室，武漢 430064）

0 引言

通用型快干無溶劑絕緣樹脂于上世紀(jì)九十年代年鑒定，其電氣強度的指標(biāo)是根據(jù)GB2643-81《電工絕緣無溶劑漆試驗方法》，并在JZ-11型擊穿耐壓自動控制儀大量試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上制訂的。該產(chǎn)品生產(chǎn)十幾年來，工藝過程穩(wěn)定，各批次產(chǎn)品根據(jù)GB2643-81規(guī)定，用JZ-11擊穿儀測試電氣強度的實測值在27～30 MV/m，完全滿足設(shè)計要求，多年的實際使用證明該產(chǎn)品質(zhì)量是穩(wěn)定可靠的。由于JZ-11擊穿儀為已淘汰檢測設(shè)備，現(xiàn)在改為HT-50型擊穿電壓測試儀。該測試儀在設(shè)計上較老耐壓儀有較大改進(jìn)，耐壓指數(shù)由指針式改為數(shù)顯式，并且升壓方式也由原來單一的連續(xù)升壓，改為現(xiàn)在的連續(xù)升壓、逐級升壓兩種升壓方式。但是，同一批產(chǎn)品依據(jù)GB2643-81規(guī)定的方法，用HT-50型擊穿電壓測試儀測試電氣強度實測值較小，與原使用的JZ-11擊穿儀實測值存在較大差異。為此，我們按要求取同一批次絕緣樹脂的產(chǎn)品共制備漆餅樣片 60片進(jìn)行了摸底對比試驗。

試驗方法分別采用連續(xù)升壓方式和逐級升壓方式進(jìn)行。前者為老式JZ-11擊穿儀采用連續(xù)升壓方式進(jìn)行檢測，其實測值為：25.3～31.5 MV/m，平均值為：=27.8 MV/m。后者為新式 HT-50型擊穿電壓測試儀采用逐級升壓方式進(jìn)行檢測，其實測值為：17.6～25.2 MV/m，平均值為：X=20.2 MV/m。說明對同一批絕緣漆試樣采用JZ-11擊穿儀和 HT-50型擊穿電壓測試儀測試的電氣強度實測值存在較大的差異出現(xiàn)差異，本文是為了分析差異造成的原因及提出細(xì)化完善電氣強度標(biāo)準(zhǔn)測試方法和合理的判據(jù)。

根據(jù)電氣強度的定義：在規(guī)定的試驗條件下發(fā)生擊穿時的電壓與承受外施電壓的兩電極間距離之商。說明它與擊穿強度內(nèi)涵、單位不一樣。經(jīng)過大量試驗實驗，我們發(fā)現(xiàn)下列規(guī)律。

表1 常溫下 JZ-11擊穿儀實測值與HT-50型擊穿電壓

常溫下 JZ-11擊穿儀實測值與HT-50型擊穿電壓測試儀電氣強度（連續(xù)升壓）實測值比較(MV/m)

1 影響電氣強度的因素

電氣強度受到下列許多因素的影響：

1) 試驗電壓的頻率、波形和電壓施加的時間

這是最主要的影響因素。對比試驗時要規(guī)定一些特定的邊界條件，以便迅速地進(jìn)行質(zhì)量控制及類比試驗。不同的測量方法給出的結(jié)果不能直接相比，其電氣強度是隨電壓施加時間的增加而減小的。上述同一批產(chǎn)品的連續(xù)升壓電氣強度測量值明顯大于逐級升壓測量值，因為連續(xù)升壓法也叫快速升壓法，高電壓施加的速率快、時間不到 1 min，而逐級升壓法高電壓施加的速率慢、時間約 5 min，施加高壓時間越長對絕緣材料的耐受力考核越嚴(yán)酷，因此長時耐壓值較低，上面的試驗數(shù)據(jù)正好證明了這點。

2) 試樣漆餅的厚度、均勻性和是否存在機械

電氣強度是隨電極間試樣漆餅厚度的增加而減小的，存在應(yīng)力集中、均勻性差的試樣，電氣薄弱環(huán)節(jié)多，因此更容易擊穿。上述試驗中已經(jīng)排除了這方面的影響。

3) 環(huán)境溫度、氣壓和濕度

絕緣材料的電氣強度都隨溫度和濕度的變化而變化，因而必須規(guī)定試樣處理和試驗環(huán)境條件。上述測試試驗環(huán)境條件為(23±2)℃、相對濕度(50±5)%，此因素的影響已排除。

4) 試樣漆餅中存在氣體雜質(zhì)

試樣漆餅中存在氣體雜質(zhì)導(dǎo)致雜質(zhì)氣體電暈放電現(xiàn)象發(fā)生，電氣擊穿首先從此開始直至擊穿為止。

5) 試驗儀器電極的幾何尺寸

JZ-11擊穿儀的電極是上下直徑為 25mm的等徑電極，而HT-50型擊穿電壓測試儀的電極是上部直徑50 mm、下部直徑25 mm的不等徑電極，前者對漆餅接觸面積小，相對電氣薄弱環(huán)節(jié)少，因此大直徑的電極較易擊穿，上述的數(shù)據(jù)驗證了此觀點。

6) 周圍媒質(zhì)的電、熱特性

此試驗是在50 kV的試驗機上進(jìn)行的，為防止試驗產(chǎn)生閃絡(luò)或劇烈放電而無法進(jìn)行，選擇較高電氣強度的絕緣液體媒質(zhì)（如硅油）中進(jìn)行，氣體放電就可避免。

2 電氣強度相關(guān)檢測方法比較

1) GB2643-81與GB/T15023的對比

GB2643-81《電工絕緣無溶劑漆試驗方法》現(xiàn)已被GB/T15023-94《電氣絕緣無溶劑可聚合樹脂復(fù)合物試驗方法》所替代，二者對電氣強度測試方法的主要區(qū)別在于升壓方式不同：GB2643-81規(guī)定為連續(xù)（快速）升壓方式，GB/T15023-94規(guī)定為逐級升壓方式。

2) GJB5504-2005和GJB5871-2006簡介

GJB5504-2005《艦船電機絕緣用H級無溶劑浸漬樹脂規(guī)范》為2005年12月12日發(fā)布，2006年5月1日實施，該標(biāo)準(zhǔn)3.2條表1規(guī)定H級無溶劑浸漬樹脂常態(tài)電氣強度測試指標(biāo)為≥22 MV/m，4.7.9規(guī)定測試方法為連續(xù)升壓法。

GJB5871-2006《航空電機用耐高溫?zé)o溶劑浸漬漆規(guī)范》為2006年12月15日發(fā)布，2007年5月1日實施，該標(biāo)準(zhǔn)3.1條表1規(guī)定航空電機用耐高溫?zé)o溶劑浸漬漆常態(tài)電氣強度測試指標(biāo)為≥20 MV/m，4.5.10規(guī)定測試方法為快速升壓法（也稱連續(xù)升壓法）。

3 針對電氣強度指標(biāo)測試方法差異細(xì)化完善標(biāo)準(zhǔn)測試方法的建議

據(jù)調(diào)查目前國內(nèi)外無溶劑絕緣漆電氣強度采用逐級升壓法測試值一般在 15.0～20.0MV/m之間，指標(biāo)一般定為≥15.0 MV/m；連續(xù)升壓法測試值一般在20.0～25.0 MV/m之間，指標(biāo)一般定為≥20.0 MV/m。

按照 GB/T15023-94規(guī)定，通用型快干無溶劑樹脂使用HT-50型擊穿電壓測試儀、采用逐級升壓方式的電氣強度指標(biāo)定為≥20.0 MV/m；另外，考慮使用方可能由于測試設(shè)備的限制，無法采用逐級升壓的方式進(jìn)行電氣強度的測試，參考GJB5504-2005和GJB5871-2006規(guī)定，使用HT-50型擊穿電壓測試儀、采用連續(xù)升壓方式的電氣強度指標(biāo)定為≥22.0 MV/m。

建議細(xì)化快干無溶劑樹脂電氣強度標(biāo)準(zhǔn)測試方法及指標(biāo)具體如下：

1) 采取連續(xù)升壓方式時，電氣強度測試方法為：升壓速度為2 kV/s，指標(biāo)為≮22.0 MV/m（常態(tài)），擊穿電壓的取值以樣品被擊穿時的瞬間電壓為準(zhǔn)，電氣強度結(jié)果為各樣品電氣強度的平均值；

2) 采取20 s逐級升壓方式時，電氣強度測試方法為：指標(biāo)為≮20.0 MV/m（常態(tài)），擊穿電壓的取值以樣品被擊穿時的瞬間電壓為準(zhǔn)，電氣強度結(jié)果為各樣品電氣強度的平均值。

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[1]GJB5504-2005.艦船電機絕緣用H級無溶劑浸漬樹脂規(guī)范, 2005.

[2]GJB5871-2006. 航空電機用耐高溫?zé)o溶劑浸漬漆規(guī)范. 2006.

[3]GB2643-81. 電工絕緣無溶劑漆試驗方法.

[4]GB/T15023-94. 電氣絕緣無溶劑可聚合樹脂復(fù)合物試驗方法.