ASTMD149美标标准固体绝缘材料电压击穿的实验方法

商业电源频率下固体电绝缘材料介电击穿电压和介电强度的标准试验方法

1。范围*

1.1本试验方法包括在特定条件下测定工业功率频率下固体绝缘材料介电强度的程序。

1.2除非另有规定，测试应在60Hz。然而，这种测试方法适用于从25到800赫兹的任意频率。在高于800 Hz的频率下，介电加热是一个潜在的问题。

1.3本试验方法旨在与任何ASTM标准或涉及本试验方法的其他文件一起使用。对该文档的引用需要要使用的特定选项（见5.5）。

1.4适用于各种温度，以及在任何合适的气态或液体周围介质中。

1.5本试验方法并非用于测量在试验条件下为流体的材料的介电强度。

1.6本试验方法不适用于测定固有介电强度、直流电压介电强度或电应力下的热失效(参见试验方法D3151)。

1.7这种试验方法常用于通过测试试样的厚度(穿孔)确定介电击穿电压。它也适用于确定固体样品与气体或液体周围的介质击穿电压介质（闪络）。通过添加修改部分12的指令，该测试方法也适合用于验证测试。

1.8这种测试方法与IEC出版物243-1相似。该方法的所有步骤都包含在IEC 243-1中。这种方法和IEC 243-1之间的差异主要是社论。

1.9本标准并不旨在解决与使用有关的所有安全问题，如果有的话。本标准的使用者有责任建立适当的安全和健康做法，并在使用前确定管制限制的适用性。具体危险陈述在第7节中给出。

也见6.4.1。

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3.1定义：

3.1.1介电击穿电压(电击穿电压)，n-在位于两个电极之间的电绝缘材料中，在规定条件下发生介电击穿的电位差。（也见附录X1）。

3.1.1.1讨论术语电介质击穿电压有时被缩短为“击穿电压”。

3.1.2介电失效(被测试)，n-通过被测试的介质中的电导增加来证明的事件，该电导增加限制了可维持的电场。

3.1.3介电强度，n-在特定试验条件下绝缘材料发生介电破坏的电压梯度。

3.1.4电强度，n见介电强度。

4.1讨论中，“电强度”几乎是普遍使用的。

3.1.5闪络，n-在电绝缘表面或周围介质中的破坏性放电，这可能或可能不会对绝缘造成yongjiu性损坏。

3.1.6关于固体绝缘材料的其他术语的定义，参见术语D1711。

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4。试验方法综述

4.2zui常见的是，使用简单的测试电极在试样的相对面上施加测试电压。试样的选择是模塑或浇铸，或者从平板或板上切割。其他电极和样本配置也适合于用于适应样本材料的几何形状，或者用于模拟评估材料的特定应用。

4.1的交变电压在商业电源频率（60赫兹，除非另有规定）应用于测试样品。在三种规定的电压施加方法之一中，电压从零或从远低于击穿电压的电平增加，直到测试试样发生介电破坏。

5。意义与应用

5.1对于存在电场的任何应用，电绝缘材料的介电强度是感兴趣的特性。在许多情况下，材料的介电强度将是在使用该装置的设计中的决定因素。

5.2本文所述的试验适合于提供确定材料是否适合于给定应用所需的部分信息，并且也适合于检测由于加工变量、老化条件或ot而导致的与正常特性的变化或偏差。她的制造业或环境状况。该试验方法可用于过程控制、验收或研究试验。

5.3在实际应用中，用这种试验方法得到的结果很少能直接用于确定材料的介电行为。在大多数情况下，有必要通过与其他功能测试或其他材料或两者的测试所得到的结果进行比较来评估这些结果，以便估计它们对特定材料的重要性。

5.4第12节规定了三种电压施加方法：方法A，短时间试验；方法B，逐步试验；方法C，缓慢上升率试验。方法A是zui常用的质量控制试验。然而，较长时间的测试，通常给出较低测试结果的方法B和C，当不同材料相互比较时，可能给出更有意义的结果。如果具有电机驱动电压控制的测试集可用，则慢上升速率测试比逐步测试更简单和更可取。从Methods B和C得到的结果是相互比较的。

5.5条规定使用本试验方法的文件也应规定：

5.5.1电压施加方法，

5.5.2电压上升率，如果缓慢上升率法，5.5.3样本选择、制备和调节，

5.5.4周围介质和温度在测试过程中，

5.5.5电极，

5.5.6在可能的情况下，电流敏感元件的失效准则，以及

5.5.7与所建议的程序的任何期望偏差。5.6如果文件中缺少5.5中所列的任何要求，则应遵循关于几个变量的建议。

5.7除非规定5.5中所列的项目，否则参照本试验方法进行的试验不符合本试验方法。如果在测试期间不严格控制5.5中列出的项目，则可能无法获得15.2和15.3中所述的精度。

5.8电流传感元件的失效准则(电流设置和响应时间)的变化显著地影响试验结果。

5.9附录X1。对电介质强度测试的意义进行了更全面的讨论。

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6.1.3根据12.2，对可变低压源的控制应能够平稳、均匀地变化电源电压和由此产生的测试电压，并且没有过冲或瞬变。在任何情况下，不允许峰值电压超过所指示的RMS测试电压的1.48倍。电动机驱动的控制用于短时间（见2.2.1）或缓慢上升率（参见2.2.3）测试。

6.1.4配备一个电路断路器的电压源，它将在三个周期内运行。该设备应将电压源设备与电源设备断开，并保护其免受由于试样击穿导致测试设备过载而造成的过载。如果击穿后电流延长，将导致测试样品的不必要燃烧、电极的点蚀以及任何液体周围介质的污染。

6.1.5对于断路装置来说，在升压变压器次级中具有可调电流感测元件很重要，以便允许根据样本特性进行调整并布置成感测样本电流。设置感测元件以响应如12.3所定义的指示试样击穿的电流。

61.6当前的设置可能对测试结果有显著的影响。设置得足够高，以便瞬变（例如局部放电）不会使断路器跳闸，但不要太高，以致于试样在击穿时发生过度燃烧，从而导致电极损坏。*电流设置对于所有样品都不相同，并且取决于材料的预期用途和测试的目的，通常希望在一个以上的电流设置下对给定样品进行测试。电极面积可能对电流设置的选择有显著影响。

61.7有可能试样电流传感元件将在升压变压器的初级。根据试样电流校准电流检测刻度盘。

61.8在设定当前控制的反应中进行运动护理。如果控制设置得太高，则电路在发生故障时不会响应；如果设置得太低，则有可能对泄漏电流、电容电流或局部放电(电晕)电流作出响应，或者当传感元件位于初级时，对升压变压器作出响应。磁化电流

6.2电压测量-必须提供电压表来测量RMS测试电压。如果使用峰值读取伏特计，则将读数除以2，以得到均方根值。电压测量电路的总误差不应超过测量值的5%。此外，电压表的响应时间应使其在任何上升速率下其时间滞后不超过满刻度的1％。

6.2.1使用与测试变压器上的样品电极或单独的电压表绕组连接的电压表或电位互感器测量电压，该电压表或电位互感器不受升压变压器负载的影响。

6.2.2在击穿后将zui大施加的测试电压的读数保持在电压表上，以便能够准确地读出和记录击穿电压。

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6.3电极-对于给定的样品结构，介电击穿电压可能根据测试电极的几何形状和位置而显著变化。由于这个原因，在规定这种试验方法时描述要使用的电极和在报告中描述它们很重要。

6.3.1表1中列出的电极之一应参照本试验方法的文件规定。如果未电极，则从表1中选择一个适用的电极，或者当由于被测试材料的性质或结构而无法使用标准电极时，使用双方都可接受的其他电极。一些特殊的电极。在任何情况下，电极必须在报告中描述。

6.3.2表1的类型1至4以及类型6的电极应在电极的整个平坦区域内与测试样品接触。

6.3.3使用7型电极测试的试样应为在测试期间，试样的所有部分都在电极边缘内且距离电极边缘不少于15mm的大小。在大多数情况下，使用7型电极的测试是用电极表面的平面进行的。

垂直位置。用水平电极进行的试验不应与用垂直电极进行的试验直接比较，特别是当在液体周围介质中进行试验时。

6.3.6每当电极的大小或形状不同时，确保存在zui低应力集中(通常尺寸较大、半径zui大)的电极处于接地电位。

6.3.7在一些特殊情况下，使用液态金属电极、箔电极、金属丸、水或导电涂层电极。必须认识到，这些结果可能与其他类型的电极得到的结果大不相同。

6.3.8由于电极对试验结果的影响，经常可以通过使用多种类型的电极进行测试来获得关于材料(或一组材料)的介电性能的附加信息。这项技术对于研究测试具有特别的价值。

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6.3.3使用7型电极测试的样品应具有这样的尺寸，即在测试期间，样品的所有部分都在电极边缘内，并且离电极边缘不少于15mm。在大多数情况下，使用7型电极的测试是在垂直位置上用电极表面的平面来进行的。用水平电极进行的试验不应与用垂直电极进行的试验直接比较，特别是当在液体周围介质中进行试验时。

6.3.4保持电极表面清洁光滑，避免因先前试验而凸出的不规则现象。如果出现凹凸，必须予以去除。

6.3.6每当电极的大小或形状不同时，确保存在zui低应力集中(通常尺寸较大、半径zui大)的电极处于接地电位。

6.3.7在一些特殊情况下，使用液态金属电极、箔电极、金属丸、水或导电涂层电极。必须认识到，这些结果可能与其他类型的电极得到的结果大不相同。

6.3.5重要的是，电极的初始制造和随后的再表面处理应保持电极及其边缘的特定形状和光洁度。电极表面的平整度和表面光洁度必须使电极的整个区域与测试样品紧密接触。表面光洁度在测试极薄的材料时尤其重要，因为表面光洁度不当会造成物理损伤。ED电极当重铺表面时，不要改变电极面与任何的边缘半径之间的过渡。

6.3.8由于电极对试验结果的影响，经常可以通过使用多种类型的电极进行测试来获得关于材料(或一组材料)的介电性能的附加信息。这项技术对于研究测试具有特别的价值。

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6.4环境介质-调用这个测试方法的文档需要环境介质和测试温度。由于必须避免闪络，并且在击穿之前模拟局部放电的影响，即使对于短时间试验，在绝缘液体中进行试验通常也是优选的，有时是必要的(见6.4.1)。那些在空气中获得的。绝缘液体的性质和以前使用的程度是影响测试值的因素。在某些情况下，空气中的测试将需要过大的试样或导致严重的表面放电和燃烧。

故障。一些用于空气测试的电极系统利用电极周围的压力垫圈来防止闪络。电极周围的垫圈或密封件的材料有可能影响击穿值。

6.4.1在绝缘油中进行试验时，应提供足够尺寸的油浴。（警告-在高于10kV的电压下测试时不建议使用玻璃容器，因为在击穿时释放的能量可能足以击碎容器。）金属浴缸必须接地。

建议使用符合D3247、I或II规格要求的矿物油。它应具有至少26 kV的测试方法D87所确定的介质击穿电压。如果的话，其它介电流体适合用作周围介质。这些液体包括但不限于，用于变压器、断路器、电容器或电缆中的硅油流体和其他液体。

4.4.1.1绝缘油的质量有可能对试验结果有明显的影响。除了上述介质击穿电压之外，当非常薄的试样（25μm（1密耳）或更小）被测试时，颗粒污染物尤为重要。根据油的性质和所测试材料的性质，其他性质，包括溶解气体含量、水含量和油的耗散系数也有可能影响结果。频繁更换机油，或者使用过滤器和其他修复设备，对于zui小化机油质量的变化对试验结果的影响是重要的。

1.4.1.2使用具有不同电性能的液体获得的击穿值常常是不可比的。（见X1.4）。

7)如果要在室温以外的温度下进行试验，则浴缸必须配备有加热或冷却液体的装置，以及确保温度均匀的装置。在一些情况下，小浴缸可以放在烤箱里（见4.4.2），以便提供温度控制。如果提供流体的强制循环，必须注意防止气泡被搅入流体中。除非另有说明，温度应保持在电极规定的试验温度的65°C以内。在许多情况下，规定要在绝缘油中测试的样品必须事先用油浸渍，而不能在测试前从油中除去(参见实践D2413)。对于这样的材料，浴槽必须具有这样的设计，即在测试之前不需要将样品暴露于空气中。

64.2如果在空气中的试验是在环境温度或湿度以外进行的，则必须为试验提供烘箱或控制湿度室。烤箱会议D5423规范的要求以及提供用于引入测试电压的装置将适用于仅控制温度的情况。

6.4.3在除空气之外的气体中进行试验通常需要使用室，这些室可以抽空并填充试验气体，通常在一些受控的压力下。

设计D149－094将根据所要进行的试验程序的性质来确定这样的舱室。

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6.5试验室-进行试验的试验室或区域应具有足以容纳试验设备的尺寸，并应设置联锁以防止与任何带电部件意外接触。电压源、测量设备、浴缸或烤箱和电极的多种不同的物理布置是可能的，但重要的是：(1)所有提供通向有带电部件的空间的门或门都互锁以切断电压源。(2)间隙足够大，使得电极和试样区域内的场不会变形，除了试验电极之间不会发生闪络和局部放电(电晕)；和(3)试验之间的试样插入和替换非常简单。

尽可能方便。在测试过程中对电极和测试样品的目视观察是经常需要的。

7。危害

7.1警告，可能有致命的电压将在本次试验中出现。为了安全操作，必须正确地设计和安装测试设备和所有与之电气连接的相关设备。在测试过程中牢固地研磨任何人可能接触的所有导电部件。提供在任何测试完成时使用的方法，以将下列任何一种情况下的部分接地：（a）在测试过程中处于高电压；（b）在测试过程中有可能获得诱导电荷；（c）即使在断开连接后仍有可能保持电荷；电压源。充分地指导所有操作工正确地进行试验。制作高压时测试，特别是在压缩气体或油中，有可能在击穿时释放的能量将足以导致测试室的火灾、爆炸或破裂。设计测试设备、测试室和测试样本，以减少此类事件发生的可能性，并消除人身伤害的可能性。

7.2警告臭氧是在高浓度的生理上有害气体。暴露限值是由政府机构制定的，通常是根据美国政府工业卫生学家的建议制定的。8的臭氧很可能存在于任何足以引起空气中部分或*排放的电压中。含氧大气。臭氧具有*的气味，zui初在低浓度时可以识别，但持续吸入臭氧可导致对臭氧气味的暂时丧失敏感性。因此，无论何时臭氧持续存在或当臭氧生成条件继续时。使用适当的方法，如排气口，以减少臭氧浓度在工作区域内可接受的水平。

8。抽样

8.1对被测试材料的详细抽样程序需要在该材料的规范中进行定义。

8.2为质量控制目的的取样程序应规定收集足够的样品以估计被检查批次的平均质量和可变性，并规定从取样时起对样品进行适当保护，直至制备测试样品；在实验室或其他试验区开始。

8.3为了大多数测试的目的，从材料中没有明显缺陷或不连续性的区域取样。避免外层几层卷材、包装纸的顶部几层或紧挨着纸张边缘的材料；滚动，除非存在或接近缺陷或不连续性在材料的研究中是有意义的。

8.4样品应大到足以允许制造特殊材料所需的许多单独测试

9。试样

9.1准备和处理：

91.1根据从第8节收集的样品制备样品。

9.1.2在使用平面电极时，与电极接触的试样的表面应尽可能为光滑的平行平面，而不需要实际表面加工。

91.3试样应具有足够的尺寸以防止在试验条件下的闪络。对于薄材料来说，使用足够大的样本来允许对单个试件进行多次测试通常是很方便的。

9.1.4对于较厚的材料(通常超过2毫米厚)，击穿强度可能足够高，以至于在击穿之前会发生闪络或强烈的表面局部放电(电晕)。适用于防止闪络或减少局部放电（电晕）的技术包括：

91.4.1在试验过程中将试样浸入绝缘油中。见X1.4.7对周围介质影响击穿的因素。对于未干燥和浸渍油的样品，以及根据实践准备的样品，这通常是必要的。

例如，D2413。（见6.4）

91.4.2在试样的一个或两个表面上加工一个凹槽或一个平底孔，以减小试验厚度。如果使用不同的电极（如表1的类型6），并且只有一个表面需要加工，则两个电极中的较大电极应与加工表面接触。在加工试样时，必须注意不要污染或机械损坏它们。

91.4.3在电极周围施加密封或护罩，与试样接触以减少闪络的倾向。

9.1.5非平板形式的材料应使用适合于材料和样品几何形状的样品（和电极）进行测试。重要的是，对于这些材料，试样和电极都在材料规范中定义。

91.6无论材料的形式，如果是其他测试进行表面到表面的穿刺强度，在材料规范中定义试样和电极。

9.2在几乎所有的情况下，试样的实际厚度是重要的。除非另有说明，在测试区域附近立即测量厚度。应采用适当的试验方法，在室温（25～6°C）下进行测量。