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耐電弧試驗機(高電壓小電流試驗儀)參數及使用介紹
點擊次數:27 發布時間:2020-11-10

GBT 1411-2002幹固體絕緣材料耐高電壓、

小電流電弧放電的試驗

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一、範圍

本標準敘述的試驗方法能夠提供同類絕緣材料當其被暴露於高電壓、小電流電弧放電時,它們之間耐受發生在緊靠表麵損壞情況的初步差異。

電弧放電引起局部熱的和化學的分解與腐蝕並終在絕緣材料上形成導電通道。試驗條件的嚴酷程度是逐漸增加的:開始幾個階段,小電流電弧放電反複中斷,而到了後來幾個階段,電弧電流逐級增大。

由於本試驗方法操作方便和試驗所需要的時間短,因此,它適用於材料初步篩選、檢查材料組分變化的影響和質量控製檢驗。

過去使用本試驗方法的經驗表明,熱固性材料試驗結果的再現性是可以接受的。而對熱塑性材料,一些實驗室報告表明,其試驗結果出現不能接受的大的偏差,這就導致本推薦方法不能應用於熱塑性材料的試驗。

注:正試圖在試驗過程中通過控製電極壓力和穿入材料的深度,以減小熱塑性材料試驗結果的分散性。不采取這種控製電極的措施而就對許多熱塑性材料進行試驗,這樣的試驗可能沒太大意義。

通常,不允許隻根據本試驗方法就對一些材料的相對耐電弧等級作出結論,因為這些材料可能受製於其他類型的電弧作用。

材料的相對耐電弧等級可能與那些由潮濕耐漏電起痕試驗(例如IEC 60112,IEC 60587及IEC 61302)獲得的等級不同,也與材料在實際使用中的工作狀況不同,因為在這些場合中,材料承受電弧放電的強度、重複頻率以及時間等的差別很大。

二、規範性引用文件

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件,其隨後所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用於本標準,然而,鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的版本。凡是不注日期的引用文件,其版本適用於本標準。

IEC 60112:1979固體絕緣材料在潮濕條件下相比漏電起痕指數和耐漏電起痕指數的測定方法

IEC 60212:1971固體電氣絕緣材料在試驗前和試驗時采用的標準條件

IEC 60587:1984評定在嚴酷環境條件下使用的電氣絕緣材料耐漏電起痕和蝕損的試驗方法

IEC 61302:1995電氣絕緣材料評定耐漏電起痕和蝕損的方法旋轉輪沉浸試驗

三、定義

下列定義適用於本標準。

3.1

失效failure

當被試材料內形成導電通道時,認為材料已經失效。如果電弧引起某一材料燃燒和當電弧被切斷後材料還繼續燃燒,則也認為材料已經失效。

注1:當電弧放電因深入材料內部而消失時,回路電流通常會發生變化且聲音發生明顯改變。

 

注2:對某些材料,在電極間電弧全部熄滅前,在相當長的時間範圍內,朝失效發展的趨勢增加,僅當所有電弧已熄滅才發生失效。

注3:對某些材料,在電弧已經熄滅之後,在靠近電極處可能觀察到持續的火花。不應該把這種火花視為屬於電弧部分。

注4:如果在電弧中斷期間材料繼續燃燒,則材料的這種伴隨電弧而發生的燃燒,隻能視為失效。在其他情況下,繼續試驗下去直至形成導電通道。

注5:即使材料以後又恢複電弧放電,仍然以整個電弧的次熄滅為失效。

3.2

耐電弧 arc resistance

從試驗開始直至試樣失效的總時間,秒。

四、設備

4.1試驗回路

試驗設備電氣回路的主要部件如圖1所示。

注:次級回路接線雜散電容應小於40pF。大的雜散電容可能會幹擾電弧的形狀並影響試驗結果。

4.1.1變壓器,TV

該變壓器的額定次級電壓(開路)為15kV,額定次級電流(短路)為60mA,線路頻率為48Hz~62Hz。

4.1.2可變比自耦變壓器,TC

額定容量為1kVA且與線路電壓匹配。

注:推薦初級電壓電源變化保持±2%。

4.1.3電壓表,VL

AC電壓表,其準確度為±0.5%,能讀出電源電壓的%。

4.1.4毫安表,A

一種的有效值a.c.毫安表,能讀出10mA~40mA,準確度為±5%。由於該毫安表僅當進行設定或改變回路時才用到它,因此,不用時可通過一個旁路開關使其短路。

注:盡管已經采取措施抑製電弧電流的射頻分量,但當試驗設備進行次組裝時,可能還是需要檢查射頻分量是否存在。的做法是應用一個合適的熱電偶射頻(r.f.)型毫安表暫時與該毫安表串聯起來。

4.1.5電流控製電阻器,R10,R20,R30及R40

需要四個電阻器與變壓器TV的初級串聯。這些電阻器必須在一定範圍內可調,以便在校正過程允許對電流進行準確設定。R10總是接在回路中以便提供10mA電流。

4.1.6抑製電阻器,R3

額定電阻為15kΩ±1.5kΩ並至少24W。該電阻器與電感(見4.1.7)一起用作抑製電弧電路中的寄生高頻。

4.1.7空芯電感器,X3,1.2H~1.5H

注:用單個線圈構成的這種電感器是不實用的,令人滿意的電感器是將導線繞在直徑約12.7mm和內長15.9mm的絕緣非金屬芯子上的8個3000匝~5000匝的線圈串聯而成。

4.1.8斷電器,B

由電機驅動或電子儀器操作的斷續器是用作按表1的預定程序進行切斷和接通初級回路,以便獲得該試驗的三個較低階段所需要的周期。斷續器的準確度為±0.008s。

4.1.9計時器,TT

秒表或電動計時器,準確至±1s。

4.1.10接觸器,CS

當罩在電極裝置上的通風防護罩降至設定位置時,該通風防護罩觸動常開(NO)微型開關,而微型開關又使接觸器CS動作並將變壓器TV與回路接通,使得高壓HV施加於電極上。當通風防護罩升起時,變壓器斷開,操作者得到保護。

4.2電極和電極裝置

4.2.1電極

電極由直徑2.4mm±0.05mm無裂紋、凹痕或粗糙疵點的鎢棒製成。活動電極長至少20mm。推薦將這個活動電極固定於把柄上,使得在削尖後的電極能準確定位。該電極應經研磨拋光,以形成與軸線夾角為30°±1°的平橢圓麵。圖2展示出固定於合適把柄上的電極的一個實例。

注1:已發現鎢焊條是適用於這種電極的。

注2:在削尖過程中,采用鋼製夾緊裝置夾持電極,有助於保證將尖頭電極加工成所要求的幾何形狀。

4.2.2電極裝置

該裝置提供了一種夾持電極和試樣的方法,使得電弧按正確的角度施加於試樣的上部表麵。該裝置應這樣構成,使得每一個試樣上部表麵在每一次試驗時都處在同一高度上。應調節每一電極,使得它以0.5N±0.05N的力無約束地靜置於試樣上。不應對試樣進行抽風,隻有當試驗過程中試樣釋放出煙霧或氣體時,才允許把這些燃燒產物排放掉。

兩個電極應該這樣定位,使得當這兩個電極靜置於試樣上時,它們是處在同一個垂直麵內且它們與水平方向傾斜35°±1°(這樣,兩電極軸間夾角為110°±2°),如圖3所示。橢圓表麵的短軸應成水平,兩間隔調節到6.35mm±0.1mm。

從略高於試樣的平麵位置,應提供觀察電弧的清晰視域。

注:對氣流的要求,正在考慮之中。

4.2.3清洗和削尖電極

4.2.3.1清洗電極

a)每一次試驗後,應該用不起毛的實驗室用的紙巾蘸以丙酮或乙醇之類溶劑清洗電極,再用去離子水擦洗電極,然後用幹淨的、幹的不起毛的紙巾將其擦幹。

b)如果經過上述清洗後還有過量燃燒產物殘留在電極上,那麽,已經證明,施加一次約1min、40mA連續電弧(在原位置上無試樣)對清除殘留物是有效的。

4.2.3.2削尖電極

當在放大15倍下觀察電極時,電極應保持原始橢圓麵狀態且無毛刺或粗糙邊緣。

如果不符合上述要求,則應削尖電極。

4.3試驗箱

為防止通風,試驗箱應是不通風的密閉箱,其尺寸不小於300mm×150mm×100mm。

4.4校準

4.4.1開路工作電壓

開路狀況下,將電壓調節至12.5kV。根據開路的初級電壓對次級電壓的比,用電壓表VL測量該電壓。

4.4.2次級電流的調節

將兩個電極按準確間隔距離置於陶瓷塊上,在關閉通風防護罩情況下,給設備施加電壓並用可變電阻器R10,R20,R30及R40調節電流。

五、試樣

5.1對材料作正規比較時,應在每一材料的試樣上至少做5次試驗。

5.2試樣厚度應是3mmmm。應用其他厚度時應予以報告。

5.3每一試樣應具有必要的尺寸,使試驗在平坦表麵上進行並可使電極裝置既應距試樣邊緣不少於6mm,又應距先前試驗過的地方不少於12mm。試驗薄的材料時,要預先把它們緊緊地夾在一起,使形

成的試樣厚度盡可能接近推薦的厚度。

5.4當試驗模塑部件時,應施加電弧於被認為有意義的位置。部件的比較試驗,應在類似的位置進行。

5.5試驗前應使用合適的方法去除粉塵、濕氣和指印等。

警告:該清除程序可能對材料有影響。

六、條件處理

除另有規定外,試樣應在23℃±2℃、50%±5%相對濕度(按IEC 60212中的標準大氣B)標準大氣中至少暴露24h。

七、程序

7.1測定耐電弧時,置試樣於電極裝置內並調節電極間距至6.35mm±0.1mm。

7.2接通試驗回路並觀察起始電弧、漏電起痕進展和被試材料的任何奇特現象。如果任何試驗階段的次試驗進展正常,則隨後的試驗就不必再仔細觀察。

警告:在觀察電弧過程中,操作者要配戴防紫外線眼鏡或應用紫外線遮護板。

觀察起始電弧以便確定它是否仍然保持平的且緊靠試樣表麵。如果電弧頂部處於試樣表麵上方約2mm或者電弧爬向電極上方而不再保持在電極處或者發生不規則的閃爍,則表明回路常數不正確或者材料正在以*大速率釋放出氣體產物。

7.3每次1min試驗結束時,電弧嚴酷程度將按表1所示順序增加,直至按3.1定義發生失效。失效時,應立即切斷電弧電流並停止記時。記錄5次試驗的每一次到達失效的時間(s)。

八、結果

8.1本試驗的結果是以秒表示的失效時間。

注:許多材料常常是在嚴酷程度發生變化後的開頭幾秒內失去抵抗能力的。當對材料的耐電弧作比較時,兩者差異處於兩個階段交替的那幾秒要比處於單個階段內所經過的相同的那幾秒時間重要的多。因此,耐電弧在178s與182s之間和耐電弧在174s與178s之間兩者存在著很大的差異。

8.2已經觀察到的四種通常失效類型

8.2.1由於許多無機電介質變成白熱狀態,致使它們變成能夠導電。然而,當冷卻時,它們又恢複到其原先絕緣狀態。

8.2.2某些有機複合物突然發生火焰,但在材料內不形成明顯的導電通道。

8.2.3另外一些材料可見到因漏電起痕而導致失效,即當電弧消失時,在電極間形成一條細金屬絲似的線。

8.2.4第四種類型是表麵發生碳化直至出現足夠的碳而形成導電。

九、報告

試驗報告應包括下述內容:

9.1被試材料的鑒別和被試的厚度。

9.2試驗前的清洗和條件處理的細節。

9.3耐電弧時間的中值、小值和大值。

9.4觀察到的特殊現象,例 如,燃燒和軟化。

 

表1 每階段1min的程序

階段

電流/mA

時間周期·/s

總時間/s

1/8

10

1/8通,7/8斷

60

1/4

10

1/4通,3/4斷

120

1/2

10

1/4通,1/4斷

180

10

10

連續

240

20

20

連續

300

30

30

連續

360

40

40

連續

420

在開頭的三個階段,規定了中斷電弧,目的是使試驗不如連續電弧那麽嚴酷。電流規定為10mA,因為電流再小可能會使電弧不穩定或閃爍。

 

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單位為毫米

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1—把柄;

2—電極     圖2 安裝在把柄內的電極(示例)

 

單位為毫安

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 圖3 電極裝置(示例)

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