国际标准IEC602411998第二版绝缘材料电气强度试验方法第1.docx
《国际标准IEC602411998第二版绝缘材料电气强度试验方法第1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国际标准IEC602411998第二版绝缘材料电气强度试验方法第1.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
国际标准IEC602411998第二版绝缘材料电气强度试验方法第1
国际标准IEC60243-1:
1998（第二版）
绝缘材料电气强度试验方法
第1部分：
工频下试验
引言
本国际标准是一系列固体绝缘材料电气强度试验之一部份。
这系列在总标题“绝缘材料电气强度试验方法”下，由三部份组成：
第1部份：
工频下试验（IEC60243-1）；
第2部份：
用直流电压试验时的附加要求（IEC60243-2）；
第3部份：
脉冲试验的附加要求（IEC60243-3）。
1总则
1.1范围
IEC60243的这部份给出了测定固体绝缘材料工频（即48Hz～62Hz）短时电气强度的试验方法。
虽然规定了用液体和气体作为固体绝缘材料试验时的浸渍剂或周围媒质，但本标准不考虑液体和气体的试验。
注：
本标准不包括测定固体绝缘材料表面击穿电压的方法。
1.2参考标准
下列标准所含的条文，通过在本文中的引用成为IEC60243这部份的条文。
在标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准均需修订，鼓励在IEC60243这部份基础上达成协议的各方，去探讨使用下列标准最新版本的可能性。
IEC及ISO成员要继续做好现行有效的国际标准登记工作。
IEC60212:
1971固体电气绝缘材料在试验前和试验时采用的标准条件
IEC60296:
1982变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油规范
IEC60455-2:
1977电气绝缘用无溶剂可聚合树脂复合物规范第2部份：
试验方法
IEC60464-2:
1974有溶剂绝缘漆规范第2部份：
试验方法
IEC60674-3:
1988电气用塑料薄膜规范第2部份：
试验方法
IEC60684-2:
1997绝缘软管规范第2部份：
试验方法
ISO293:
1986塑料压缩模塑热塑性材料试样
ISO294-1:
1996塑料注塑成型热塑性材料试样第1部分：
一般原理及模塑多用途和条形试样
ISO294-3:
1996塑料注塑成型热塑性材料试样第3部份：
小型平板
ISO295:
1991塑料压缩模塑热固性材料试样
ISO10724:
1994塑料热固性模塑料注射成型多用途试样
2定义
对本标准来说，使用下列定义：
2.1电气击穿（electricbreakdown）
当试样承受电应力作用时，其绝缘性能严重损失，由此引起试验回路电流促使相应的回路断路器动作。
注：
击穿常常是由试样和电极周围的气体或液体媒质中的局部放电引起并使得小电极（或两电极，如果两电极直径相同的话）边缘的试样遭到破坏。
2.2闪络（flashover）
试样和电极周围的气体或液体媒质，当其承受电应力作用时绝缘性能的损失，由此引起试验回路电流促使相应的回路断路器动作。
注：
碳化通道的出现或穿透试样的击穿是区分发生了击穿的试验还是发生了闪络的试验。
2.3击穿电压（breakdownvoltage）
2.3.1（在连续升压试验中）在规定的试验条件下，试样遭到击穿的那个电压。
2.3.2（在逐级升压试验中）试样承受住的最高电压，在该电压水平下，整个时间内试样不发生击穿。
2.4电气强度（electricstrength）
在规定的试验条件下，击穿电压与施加电压的两电极之间距离的商。
注：
除另有规定外，应按本标准4.4规定测定两试验电极之间的距离。
3试验的意义
3.1按本标准得到的电气强度试验结果，能用来检测由于工艺变更、老化条件或其它制造或环境情况而引起的性能相对于正常值的变化或偏离，而很少能用于直接测定在实际应用中的绝缘材料的性能状态。
3.2材料的电气强度测试值可受如下多种因素的影响：
3.2.1试样的状态
a）试样的厚度和均匀性，是否存在机械应力；
b）试样预先的处理，特别是干燥和浸渍过程；
c）是否存在气体夹附物、水份或其它杂质。
3.2.2试验条件
a）施加电压的频率、波形和升压速度或加压时间；
b）环境温度、气压和湿度；
c）电极形状、电极尺寸及其导热系数；
d）周围媒质的电、热特性。
3.3在研究还没有实际经验的新材料时，应该考虑到所有这些有影响的因素。
本标准规定了一些特定的条件，以便迅速地判别材料，并可用以进行质量控制和类似的目的。
用不同方法得到的结果是不能直接相比的，但每一结果可提供关于材料电气强度的资料。
应该指出，大多数材料的电气强度随着电极间试样厚度的增加而减小、随电压施加时间的增加而减小的。
3.4大多数材料测得的电气强度受到击穿前的表面放电强度和时延的显著影响。
为了设计直到试验电压无局部放电的电气设备，必须知道材料击穿前无放电的电气强度，但本标准的方法通常不适用提供这方面资料。
3.5具有高电气强度的材料未必一定耐长时期的劣化过程，例如由于局部放电而引起腐蚀或化学变质或当有湿气存在时的电化学变质，而这些过程都会导致在运行中于较低的电场强度下发生破坏。
4电极和试样
金属电极应始终保持光滑、清洁无缺陷。
注：
当对薄试样进行试验时，电极的维护格外重要。
为了在击穿时尽量减小电极损伤，采用不锈钢电极为好。
接到电极上的导线既不应该使得电极倾斜或其他移动或使得试样上压力变化，也不应该使得试样周围的电场分布受到显著影响。
注：
试验非常薄的薄膜（例如，＜5μm厚）时，这些材料的产品标准应规定所用的电极、操作的具体程序和试样的制备方法。
4.1垂直于非叠层材料表面和垂直于叠层材料层向的试验
4.1.1板材和薄片材料包括纸板、纸、织物和薄膜
4.1.1.1不等尺寸电极
电极由两个金属圆柱体组成，其边缘倒圆成半径3mm±0.2mm的圆弧。
其中一个电极的直径为25mm±1mm，高约25mm，另一个电极为直径75±1mm，高约15mm。
两个电极同轴（误差在2mm内）放置如图1a所示。
4.1.1.2等直径电极
如果使用一种可使上下电极准确对中（误差在1.0mm内）放置的装置，则下电极直径可减小到25mm±1mm，两电极直径差不大于0.2mm。
这样测得的结果未必同4.1.1.1不等直径电极测得的结果相同。
4.1.1.3厚样品的试验
当有规定时，厚度超过3mm的板材和片材应单面加工至3mm±0.2mm。
然后，试验时将高压电极置于未加工的面上。
注：
为了避免闪络或因受现有设备限制，必要时可以根据需要，通过机加工把试样制备成更小的厚度。
4.1.2带、薄膜和窄条
两个电极为两根金属棒，每根直径为6mm±0.1mm。
垂直安装在夹具内，使一个电极在另一个电极上面，试样夹在棒的两个端面之间。
上下电极要同心，误差在0.1mm内。
两电极端面应形成与其轴相垂直的平面，端面的边缘半径为1mm±0.2mm。
上电极质量为50g±2g且应能在夹具内的垂直方向自由移动。
图2示出了一种合适的装置。
如果需要使试样在拉伸状态下进行试验，则应将试样夹在架子中，使试样放在如图2所示的规定的位置上。
为达到所需的拉伸，方便的办法是将试样一端缠在旋转的圆棒上。
为了防止窄条边缘发生闪络，可用薄膜或其他薄的绝缘材料条搭盖在窄条边缘夹住试样。
此外，电极周围还可以采用防弧密封圈，只要电极和密封圈之间留有1mm至2mm的环状间隙。
下电极与试样之间间隙（在上电极与试样接触之前）应小于0.1mm。
注：
对薄膜的试验，见IEC60674-2。
4.1.3软管和软套管
按IEC60684-2进行试验。
4.1.4硬管（内径100mm及以下的）
外电极是25mm宽的金属箔带。
内电极是与内壁紧配合的导体，例如圆棒、管、金属箔或充填直径0.75mm到2.0mm的金属球，使与管材的内表面有良好接触。
不管怎样，内电极的每端应至少伸出外电极25mm。
注：
当没有有害影响时，可用凡士林将箔贴到试样的内外表面。
4.1.5管子和空心圆筒（内径大于100mm）
外电极是75mm±1mm宽的金属箔带，内电极是直径25mm±1mm的圆形金属箔，金属箔应相当柔软使之足以适应圆筒的曲率。
该装置示于图3。
4.1.6浇注及模塑材料
4.1.6.1浇注材料
按IEC60455-2制样和试验。
4.1.6.2模塑材料
应用一对球电极，每个球的直径为20mm±0.1mm，在排列电极时，要使得它们共有的轴线与试样平面垂直（见图4）。
4.1.6.2.1热固性材料
应用1.0mm±0.1mm厚的试样，这些试样可以按ISO295压缩模塑成型或按ISO10724注塑成型，其侧面尺寸应足以防止闪络（见4.3.2）。
注：
如果不能应用1.0mm±0.1mm厚的试样，则可用2.0mm±0.2mm厚的试样。
4.1.6.2.2热塑性材料
应用按ISO/DIS294-1和ISO/DIS294-3，ISOD1模型60mm×60mm×1mm注塑成型的试样。
如果这些尺寸不足以防止闪络（见4.3.2）或按有关材料标准规定要求用压缩模塑成型的试样，则应用按ISO293压缩模塑成型的平板试样，其直径至少100mm，厚1.0mm±0.1mm。
注塑或压缩模塑的条件见有关材料标准。
如果没有可适用的材料标准，则这些条件必须经当事者之间协商。
4.1.7硬质成型件
对不能将其置于平面电极间的成型绝缘件，应采用对置的等直径球电极。
通常用作这类试验的电极直径为12.5mm或20mm（见图5）。
4.1.8清漆
按IEC60464进行试验。
4.1.9充填胶
电极是两个金属球，每个球的直径12.5mm～13mm。
水平同轴放置，除另有规定外，彼此相隔1mm±0.1mm并都嵌入充填胶内。
应注意避免出现空穴，特别避免两电极间的空穴。
由于用不同的电极距离得到的结果不能直接相比，因此必须在材料规范和试验报告中注明间隙长度。
4.2平行于非叠层材料表面和平行于叠层材料层向的试验
如果不必区分由试样击穿引起的破坏和贯穿试样表面引起的破坏，则可使用4.2.1或4.2.2的电极，而4.2.1的电极应被优先采用。
当要求防止表面破坏时，应采用4.2.3的电极。
4.2.1平行板电极
4.2.1.1板材和片材
试验板材和片材时，试样厚度为被试材料厚，试样为长方形，长100mm±2mm，宽25mm±0.2mm。
试样间长向侧面应切成垂直于材料表面的两个平行平面。
试样夹在金属平行板之间，两金属板相距25mm，厚度不小于10mm，作为两电极，电压施加在它们上面。
对于薄材料可以用两个或三个试样恰当地放置（即：
使它们的长向侧面形成合适的角度）以支撑上电极。
电极应该有足够大的尺寸，以复盖试样边缘至少超过试样各边15mm，要注意保证试样两侧面的整个面积均与电极良好的接触。
电极的边缘应适当倒圆（半径为3mm～5mm），以免电极的边与边之间的内络（见图6）。
注：
如果现有设备不能使试样击穿，则可以将试样宽度减少至15mm±0.2mm或10mm±0.2mm。
试样宽度的这种减少，必须在报告中予以特别说明。
这种电极仅适用于厚度至少1.5mm的硬质材料的试验。
4.2.1.2管子的圆筒
试验管子和圆筒时，试样是一个完整的环或圆弧长度为100mm的一段环，其轴向长度为25mm±0.2mm。
试样两端应加工成垂直于管或圆筒轴的两个平行面。
将试样放在两平行板之间按4.2.1.1所述的板材和片材的试验法进行试验。
必要时可用2～3个试样来支撑上电极。
电极应有足够大的尺寸以使电极覆盖试样至少超过试样各边15mm，要注意保证试样两侧面的整个面积均与电极良好接触。
4.2.2锥销电极
在试样上垂直试样表面钻两个相互平行的孔，两孔中心距离25mm±1mm。
两孔的直径这样来确定：
用锥度约±2%的铰刀扩孔后每个孔的较大的一端的直径不小于4.5mm而不大于5.5mm。
钻孔的两孔完全贯穿试样，或如果试样是大管子，则孔仅贯穿一个壁厚，并在孔的整个长度上用铰刀扩孔。
在钻孔和扩孔时，在孔周围的材料不应有任何形式的损坏，如劈裂、破碎或碳化。
用作电极的锥形销的锥度为2%±0.2%并将其压入（但不要锤打）两孔，以使它们能紧密配合，并突出试样每一面至少2mm（见图7a和7b）。
这类电极仅适用于试验厚度至少为1.5mm的硬质材料。
4.2.3平行圆柱形电极
对厚度大于15mm的具有高电气强度的试样进行试验时，将试样切成100mm×50mm，并如图8所示钻两个孔，每个孔的直径比每个实际的圆柱形电极的直径大0.1mm或以下。
圆柱形电极直径为6mm±0.1mm，并有半球形端部。
每个孔的底部是半球形以便与电极端配合，使得电极端部和孔的底部之间间隙在任何点都不超过0.05mm。
如果在材料规范中没有另外规定，则两孔沿其长度的侧面相距应是10mm±1mm，每孔应延伸到离相对的表面2.25mm±0.25mm以内。
两种任选形式的出气电极如图8所示。
当使用带小槽的电极时，这些小槽的位置应与电极间的间隙正好相反。
4.3试样
除了上述各条中已叙述过的有关试样的情况外，通常还要注意下面几点：
4.3.1制备固体材料试样时，要注意与电极接触的试样两表面要平行，而且应按材料允许那样的平整光滑。
4.3.2对于垂直于材料表面的试验，要求试样有足够大的面积以防止试验过程中发生闪络。
4.3.3对于垂直于材料表面的试验，不同厚度的试样其结果不能直接相比（见第3条）。
4.4两电极间距离
用来计算电气强度的两电极间距离值应为下列之一（按被试材料的规定）。
a）标称厚度或两电极间距离（除非另有规定，一般均采用此值）；
b）对于平行于表面的试验，为试样的平均厚度或两电极间的距离；
c）在每个试样上击穿点附近直接测得的厚度或两电极间的距离。
5试验前的条件处理
绝缘材料的电气强度随温度和水份含量而变化。
若被材料已有规定，则应遵循此规定。
否则，除非另有商定条件，试样应在（23±2）℃、50%±5%相对湿度，即IEC60212的标准环境大气中处理不少于24h。
6周围媒质
材料应在为防止闪络而选取的周围媒质中试验。
在大多数情况下，符合IEC60296的变压器油是最适用的媒质。
对在矿物油中会引起膨胀的材料，其他的流体，例如硅流体，可能是更合适的。
对击穿电压值相对较低的试样，可在空气中试验，特别是如果要在高温下进行试验的。
应当认识到，即使在中等的试验电压下，在电极边缘的放电也会对测试值造成很大影响。
如果企图在另一种媒质中对某种材料的性能进行试验评定，则可以应用这种媒质。
选取的媒质对试验结果可能有很大影响，特别是对易吸收的材料，如纸和纸板，因此必须在试样制备程序中确定全部的必要步骤（例如干燥和浸渍），以及试验过程周围媒质的状态。
必须有足够的时间让试样和电极达到所要求的温度，但有些材料会因长期处于高温而受到影响。
6.1在高温空气中的试验
在高温空气中作试验，可在任何设计合理的烘箱中进行，烘箱要有足够大的体积来容纳试样和电极，使它们在试验时不发生内络。
烘箱应装有空气循环装置使试样周围的温度在规定温度的±2K内大体上保持均匀，把温度计、热电偶或其它测量温度的装置按实际可能放在实验点附近测量温度。
6.2在液体中的试验
当试验要在绝缘液体中进行时，除非其他液体更合适外，所用液体一般可以符合IEC60296的变压器油。
必须保证液体有足够的电气强度以免闪络。
在具有比变压器油更高的相对介电常数的液体中试验的试样，会出现比变压器油中试验时更高的电气强度。
会降低变压器油或其他液体电气强度的杂质，也可能会增加试样测得的电气强度。
高温下的试验可以在烘箱内的盛液容器中进行（见7.1），也可在以绝缘油作为热传递介质的恒温控制的油浴中进行。
在这种情况下，应采用合适的液体循环措施，以使试样周围的温度大致均匀，并保持在规定的温度±2K内。
7电气设备
7.1电源
用一个可变低压正弦电源供给一个升压变压器来获得试验电压。
变压器及其电源和它的调节装置应具有如下特性。
7.1.1在回路中有试样的情况下，对等于和小于试样击穿电压的所有电压，试验电压的峰值与均方根（r.m.s）值之比为
±5%（1.34…1.48）。
7.1.2电源的容量应足够大使之在发生击穿之前均能符合7.1.1要求。
对于大多数材料，在使用推荐的电极的情况下，通常40mA的输出电流容量已足够。
对于大多数试验来说，电源容量范围为：
对于10kV及以下的小电容试样的试验，其容量为0.5kVA；对于试验电压为100kV以下者则为5kVA。
7.1.3可变低压电源调节装置应能使试验电压平滑、均匀地变化，无过冲现象。
当用一个自耦调节器按第8条施加电压时，所产生的递增的增量不应超过预期击穿电压的2%。
对短时试验或快速升压试验，最好使用马达驱动调节装置。
7.1.4为了保护电源不致损坏，应装有一个装置使在试样击穿的几个周期以内切断电源。
这个装置可以由一个接在高压回路中的电流敏感元件组成。
7.1.5为了限制在击穿时由电流或电压冲击引起的损伤，要求将一个具有合适值的电阻器与电极串联。
电阻值的大小应取决于电极所允许的损伤程度。
注：
应用阻值很高的电阻器可能会导致测得的击穿电压要比应用阻值低的电阻器测得的击穿电压值高。
7.2电压测量
7.2.1按等效均方根值记录电压值。
较好的方法是用一块峰值电压表并将其读数除以
。
电压测量回路的总误差应不超过测得值的5%，该误差中包括了由于电压表的响应时间所引起的误差。
在所用的任何升压速率下，该响应时间引起的误差应大于击穿电压的1%。
7.2.2采用符合7.2.1要求的电压表来测量施加到电极上的电压。
最好将它直接接到电极上，也可通过分压器或电压互感器接到电极上。
如果使用升压变压器的电位线圈来测量电压，则施加到电极上的电压的指示正确度应不受升压变压器负载和串联电阻器的影响。
7.2.3希望在击穿后能在电压表上保留最大试验电压的读数值，从而正确地读出并记录击穿电压，但指示器应对在击穿时发生的瞬变现象不敏感。
8程序
8.1申请试验的文件应注明如下内容：
a）被试样品；
b）试样厚度的测量方法（如果不是标称厚度的话）；
c）试验前的处理；
d）试样数量，若不是5个的话要注明试样数量；
e）试验温度；
f）周围媒质；
g）使用的电极；
h）升压方式；
i）以电气强度或是击穿电压作为报告的结果。
8.2将符合第4条的电极装到试样上，装电极时要防止损伤试样。
使用符合第7条的供电设备，将电压施加到两电极之间，按照9.1到9.5之一的方法增加电压，观察击穿是由试样遭受击穿还是由闪络造成（见第10条）。
9升压方式
9.1短时（快速）试验
9.1.1将试验电压由零开始以均匀的速度上升直至击穿发生。
9.1.2对被试材料选择升压速度，使大多数击穿发生在10s～20s之间。
对于击穿电压有显著差异的材料，有些试样可能会在这些时间范围以外发生破坏。
如果大多数击穿发生在10s～20s之间，则认为试验是满意的。
9.1.3升压速度应从下述中选取：
100V/s、200V/s、500V/s、1000V/s、2000V/s、5000V/s等等。
注：
对于大多数材料，通常使用500V/s的升压速度。
对模塑材料，推荐使用2000V/s升压速率，以便获得与IEC60296相适应的可比数据。
9.220s逐级升压试验
9.2.1应按40%预计的短时击穿电压施加于试样上。
假如不知道这个短时击穿电压预计值，则应按9.1的方法来得到。
9.2.2假如试样耐受这个电压20s还未击穿，则应按表1规定的增量级差增加电压。
每一次增加的电压应立即连续地增加20s直至发生击穿。
表1电压增加的增量（kV，峰值
）
当起始电压（kV）是
增量，kV
≤1.0
起始电压的10%
＞1.0～2.0
0.1
＞2.0～5.0
0.2
＞5.0～10.0
0.5
＞10～20
1.0
＞20～50
2.0
＞50～100
5.0
＞100～200
10.0
＞200
20.0
9.2.3升压要尽可能地快并无任何瞬态过电压。
级间升压所花费的时间应包括在较高一级电压的20s周期内。
9.2.4如果击穿发生在从起始试验算起少于六级的电压内，则用更低的起始电压再做5个试样的试验。
9.2.5根据试样能耐受20s而不击穿的最高标称电压来确定电气强度。
9.3慢速升压试验（120s～240s）
从40%的预计短时击穿电压开始匀速升压，使击穿发生在120s～240s之间。
对于击穿电压有显著差异的材料来说，有些试样可能在这些时间范围内以外发生破坏。
如果大多数击穿发生在120s～240s之间，则认为是满意的。
选择升压速率时应从下列数据中开始选择：
2V/s、5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s、500V/s、1000V/s等等。
9.460s逐级升压试验
除非另有规定，应按9.2进行试验，但每一级中的时延为60s。
9.5很慢速升压试验（300s～600s）
除非另有规定，应按9.3条进行试验，但击穿应发生在300s～600s之间。
从下列数据中选取升压速率：
1V/s、2V/s、5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s等等。
注：
在9.3中所述的120s～240s的慢速升压试验和在9.5中所述的300s～600s的很慢速升压试验所得结果与20s逐级升压（9.2）或60s逐级升压（9.4）所得结果大致相似。
当使用现代自动设备时，前两者较逐级升压试验更为方便些且采用这两种慢速升压试验也使自动设备的使用成为可能。
9.6检查试验
为做检查或耐压试验，要求施加一个预先确定的电压。
即将该电压尽可能快而准确地升到所要求的值，升压过程中不出现任何瞬态的过电压。
然后，将所要求的电压值维持规定的时间。
10击穿的判断
10.1电介质击穿的同时，回路中电流增加和试样两端电压下降。
电流的增加可使断路器跳开或熔断丝烧断。
但是有时也可由于闪络、试样充电电流、漏电或局部放电电流、设备磁化电流或误动作而引起断路器跳开。
因此，断路器应与试验设备及被试材料的特性相匹配，否则，断路器可能会在试样未击穿时动作或当试样击穿时断路器不动作，这样便不能正确地判断出是否击穿。
即使在最好的条件下，周围媒质先击穿的情况还会发生，因此，在试验过程中要注意观察和检测这些现象。
若发现媒质击穿，应在报告中写上。
注：
对漏电检查回路敏感性特别重要的那些材料，在这种材料的标准中也应作同样的说明。
10.2在垂直于材料表面的试验时，要求区分由试样破坏引起的还是由闪络引起的击穿（见4.2）。
这可以通过检查试样或有时用再加一次电压的办法来区分，再加一次的电压值应小于第一次击穿值。
业已发现，比较方便的做法是再加一次一半的击穿电压值，然后按与第一次试验同样的方法升压直到破坏。
11试验次数
11.1除非另有规定，通常应做五次试验，从试验结果的中值来确定电气强度或击穿电压。
如果任何一个试验结果偏离中值的15%以上，则另做五次试验。
然后由十次试验的中值确定其电气强度或击穿电压。
11.2当试验并非用于例行的质量控制时，必须做较多的试样，具体的与材料的分散性和所用的统计分析方法有关。
12报告
除非另有规定，报告应包括下述内容：
a）被试材料的全称，试样及其制备方法的说明；
b）电气强度的中值，以kV/mm表示和/或击穿电压，以kV表示；
c）每个试样的厚度（见4.4）；
d）试验时所用的周围媒质及其性能；
e）电极系统；
f）施加电压的方式和频率；
g）电气强度的各个值，以kV/mm表示和/或击穿电压的各个值，以kV表示；
h）在空气中或在其他气体中试验时的温度、压力和温度，或若在液体中试验时周围媒质的温度；
i
升级会员 