GBT 29311-2012 電氣絕緣材料 交流電壓耐久性評(píng)定 通則

I Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 1 1 2 5 8附錄A(資料性附錄)威布爾分布 參考文獻(xiàn) 3 4圖3遞增應(yīng)力下的電壓耐久性曲線 7Ⅲ本標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC/TS61251:2008《電氣絕緣材料交流電壓耐久性評(píng)價(jià)通則》。——GB/T29310—2012電1GB/T29311—2012/IEC/TS耐久性評(píng)定通則IEC60243(所有部分)絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法(Electricstrengthofinsulatingmaterials—2GB/T29311—2012/IEC/TS6樣品sampleE:電應(yīng)力。E?:電氣闕值應(yīng)力。M:一般威布水分布的尺度參數(shù)(兩個(gè)變量)na:有差異的電壓耐久性系數(shù)。R:尺寸比例t:時(shí)間。to:恒定應(yīng)力E?下介質(zhì)擊穿時(shí)間。v:介質(zhì)擊穿應(yīng)力值。在不同的電壓下測(cè)試幾組多個(gè)試樣的樣品可以揭示施加3GB/T29311—2012/IEC/TS61251:曲線的精確繪制需要在不同的電壓下多次試驗(yàn)，并且一些試驗(yàn)需要在導(dǎo)致介質(zhì)擊穿時(shí)間長(zhǎng)的電壓初始部分為短時(shí)低斜率區(qū)域，中間部分(可能很長(zhǎng)時(shí)間)為斜率陡峭的區(qū)域，最后部分趨于水平(見圖1)。不同材料或系統(tǒng)的電壓耐久性曲線形狀可能有很大的變化。E擊穿時(shí)間(或非常接近的0.8E?；?.9E?)做相同應(yīng)力下的恒定電壓試驗(yàn)用以測(cè)定該恒定應(yīng)力下的介質(zhì)擊穿時(shí)間b)應(yīng)檢查并記錄被試試樣和試樣介質(zhì)擊穿的條件，以備后續(xù)試驗(yàn)結(jié)果分析所用，試樣介質(zhì)擊穿的條件應(yīng)保證在高應(yīng)力下的失效模式與其他試樣在較低應(yīng)力下的失效模式4GB/T29311—2012/IEC/TS61251:4.5電壓耐久性系數(shù)(VEC)-n電壓耐久性曲線的斜率是材料或系統(tǒng)對(duì)電應(yīng)力響應(yīng)的反映，n是無量綱參數(shù)。對(duì)低斜率的電壓耐必具有高的電氣強(qiáng)度。如果材料的短時(shí)電氣強(qiáng)度高足以彌補(bǔ)電壓耐久性力下低VEC材料的介質(zhì)擊穿時(shí)間長(zhǎng)，在認(rèn)為材料具有高的電壓耐久性之前，n值應(yīng)與高的平均電氣強(qiáng)4.6有差異的VEC(na)如果電壓耐久線在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中是曲線，曲線的斜率可以通過任上曲線斜率的倒數(shù)值(見圖2)。圖2在電壓耐久性曲線上任意點(diǎn)確定有差異的VEC(na)4.8電壓耐久性關(guān)系L=cE-#…………(1)L——介質(zhì)擊穿時(shí)間c和n是取決于溫度和其他環(huán)境條件的常數(shù)。 (2)5L=c(E一E?)”如果E.趨于0,式(3)為反冪函數(shù)模型，當(dāng)短期和中期數(shù)據(jù)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中擬合成一條直線時(shí)， (4) (5) (6)在雙對(duì)數(shù)曲線圖上對(duì)于具有直線或直線段的電壓耐久性曲線的公式為式(1)和式(2),當(dāng)在雙對(duì)數(shù)In(L)=1n(c)—nln(E) (7)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中式(7)為電壓耐久性直線方程，其斜率為-1/n。由于斜率的倒數(shù)值等于VEC,故VEC也能表示反冪函數(shù)模型的指數(shù)n。試樣的形狀及加工工藝取決于試驗(yàn)?zāi)康摹?duì)于研究目的，已進(jìn)行了以空穴部降解研究，但這不是本標(biāo)準(zhǔn)的范圍。對(duì)于外部放電造成的材料降解的評(píng)定與比較應(yīng)按IEC5.2恒定應(yīng)力試驗(yàn)在恒定應(yīng)力試驗(yàn)中，試驗(yàn)期間施加在試樣上的電壓幅值保持不變。通常所選6GB/T29311—2012/IEC/TS通常，選擇3或4個(gè)不同電壓進(jìn)行試驗(yàn)，提供3或4個(gè)數(shù)據(jù)繪制電壓耐久性曲線，常常4個(gè)點(diǎn)也不數(shù)據(jù)與直線的擬合可以通過回歸分析來建立(見IEC62539),如果認(rèn)為擬合性曲線可擬合成其斜率負(fù)倒數(shù)為VEC的一條直線。如果曲線成彎曲形，斜率為有差異的VEC值對(duì)于任何試驗(yàn)電壓，與不同概率函數(shù)相擬合的介質(zhì)擊穿時(shí)間都可以測(cè)試。如果數(shù)據(jù)符合威布爾分布，試驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為直線(按威布爾坐標(biāo)),直線的斜率為分布的形狀參數(shù)β(參見附錄A)。在不同電壓在試驗(yàn)期間可以檢測(cè)如tanδ或局部放電診斷量，當(dāng)在不同電壓下獲得的ta告表明在較低的應(yīng)力下的失效時(shí)間比在較高應(yīng)力下以趨勢(shì)外推法所通過提高頻率的試驗(yàn)可以檢查電壓閾值，如5.3所示。另一種方法是在低應(yīng)力下評(píng)定電壓耐久性線通常向圖的左邊位移，并且在相同的電應(yīng)力下介質(zhì)擊穿時(shí)間較短。電壓耐久性試驗(yàn)通常在室溫下進(jìn)度的信息。5.3高頻率下試驗(yàn)有時(shí)通過提高施加電壓的頻率來減少試驗(yàn)時(shí)間，工頻f下的介質(zhì)擊穿時(shí)間L:可以通過試驗(yàn)頻率 (8)但式(8)的有效性沒有證明，特別是如果測(cè)試頻率高于工頻f的10倍時(shí)。有時(shí)發(fā)現(xiàn)加速正比與頻率比的冪值高于1,這可能是在高頻下材料受到的不同應(yīng)力條件引起的。眾所周知，介電常數(shù)和tanδ如果存在閾值應(yīng)力，低應(yīng)力下的高頻試驗(yàn)可以提供跡象。如果工頻測(cè)試的結(jié)果表明可能存在一個(gè)7GB/T29311—2012/IEC/TS61251:在遞增應(yīng)力試驗(yàn)中，施加在每個(gè)試樣上的應(yīng)力幅值隨時(shí)間增加。對(duì)于所有試由于可在低追加成本下獲得大量的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理是特別參數(shù)y[見式(A.2)和式(A.3)]。注意如果在不同的電壓遞增速率下的γ是一樣的有恒定的VEC。為了在開始恒定應(yīng)力試驗(yàn)前確定y,較好的辦法是遞增應(yīng)為試驗(yàn)。理論上可以推導(dǎo)出當(dāng)對(duì)不同面積或體積的試樣的試驗(yàn)結(jié)果要報(bào)同尺寸的兩個(gè)元件1和2在對(duì)應(yīng)于相同介質(zhì)擊穿概率下的應(yīng)力E?和E?的比值通過式(9)給出：R——尺寸比率，即元件1和2的尺寸比例(面積或者體積)[見式(A.2)]。遞增應(yīng)力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)通常比恒定應(yīng)力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分散性小。如果電壓耐 (10)n值通常在8～15之間，t。遠(yuǎn)小于tp。遞增應(yīng)力下的介質(zhì)擊穿時(shí)間與恒定應(yīng)力下的通常較小的介8a)遞增應(yīng)力試驗(yàn)或者類似于一個(gè)短時(shí)電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的分步電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)中的平均介質(zhì)擊穿電間to應(yīng)該從電壓為E。的時(shí)候開始測(cè)量；使用一個(gè)零交叉開關(guān)啟動(dòng)試驗(yàn)和用一個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)算根據(jù)式(10),遞增應(yīng)力下的介質(zhì)擊穿時(shí)間tp與恒定應(yīng)力下的介質(zhì)擊穿時(shí)間te的理論比值為(n+a)在5.4提到的高應(yīng)力下預(yù)先性能試驗(yàn)；b)在低應(yīng)力下的恒定應(yīng)力試驗(yàn)。在不同的應(yīng)力下，足夠的試驗(yàn)可以獲得電壓耐久性曲線而得到對(duì)被試材料長(zhǎng)期運(yùn)行狀況可靠的預(yù)測(cè)。在任何情況下至少需要3個(gè)測(cè)試電壓。其他的診斷測(cè)當(dāng)被試材料或系統(tǒng)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中顯示電升高速率對(duì)核對(duì)VEC是有用的。如果曲線顯示出閾值應(yīng)力的傾向，在低于預(yù)期閾值應(yīng)力的5%下進(jìn)行通過分析常規(guī)電壓耐久性曲線，清楚表明在同樣的縱坐標(biāo)(E/E。)值以及其他參數(shù)相同時(shí)VEC越有證明VEC是常數(shù)，應(yīng)報(bào)告其平均值。在曲線的情況下，4.6中描述了有差異的系數(shù)na,測(cè)試na的應(yīng)如果考慮的材料或系統(tǒng)出現(xiàn)一個(gè)技術(shù)上感興趣的電氣閾值應(yīng)力(即電氣閾值應(yīng)力不太低以至它的9a)測(cè)試試樣應(yīng)隨機(jī)來自大批量的產(chǎn)品(來自相同的制造工藝);c)每個(gè)試樣用作同一的測(cè)試單元或測(cè)試目的，每一試驗(yàn)或從一個(gè)試驗(yàn)到另一個(gè)試驗(yàn)期間周圍的在很多情況下，很低介質(zhì)擊穿概率的電壓耐久性曲線比平均值或中值概率的介質(zhì)擊穿時(shí)間的平均值或中值與低概率下的介質(zhì)擊穿時(shí)間的差異是被試材分散函數(shù)。通過增加試樣數(shù)量或每組試樣擊穿的數(shù)量可以得到合理可信的為了對(duì)試驗(yàn)精確性有直接的看法，在電壓耐久性曲線上對(duì)每個(gè)從試驗(yàn)確定的點(diǎn)的置信區(qū)間都應(yīng)F-試驗(yàn)對(duì)核實(shí)數(shù)據(jù)偏離線性容差是有效的，但需要跨越幾十年的數(shù)據(jù)。電壓耐久性系數(shù)值越大，為了精確所需求的數(shù)據(jù)量也就越多制出電壓耐久性腳線圖。雖然如此，電壓耐久性曲線應(yīng)同試驗(yàn)報(bào)告一起完成 制備工藝；----試樣的處理?xiàng)l件(如有) 如果試驗(yàn)結(jié)果是以電壓耐久性系數(shù)的形式給出的，那么曲線應(yīng)該滿GB/T29311—2012/IEC/TS612(資料性附錄)威布爾分布A.1介質(zhì)擊穿時(shí)間的威布爾分布介質(zhì)擊穿時(shí)間的二參數(shù)威布爾分布通常表示如式(A.1)所示：P(t)——時(shí)間t介質(zhì)擊穿概率；β——形狀參數(shù)；α——相對(duì)于P(t)=1-1/e=0.632的時(shí)間。通過兩次取對(duì)數(shù)可得式(A.2):Inln[1/(1—P)]=βln(t以1nln[1/(1-P)]對(duì)1n(t)作圖即得斜率為β的直線。威布爾坐標(biāo)紙是根據(jù)這樣的坐標(biāo)系刻度面特制的坐標(biāo)紙。A.2介質(zhì)擊穿應(yīng)力的威布爾分布介質(zhì)擊穿應(yīng)力的威布爾分布通常表示如式(A.3)所示：y——形狀參數(shù)；m與尺寸比率R成比例(見5.4)。在威布爾坐標(biāo)紙上，可以得到斜率為γ的直線。如果不同尺寸的兩個(gè)元件受到不同的應(yīng)力E?和E?,它們的介質(zhì)擊穿概率P相同，則有式(A.4):根據(jù)式(A.4),很容易推導(dǎo)出5.4中的式(10)。A.3介質(zhì)擊穿應(yīng)力的廣義威布爾分布介質(zhì)擊穿時(shí)間和應(yīng)力的廣義威布爾分布如式(A.5)表示：式(A.5)中E為常數(shù)時(shí)，式(A.5)可轉(zhuǎn)化為式(A.1);t為常數(shù)時(shí)，式(A.5)可轉(zhuǎn)化為式(A.3)。對(duì)因此，在遞增應(yīng)力試驗(yàn)中，威布爾坐標(biāo)紙上概率對(duì)應(yīng)力的直線的斜率為(β+y)而不是γ。然而，通常情況下γ