(高清版)GB∕T 29311-2020 電氣絕緣材料和系統(tǒng)交流電壓耐久性評定

電氣絕緣材料和系統(tǒng)交流電壓耐久性評定國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T29311—2020/IEC61 Ⅲ 1 1 1 25試驗方法 5 8附錄A(資料性附錄)威布爾分布 ⅢGB/T29311—2020/IEC61251:2015本標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T29311—2012《電氣絕緣材料交流電壓耐久性評定通則》,與GB/T29311———刪除了符號“Es,n,tpo,v'”(見2012年版的3.2);——GB/T29310—2012電氣絕緣擊穿數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析導(dǎo)則(IECGB/T29311—2020/IEC6125緣材料和系統(tǒng)的交流電壓耐久性十分復(fù)雜，因為電壓耐久性試驗結(jié)果受多種1GB/T29311—2020/IEC61251:2015電氣絕緣材料和系統(tǒng)下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引IEC62539電氣絕緣擊穿數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析導(dǎo)則(Guideforthestatisticalanalysisofelectricali壽命life2GB/T29311—2020/IEC61251:2015h,k:指數(shù)模型常數(shù)。精確繪制VE圖需要進(jìn)行三個以上不同電壓下的測試，并且在某一電3GB/T29311—2020/IEC6125時間是不同的(見圖2的na)。電應(yīng)力電應(yīng)力El。擊穿時間log/b)應(yīng)檢查并記錄被測試樣、擊穿路徑及試樣介電擊穿的條件，以用于后續(xù)試驗結(jié)果VE曲線的斜率n是絕緣材料或系統(tǒng)對電應(yīng)力響應(yīng)的反映，是無量綱參數(shù)。對斜率較小的VE曲線(如VEC數(shù)值較大),電應(yīng)力小幅降低會使壽命大幅提高。斜率的倒數(shù)與式(1)中的指數(shù)值n一致，會出現(xiàn)在相同電應(yīng)力下低VEC材料的介電擊穿時間長。因此，應(yīng)注意n值的選擇與高的平均電應(yīng)力4.6非常數(shù)的VEC(na)如果VE線在雙對數(shù)坐標(biāo)系中為曲線，則可通過曲線上任意一點(diǎn)的切線測量斜率。按第5章描述的絕對值(見圖2)。4GB/T29311—2020/IE圖2在VE曲線上的任意一點(diǎn)確定非常數(shù)的VEC(na)4.7電應(yīng)力閾值(E,)如果VE曲線隨著電應(yīng)力下降變得趨于水平，這表明存在一個限值應(yīng)力E,,低于該值時，電老化可忽略不計，該值稱為電應(yīng)力閾值。通過適當(dāng)持續(xù)時間的試驗可監(jiān)測VE曲線呈現(xiàn)水平的趨勢。然而，試驗并非總是在合理的時間內(nèi)成功呈現(xiàn)這種趨勢，某些絕緣材料或系統(tǒng)即使試驗時間很長也不會出現(xiàn)電應(yīng)力閾值。4.8電壓耐久性關(guān)系電壓耐久性關(guān)系(VE關(guān)系)是電應(yīng)力或電壓作用下的壽命數(shù)學(xué)模型，即電氣強(qiáng)度和介電擊穿時間的關(guān)聯(lián)公式，該式可通過VE曲線圖表示。如果在雙對數(shù)圖中VE曲線為直線，則該式為式(1):L=cE……(1)L——介電擊穿時間或者失效時間或者壽命；E——電應(yīng)力；c和n——取決于溫度和其他環(huán)境條件的常數(shù)，其中c是反冪函數(shù)模型常數(shù)，n是符合電壓耐久性系數(shù)的反冪函數(shù)模型應(yīng)力指數(shù)。式(1)為反冪函數(shù)模型，即電壓—壽命模型，通常用于處理固體絕緣材料電壓耐久性數(shù)據(jù)。在這種情況下VEC為n且為常數(shù)。當(dāng)兩個恒定電壓應(yīng)力下的介電擊穿時間數(shù)據(jù)可用時，則可以采用該模型并按照式(2)估算n值。如果VE試驗數(shù)據(jù)在雙對數(shù)坐標(biāo)中沒有形成一條直線，則運(yùn)用反冪函數(shù)模型是不正確的；如果曲線靠近電應(yīng)力閾值E,,宜使用其他模型計算。如式(3)所示：L=c'(E—E,)-”……(3)如果E,趨于0,式(3)為反冪函數(shù)模型，當(dāng)短期擊穿和中期擊穿數(shù)據(jù)在雙對數(shù)坐標(biāo)系中擬合成一條5此模型源自簡單的指數(shù)模型，當(dāng)E>E,時，在半對數(shù)坐標(biāo)系中近似于一條直線；當(dāng)E接近E,時，介電擊穿時間將會趨于無窮大。在式(3)和式(4)中，常數(shù)c'、n、k、h和E,取決于溫度和其他環(huán)境條件。式(3)和式(4)能用來生成兩個新的方程，解釋任意兩個點(diǎn)(L?,E?)和(L?,E?)之間的電壓耐久性曲線的趨勢，如式(5)和式(6): (5) (6)在雙對數(shù)曲線圖上對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)在雙對數(shù)或半對數(shù)坐標(biāo)圖上以近似于線性趨勢趨于閾值時，公式為式(3)、式(4)、式(5)和式(6)。通過取對數(shù)，反冪函數(shù)模型變?yōu)槭?7):ln(L)=1n(c)—nln(E)在雙對數(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。5試驗方法5.1概述本章描述了進(jìn)行電壓耐久性試驗的不同方法，以及施加電壓方式(恒壓或隨時間增加)、頻率(工作頻率或更高)和試驗中斷時間(對于完整壽命試驗，所有試樣的介電擊穿時間)或某些試樣的短時擊穿時間(檢查壽命試驗)的差異。通常為進(jìn)行對比，不管上述參數(shù)如何選擇，試驗使用老化單元或試樣應(yīng)相同。但對于施加電壓頻率的選擇，應(yīng)使介電損耗或局部放電所產(chǎn)生的熱量而引起溫度上升不應(yīng)超過3K。在測試材料時，施加到老化單元或被測試樣的電場宜是均勻的，這可以通過邊緣圓滑、表面平坦的電極來實現(xiàn)。試樣應(yīng)超出電極邊緣適當(dāng)?shù)木嚯x，以避免試樣表面發(fā)生閃絡(luò)或局部放電。如果預(yù)先試驗表明試樣超出電極邊緣的距離，不足以避免產(chǎn)生局部放電和閃絡(luò)，這時應(yīng)將電極嵌入具有與試驗材料接近或更高的介電常數(shù)的介質(zhì)中。試樣的形狀和加工工藝取決于試驗?zāi)康?。以研究為目的的試驗，已?jīng)進(jìn)行了以空穴尺寸和形狀為目的的內(nèi)部降解研究，但這不屬于本標(biāo)準(zhǔn)的討論范圍。評定與比較外部放電造成的材料降解可參考對于絕緣系統(tǒng)，應(yīng)充分考慮其實際運(yùn)行狀況并由使用方確定試驗方法。5.2恒定應(yīng)力試驗5.2.1常規(guī)VE試驗在恒定電應(yīng)力試驗中，試驗期間施加在試樣上的電壓幅值保持不變。通常所選擇的電壓幅值使試樣介電擊穿的平均時間在幾十到幾千小時之間。特別是在低電壓下，某些試樣的介電擊穿時間太長，等到所有試樣都擊穿是不實際的。在這種情況下，在大部分試樣發(fā)生擊穿后，停止試驗，采用截尾數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法(見IEC62539)處理試驗數(shù)據(jù)。通常，選擇三個或者四個不同電壓或電氣強(qiáng)度進(jìn)行試驗。提供三個或四個數(shù)據(jù)繪制VE曲線。常常四個數(shù)據(jù)點(diǎn)也不足以確定曲線的斜率，但超過四個電壓進(jìn)行試驗來繪制VE曲線是不經(jīng)濟(jì)的。6GB/T29311—2020/IEC61251:2015數(shù)據(jù)與直線的擬合可以通過具體的要求進(jìn)行回歸分析來建立(見IEC62539)。如果擬合結(jié)果合系數(shù)R2低于0.90,將VE擬合成直線不合適。布，試驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為直線(按威布爾坐標(biāo)),直線的斜率為分布在需要進(jìn)行診斷試驗時，在試驗期間監(jiān)測如tano或局部放電。當(dāng)在不同電壓下獲得的tano或局通過提高頻率進(jìn)行的試驗可以用于檢查電壓閾值，如5.3所述。另一種方法是在低電場下評定電試驗通常在室溫下進(jìn)行。而在較高溫度下進(jìn)行的試驗可提供有關(guān)老化過程的類型的信息以及VE曲線推導(dǎo)出工頻頻率(f)下的介電擊穿時間Lj,如式(8)所示：在低應(yīng)力下的高頻率試驗可推斷是否存在電應(yīng)力閾值。如果工頻下試驗結(jié)果顯示可能存在閾值，則應(yīng)在盡可能接近該閾值的電壓下進(jìn)行高頻試驗。如果該電壓下的擊穿時間比VE曲線在較高電壓下在遞增應(yīng)力試驗中，施加在每個試樣上的應(yīng)力幅值隨時間的增加而增加直到GB/T29311—2020/I見圖3。的VEC。為了在開始恒定應(yīng)力試驗前確定γ,宜采用遞增應(yīng)力試驗。理論上可以推導(dǎo)出VEC,可對VEC值和試驗的合適持續(xù)時間進(jìn)行核驗。下，不同尺寸的兩個元件1和元件2在對應(yīng)于相同介電擊穿概率下的E?和E?的R——尺寸比，即元件1尺寸與元件2尺寸的比值(面積)(參見A.2)。tp=te(n+1)tp,tc——相同應(yīng)力下遞增應(yīng)力和恒定應(yīng)力的介電擊穿時間；n值通常在8～15之間，t。遠(yuǎn)小于tp,遞增應(yīng)力下的介電擊穿時間與恒定應(yīng)力下較小的介電擊穿時預(yù)試驗對于測定電壓耐久性曲線的初始高壓部分以及對n的初步估計是有用的。這些試驗為后8GB/T29311—2020/IEC6125a)遞增應(yīng)力試驗或者類似于一個短時電氣強(qiáng)度試驗的分步電壓試驗，試驗中的平均介電擊穿電介電擊穿時間可能長于建議值(參考IEC60243);根據(jù)式(10),遞增應(yīng)力下的介電擊穿時間tp與恒定應(yīng)力下的介電擊穿時間t。的理論比值為(n+a)在5.4提到的高應(yīng)力下預(yù)試驗；b)在較低應(yīng)力下進(jìn)行的恒定應(yīng)力試驗。在不同的應(yīng)力下，足夠的試驗可以繪制VE曲線而得到對被測材料長期運(yùn)行可靠性的預(yù)測。在任意情況下，至少需要三個測試應(yīng)力約5%下進(jìn)行試驗，經(jīng)數(shù)千小時后停止試驗，取出部分試樣進(jìn)行化學(xué)物理分析和短時電氣強(qiáng)度測有證明VEC是常數(shù)，應(yīng)給出其平均值。在曲線的情況下，4.6中描述了非常數(shù)的系數(shù)na,測試na的電如果待評材料或系統(tǒng)對絕緣設(shè)計提出了一個技術(shù)上有必要關(guān)注的電應(yīng)力閾值(即電應(yīng)力閾值不太低以致于它的實際重要性可以忽略),則該應(yīng)力閾值成為VE試驗中的一個有用因素。a)測試試樣應(yīng)從大量待選試樣中隨機(jī)抽取(具有相同制造工藝的試樣);9GB/T29311—2020/IEC61251:2015c)每個試樣應(yīng)使用相同的試驗單元。每次試驗或從一次試驗到另一次試驗期間，溫度和在多數(shù)情況下，概率非常低的介電擊穿的VE曲線比平均值或中間值的VE曲線更有價值。除了介電擊穿時間的平均值或中值與低概率下的介電擊穿時間的差異是被試材為了完整地評定電氣絕緣材料和系統(tǒng)的電壓耐久特性，應(yīng)繪制包括置信限在內(nèi)的VE曲線圖(優(yōu) (資料性附錄)威布爾分布A.1介電擊穿時間的威布爾分布介電擊穿時間的二參數(shù)威布爾分布通常如式(A.1)所示：β——恒定應(yīng)力下介電擊穿時間的威布爾分布形狀參數(shù)；a——相對于p(t)=1-1/e=0.632的時間。通過兩次取對數(shù)可得式(A.2):InIn[1/(1-P)]=βln(t/α)……(A以InIn[1/(1-P)]對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)系刻度而特制的坐標(biāo)紙。A.2介電擊穿電場的威布爾分布介電擊穿電場的威布爾分布通常由式(A.3)表示：P(E)=1-exp(—mE')……(A.3)Y遞增應(yīng)力下介電擊穿電場的威布爾分布形狀參數(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元件受到不同的應(yīng)力E?和E?,它們的介電擊穿概率P相同，則有式(A.4):根據(jù)式(A.4),可推導(dǎo)出5.4中的式(10)。A.3介電擊穿電場的廣義威布爾分布介電擊穿時間和電場的廣義威布爾分布如式(A.5)表示：P(t,E)=1-exp(一Mt3E)上式中E為常數(shù)時，式(A.5)可轉(zhuǎn)化為式(A.1);t為常數(shù)時，式(A.5)可轉(zhuǎn)化為式(A.3)。對于遞增因此，在遞增電場試驗中，威布爾坐標(biāo)紙上概率對電場的直線的斜率為(β+γ),而不是γ。然而，通常情況下γ遠(yuǎn)大于β,因此(β+γ)和γ之間的差距小到可以忽略(γ數(shù)量級為10或者更如果在不同的電應(yīng)力下得到的試驗數(shù)據(jù)適用相同的威布爾分布(形狀參數(shù)β和γ為常數(shù)),在恒定介質(zhì)擊穿概率為P時的線性方程如式(因此，在給定范圍內(nèi)的威布爾分布(參見IEC