脈沖電壓下固體絕緣材料真空沿面電氣強度試驗方法2025-08-22發(fā)布2025-08-23實施中國電源學會發(fā)布I前言 Ⅱ 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 1 35技術要求 45.1試驗設備及測量儀器 45.2真空室 55.3電極與試樣 56試驗項目及試驗方法 66.1試驗前準備工作 66.2試驗項目及測試流程 77結果分析及判定 8 87.2試驗樣品數(shù)量 97.3數(shù)據(jù)處理 98報告格式 附錄A(資料性)脈沖電壓波形示例 附錄B(資料性)試樣閃絡與未閃絡典型波形實例 附錄C(資料性)雙參數(shù)Weibull概率分布 本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國電源學會提出并歸口。本文件起草單位：中國工程物理研究院流體物理研究所、國防科技大學、中國人民解放軍63672部隊、西安交通大學、清華大學、國家高電壓計量站、中國電子科技集團公司第十二研究所、有研工程技術研究院有限公司、中國科學院電工研究所、成都同明創(chuàng)新科技有限公司、陜西寶光陶瓷科技有限公司、廣東南方尼龍制品有限公司、泰興市瓏華壓克力板材有限公司。本文件主要起草人：李逢、袁建強、高景明、楊實、李元、荀濤、周亞偉、孫浩良、鄒曉兵、王凌云、周亮、張慶猛、王萌、宋紅兵、安百江、曾上游、華國慶。本文件為首次發(fā)布。1本文件規(guī)定了脈沖電壓下固體絕緣材料真空沿面本文件適用于脈沖電壓寬度1μs以下、脈沖電壓幅值10kV～1MV固體絕緣材料真空沿面凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T3505產品幾何級數(shù)規(guī)范(GPS)表面結構輪廓法術語、定義及表面結構參數(shù)GB/T10580固體絕緣材料在試驗前和試驗時采用的標準條件GB/T29310電氣絕緣擊穿脈沖電壓從峰值10%上升至峰值90%的時間。脈沖電壓從上升時間50%峰值至下降時間50%峰值的持續(xù)時間。脈沖電壓視在底寬virtualbottomwidthofpulsedvoltage脈沖電壓從上升時間10%峰值至下降時間10%峰值的持續(xù)時間。2氣體、液體或真空全部或部分沿固體絕緣材料表面發(fā)生的破壞性放電。3真空度degreeofvacuum測試采用的試驗回路如圖1所示。試樣與電極安裝在真空室內。脈沖功率源輸出脈沖電壓通過限流高壓電極試樣采用電壓探頭測試脈沖功率源輸出電壓和試樣脈沖電壓，圖1中電壓探頭1測試脈沖功率源輸出電壓，電壓探頭2測試試樣脈沖電壓。采用電流探頭測試試樣閃絡電流，通過限流電阻調節(jié)試樣閃絡電流幅值。電壓探頭信號和電流探頭信號通過示波器采集。試驗時真空室真空度需沖時間間隔由脈沖功率源重復頻率確定。連續(xù)脈沖模式4鄰脈沖時間間隔仍由脈沖功率源重復頻率確定。脈沖功率源輸出電壓類型如圖2所示，電壓加載過程中幅值和時間參數(shù)不能有明顯變化。0時間t圖2脈沖功率源輸出電壓類型5技術要求5.1試驗設備及測量儀器5.1.1脈沖功率源脈沖功率源技術要求如下：a)幅值10kV～1MV,脈沖串和連續(xù)脈沖輸出多個脈沖電壓時，多個脈沖幅值應保持一致；b)脈沖電壓半高寬<1μs,電壓波形時間參數(shù)具體定義方式見附錄A;c)單極性。5.1.2限流電阻限流電阻不能對脈沖功率源放電回路和試樣脈沖電壓產生明顯影響，技術要求如下：a)阻值根據(jù)閃絡電流幅值選擇，本文件約定單次脈沖下閃絡電流幅值<2000A,脈沖串和連續(xù)脈沖下閃絡電流幅值<500A;b)電阻可耐受閃絡放電帶來的脈沖功率或能量加載，可選水電阻或者固體電阻。55.1.3電壓探頭電壓探頭參數(shù)不能對脈沖功率源放電回路和試樣脈沖電壓產生明顯影響，技術要求如下：a)探頭測量范圍不低于被測信號的幅值；b)電壓探頭頻率上限對應的響應時間應小于被測信號三分之一上升時間；頻率下限對應的平頂衰落或者后延衰落在被測信號脈寬范圍內的影響不超過最高幅值的10%;c)電壓探頭需經過標定，標定方法是將電壓探頭與標準電壓探頭比對，標準電壓探頭可以采用脈沖及交直流通用的高電壓測量探頭；d)電壓探頭標準不確定度小于3%。5.1.4電流探頭電流探頭技術要求如下：a)探頭測量范圍不低于被測信號的幅值；b)電流探頭頻率上限對應的響應時間應小于被測信號三分之一上升時間；頻率下限對應的平頂衰落或者后延衰落在被測信號脈寬范圍內的影響不超過最高幅值的10%;c)電流探頭應經過標定，標定方法是將電流探頭與標準電流探頭比對。標準電流探頭應滿足脈沖電流計量要求，也可采用標準電流探頭直接測量；d)電流探頭標準不確定度小于3%。5.1.5示波器示波器技術要求如下：a)示波器模擬帶寬不小于1.75/t(t為被測脈沖上升時間);b)采樣率不小于5/t;c)存儲深度不小于測試波形需要記錄的時間與采樣率的乘積。5.2真空室真空室技術要求如下：a)具備脈沖功率源電壓加載在試樣高壓電極的條件，真空室外壁距離高壓電極距離設計合理，避免發(fā)生高壓電極對真空室外壁放電以及法蘭隔板沿面放電；b)真空度優(yōu)于5×10?2Pa。5.3電極與試樣5.3.1電極與試樣裝配結構電極包括高壓電極和接地電極，采用平行平板電極結構測量圓柱形試樣真空沿面電氣強度，電極距離為兩個平行平板之間垂直最短距離。電極與試樣結構參數(shù)盡量減少對脈沖功率源電壓參數(shù)影響。電極與試樣裝配結構如圖3所示，試樣放置在兩個平行平板電極之間。電極連接導線不能使電極傾斜或移動，也不能使試樣周圍的電場分布受到顯著影響。裝配后保證電極和試樣充分接觸，試樣與電極保持同軸狀態(tài)。電極與試樣表面粗糙度定義可參考GB/T3505。6圖3平行平板電極和試樣結構電極技術要求如下：a)電極材料建議采用不銹鋼；b)電極表面粗糙度Ra≤1.6μm;c)電極直徑≥100mm,厚度8mm,邊緣倒圓弧。試樣結構如圖4所示，技術要求如下：a)試樣上下表面平行；b)表面粗糙度Ra≤1.6μm;c)試樣直徑為(50±0.05)mm,厚度≥(4±0.05)mm。試驗需求方可根據(jù)技術需求調整試樣沿面結構。圖4圓柱試樣結構6試驗項目及試驗方法6.1試驗前準備工作6.1.1脈沖功率源輸出電壓參數(shù)確認試驗項目開始前確認脈沖功率源輸出電壓參數(shù)?？刹捎貌挥绊懺囼灮芈穮?shù)的非試驗組試樣開展試驗，獲得未發(fā)生閃絡時脈沖功率源輸出電壓波形參數(shù)，包括幅值和時間，用于試驗項目波形參數(shù)比對。7試驗項目單次脈沖脈沖串連續(xù)脈沖同一電壓等級下加載次數(shù)同一電壓等級下對試樣連加載全部沒有發(fā)生閃絡即b)試樣脈沖電壓100kV～200kV,升壓幅測試流程及測錄為首次閃絡電壓(Un),繼續(xù)提升電壓；以上閃絡，記錄為首次50%閃絡電壓(Uso%),繼續(xù)提升電壓；電壓(Umax);d)開始逐級降壓，降壓幅度與升壓幅度保持一致，若發(fā)生閃絡直接降至下一電e)試驗結束提升電壓；壓(Uso%),繼續(xù)提升電壓；最大閃絡電壓(Umax);d)開始逐級降壓，降壓幅度與閃絡直接降至下一電壓等受電壓(Uho)。e)試驗結束a)試樣第一次發(fā)生閃電壓(Un),繼續(xù)提升電壓；壓下K次(K=m/2)及以上發(fā)生閃絡，該試樣c)開始逐級降壓，降壓幅度與升壓幅度保持一致，若發(fā)生閃絡直d)試驗結束閃絡電流8首次50%閃絡電壓Uso%X■■X■■X■X■■開始加壓XXx×XXxXXxx■■X■■開始加壓XXX×X×XxX×XX■——試樣發(fā)生真空沿面閃絡。試驗結束耐受壓Un9采用五個同類規(guī)格試樣作為一組試驗樣品組開展試驗測試。如果任何一個試樣的最大閃絡電壓與將一組試樣閃絡數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)處理主要包括閃絡電壓幅值、閃絡電壓時間、該組兩參數(shù)Weibull累積分布特征值、最大閃絡電流和電氣強度。需要處理的數(shù)據(jù)表2需處理數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型閃絡電壓閃絡電流電氣強度閃絡電壓時間明細幅值d)耐受電氣強度(Eho)脈沖電壓上升時間、半高寬和底寬。7.3.2閃絡電壓幅值c)試樣發(fā)生真空沿面閃絡時間在試樣電壓最大值之前，通a)試樣發(fā)生真空沿面閃絡時間在試樣脈沖電壓最大值之后，取實際電壓波形計算；b)試樣發(fā)生真空沿面閃絡時間在試樣脈沖電壓最大值之前，通過波形比對方法獲得該發(fā)次未發(fā)生試樣閃絡電壓半高寬和底寬都通過波形比對方法獲得未閃絡的理論電壓波形，根據(jù)理論電壓波形7.3.4該組兩參數(shù)Weibull累積分布特征電壓值采用雙參數(shù)Weibull概率分布計算，具體可見附錄C(來源：GB/T根據(jù)每個樣品實驗報告后整合樣品組實驗數(shù)據(jù)報告應包括以下內b)真空沿面閃絡電壓標準差，包括首次閃絡電壓、最大閃絡f)真空沿面電氣強度標準差，包括首次閃絡電氣強度、最大閃絡電氣強度和耐受電氣g)真空沿面電氣強度最大偏離值，包括首次閃絡電氣強度、最大閃絡電氣強度和耐受電氣強度；附最大閃絡電流下的閃絡電壓和閃絡電流波形圖(最大閃絡電流是5個試樣最大閃絡電流幅值中的報告日期(年/月/日)試驗項目電極材料名稱電極間距電極材料生產單位電極材料加工單位1234512345最大閃絡電壓*首次閃絡電氣強度最大閃絡電氣強度*耐受電氣強度一一一最大閃絡電壓半高寬一一一最大閃絡電壓底寬一一一A一一一氣強度。(資料性)脈沖電壓波形示例脈沖電壓波形見圖A.1。A點——脈沖電壓10%幅值起始點；B點——脈沖電壓90%幅值起始點；D點——脈沖電壓50%幅值起始點；E點——脈沖電壓50%幅值結束點；圖A.1脈沖電壓波形(資料性)試樣閃絡與未閃絡典型波形實例閃絡電壓和閃絡電流波形見圖B.1。00圖B.1試樣發(fā)生閃絡的閃絡電壓和閃絡電流波形(實例)未閃絡的試樣脈沖電壓和試樣電流波形見圖B.2。000200圖B.2試樣沒有發(fā)生閃絡的脈沖電壓和電流(實例)(資料性)雙參數(shù)Weibull概率分布式(C.1)是兩參數(shù)Weibull累積分布函數(shù)的表達式：U——可測變量，設定為試樣發(fā)生閃絡的試樣電壓；F(U)——在試樣閃絡電壓小于或等于U的失效概率，對于試樣較多的試驗，近似為在電壓U時試樣閃絡百分數(shù)；A——尺度參數(shù)，為正值；B——形狀參數(shù)，為正值。在U=0時，失效概率F(U)為0。隨著U的增加，失效概率也增加。電壓繼續(xù)增加，失效概率F(∞)會接近一個為1的定值。尺度參數(shù)α代表失效概率為0.632時的試樣閃絡電壓，與正態(tài)分布的平均值相似。尺度參數(shù)的單位與U的相同。形狀參數(shù)β是擊穿范圍的測量值，它越大，試樣閃絡電壓的變化范圍越小。將一組試樣所有閃絡電壓按從小到大排列，閃絡總次數(shù)為N,每個閃絡次數(shù)標記為i。對每一個閃絡電壓Ui,按照式(C.2)賦值，其中1n(U?)是自然對數(shù)。利用式(C.3)計算擊穿概率…對每一個擊穿概率F(i,N),以百分數(shù)表示，按式(C.4)賦值：可采用最小二乘回歸方法找到相關系數(shù)，得到尺度參數(shù)α和形狀參數(shù)β,繪制該組試樣的累積閃絡概率分布圖，如附圖C.1所示。系數(shù)擬合算法除了最小二乘回歸方法，也可采用其他擬合方法，不同擬合方法得到的尺度參數(shù)和形狀參數(shù)將略有差異。圖C.1閃絡電壓累積概率分布圖試樣1閃絡電壓U=[1301301451451451601601601701701701試樣2