脉冲电压下固体绝缘材料真空沿面电气强度试验方法

1脉冲电压下固体绝缘材料真空沿面电气强度试验方法本文件根据典型脉冲功率源参数，规定了脉冲电压下固体绝缘材料真空沿面电气强度试验方法。本文件适用于真空度小于5×10~²Pa、脉冲电压上升沿<150ns、半高宽<1μs下固体绝缘材料真空沿面电气强度试验。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T10580—2015固体绝缘材料在试验前和试验时采用的标准条件GB/T2900.19—2022电工术语高电压试验技术和绝缘配合GB/T1408.1—2016绝缘材料电气强度试验方法第1部分：工频下试验GB/T29310—2012电气绝缘击穿数据统计分析导则JB/T8168—2023脉冲电容器及直流电容器3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。相对较长的时间内存储的能量经过快速压缩、转换有效放给负载产生的短时功率。脉冲功率源pulsepowersource产生脉冲功率的试验设备。脉冲电压pulsevoltage脉冲功率源各个部件产生的短时电压。脉冲电压上升时间pulsevoltagerisetime脉冲电压从10%峰值上升至90%峰值的时间。脉冲电压半高宽pulsevoltagehalfwidth脉冲电压大于50%电压峰值的持续时间。2脉冲电压底宽pulsevoltagewidth脉冲电压大于10%电压峰值的持续时间。脉冲功率源电压pulsepowersourcevoltage脉冲功率源负载上产生的脉冲电压。绝缘材料insulatingmaterial具有可忽略不计的低电导率的固体材料，用于隔离电势不同的导体部分。本文件只涉及固体绝缘材相关绝缘材料试验规范中描述的试验时采用的标准样品。真空介质中支撑电极的固体绝缘材料表面。气体、液体或真空全部或部分沿固体绝缘介质表面发生的破坏性放电。试样电压specimenvoltage由脉冲功率源产生并加载在固体绝缘材料制备试样上的脉冲电压。闪络电压flashovervoltage试样发生闪络时试样电压。在规定的试验条件下，闪络电压与两电极之间距离的商。脉冲重复频率pulserepetitivefrequency两次脉冲电压加载在试样上时间间隔的倒数。在一段时间内，充放电过程中出现的单次放电冲击。在较短时间内，集中出现的多个放电冲击。3连续脉冲continuouspulse在一段时间内，重复出现的放电冲击。电压加载模式voltageappliedmode由脉冲功率源产生并加载在固体绝缘材料制备试样上的脉冲电压加载模式。本文件中主要包括单次脉冲加载、猝发脉冲加载和连续脉冲加载。试样电流specimencurrent试样承受脉冲电压加载下的脉冲电流，包括位移电流和传导电流。本文件主要指传导电流。试样发生闪络时沿面通过的试样电流。可限制闪络电流大小的电阻元件。电压探头voltageprobe可测试脉冲电压的测试器件。电流探头voltageprobe可测试脉冲电流的测试器件。测试所采用的试验回路如图1。试样与电极共同安装在真空腔内形成支路，支路与脉冲功率源负载并联。真空腔抽取真空达到目标真空度。脉冲功率源负载上放电产生的脉冲功率源电压通过支路加载在试样上产生试样电压。当试样真空沿面不能承受试样电压发生真空沿面闪络，可得到真空沿面闪络电压参数，通过计算获得试样真空沿面电气强度。采用电压探头分别测试脉冲功率源电压和试样电压。采用电流探头测试试样电流，通过限流电阻控制试样闪络电流。脉冲功率源电压、试样电压和试样电流使用示波器收集波形信号。通过该试验方法获得的结果可提供固体绝缘材料真空沿面电气强度试验数据。4电压探头1电压探头1脉冲功率源限流电阻试样接地电极电流探头示波器图1试验回路示意图5技术要求5.1电气设备5.1.1脉冲功率源脉冲功率源具有以下要求：a)负载上可以产生脉冲功率源电压，电压半高宽<1μs,电压上升沿<150ns,电压波形可为三角波、方波，电压波形时间参数具体读取方式见附录A;负载参数与脉冲功率源参数相关，应保证试样上获得所需的电压参数；b)脉冲功率源电压可输出加载在试样上的试样电压；c)脉冲功率源电压为单极性负电压或正电压；d)脉冲功率源电压幅值应保障试样可以发生真空沿面闪络。5.1.2限流电阻脉冲功率源电压通过限流电阻加载在试样高压电极，控制试样闪络电流幅值。限流电阻其阻值的选择依据为控制闪络电流的大小在一个合适的范围内，本文件约定闪络电流幅值<2kA。可选择水电阻或者固体电阻，应耐受真空沿面闪络带来的脉冲功率加载。5.1.3电压探头电压探头包括脉冲功率源电压探头和试样电压探头。电压探头参数不能对脉冲功率源放电回路和试样电压加载回路产生明显影响。电压探头响应时间需满足脉冲功率源电压和试样电压测试要求，建议电压探头响应时间不大于被测信号三分之一上升时间。电压探头应经过标定，确保测试结果真实可靠。标定方法是将电压探头与标准电压探头比对，标准电压探头可以采用脉冲及交直流通用的高电压测量探头。脉冲功率源电压探头和试样电压探头安装位置不作限定，脉冲功率源电压探头建议放置在负载电阻高压端，试样电压探头建议放置在高压电极端。5.1.4电流探头试样电流探头响应时间需满足试样电流测试要求，建议电流探头响应时间不大于被测信号三分之一上升时间。电流探头应经过标定，确保测试结果真实可靠。标定方法是将电流探头与标准电流探头比5对。标准电流探头应满足脉冲电流计量要求，也可采用标准电流探头直接测量。试样电流探头安装位置不作限定，建议放置在固体绝缘材料试样接地端。真空腔用于放置固体绝缘材料试样和电极。真空腔具备脉冲功率源电压加载在高压电极的条件。真空腔要保证真空度可抽取至5×10-2Pa及更低的真空条件。5.3电极与试样5.3.1电极与试样装配结构电极包括高压电极和接地电极，采用平行平板电极结构测量圆柱形试样真空沿面电气强度，电极距离为两个平行平板之间垂直最短距离。电极与试样结构参数尽量减少对脉冲功率源电压参数影响。试样放置在两个平行平板电极之间。安装时电极和试样表面均要保持光滑、清洁。电极连接导线不能使电极倾斜或移动，也不能使试样周围的电场分布受到显著影响。装配前电极和试应样进行充分清洗，装配在洁净的工作环境中进行，装配后保证电极和试样充分接触，试样与电极的同轴度应控制在≤2mm。电极与试样结构如图所示：DHO10.02R8健说明图2平行平板电极和试样结构电极材料选用不锈钢，电极表面粗糙度Ra≤1.6μm。电极最大直径D≥100mm,电极厚度≥8mm,边缘倒圆半径R建议为(8.0±0.2)mm的圆弧。试样为固体绝缘材料，具体材料由试验需求方确定。试样结构为圆柱，如图3所示。需注意与电极接触的试样上下表面要平行，表面粗糙度不大于1.6μm。试样上下表面平面度为0.02mm,平行度为0.02mm。试样直径50mm,厚度H根据试验需求方调整，建议≥4mm。试验需求方可根据技术需求调整试样沿面结构。6图3圆柱试样结构6试验条件6.1电极与试样试验前处理6.2真空处理6.3脉冲功率源设备条件所示。单次脉冲一次输出一个脉冲。猝发脉冲一次输出n个脉冲(2≤n<10),脉冲电压时间间隔由脉冲功率源重复频率确定。连续脉冲一次输出N个脉冲(N≥10),脉冲间隔也由脉冲功率源重复频率确定。每次电压重新加载需脉冲功率源设备再次具备充电能力，时间建议大于1分钟。由于部分真空沿面闪络电压幅值和时间参数需要通过理论波形推算，建议试验开始前采用不影响试验回路参数的试样开a)单次脉冲b)猝发脉冲c)连续脉冲图4脉冲加载模式7正式试验开始前，确定脉冲功率源充电系统、触发系统、开关充气状态等。正式试验过程中及时关注脉冲功率源各系统状态，避免出现异常影响测试结果。电压探头和电流探头已经放置在测试位置。7试验项目及试验方法7.1试验项目试验项目按照电压加载模式分为单次脉冲试验、猝发脉冲试验、连续脉冲试验。7.2试验方法试样测试按表1中所述流程开展测试：a)已明确脉冲功率源电压输出范围；b)真空腔真空度达到要求，记录真空度；c)开始加压，若第一次加压发生闪络，更换试样；d)根据试验项目类型，电压施加流程和测试内容见表1;e)加压结束，填报数据。表1电压施加流程和测试内容电压加载模式单次脉冲连续脉冲同一电压等级下加载次数同一电压等级下对试样施加6同一电压等级下对试样连续施加N次脉冲电压，N次压。幅度要求b)试样电压100kV-200kV,升压幅加压过程及测录为首次闪络电压(Ufb)d)开始逐级降压，降压幅度发生闪络直接降至下一e)试验结束为最大闪络电压(Uco)。d)开始逐级降压，降压幅度与闪络直接降至下一电压等受电压(Uho)。e)试验结束a)试样第一次发生闪压下K次(K=N/2)及以c)开始逐级降压，降压幅度与升压幅度保持不发生闪络，停止降d)试验结束闪络电流88结果分析及判定8.1闪络判定闪络同时伴有试样电流增加和试样电压下降的现象。通过示波器观测试样电压和试样电流，典型闪络电压和电流如图5所示。0电流1电流电压图5典型闪络电压和闪络电流波形8.2试验次数除非另有规定，通常采用五个同类规格试样作为一组试验样品组开展试验测试。如果任何一个试样的最大闪络电压与该组最大电压平均值的偏离值x大于25%以上，则应另作五个试样的试验。偏离值x计算方法如公式1:Uco-i——某个试样最大闪络电压，U该组试样组最大闪络电压平均值。闪络电压参数包括峰值和时间。闪络电压峰值读取为该发次试样电压峰值。试样电压峰值有三种情a)试样未发生真空沿面闪络，取电压波形最大值；b)试样发生真空沿面闪络时间在试样电压最大值之后，取电压波形最大值；c)试样发生真空沿面闪络时间在试样电压最大值之前，通过加压梯度外推或其他标定方法获得的该发次电压波形理论最大值。加压梯度外推方式由电气设备试验单位提供。闪络电压时间参数读取为试样电压时间参数，包括上升时间、脉宽和底宽。试样电压上升时间包括两种情况：a)试样发生真空沿面闪络时间在试样电压最大值之后，取实际电压波形计算；b)试样发生真空沿面闪络时间在试样电压最大值之前，通过波形比对方法获得该发次未发生闪络的理论电压波形，根据理论电压波形计算。试样电压半高宽和底宽都通过波形比对方法获得未闪络的理论电压波形，根据理论电压波形计算。9将一组5个或者10个试样的闪络数据进行处理，主要包括闪络电压、闪络电流、电气强度、闪络电压时间，如表2所示。表2数据处理方式数据类型闪络电压闪络电流电气强度闪络电压时间c)该组63.2%闪络概率电压。源：GB/T29310电气绝缘击穿数据统计分析导则)闪络电压与电极间距的商：a)首次闪络沿面电气强度(Erb)气强度(Es0%)c)最大闪络电气强度(Ec)9报告格式通常将下列内容写入报告。报告中数据记录为整数。a)试样材料全称，试样生产厂家，试样样品组编号和试样编号；b)试验单位、试验日期；c)真空度；d)试样直径与厚度；e)电极类型和电极间距；f)重复频率；g)该组63.2%闪络概率电压。根据每个样品实验报告后整合样品组实验数据报告应包括以下内容，参考表格如表3示。a)真空沿面闪络电压平均值，包括首次闪络电压、首次50%闪络电压、最大闪络电压、耐受电压；b)真空沿面闪络电压标准差，包括首次闪络电压、首次50%闪络电压、最大闪络电压、耐受电压；C)真空沿面闪络电压最大偏离值，包括首次闪络电压、首次50%闪络电压、最大闪络电压、耐受电d)真空沿面闪络电压时间参数，包括首次闪络电压、首次50%闪络电压、最大闪络电压分别对应的闪络电压上升时间、半高宽和底宽；e)真空沿面电气强度平均值，包括首次闪络电气强度、首次50%闪络电气强度、最大闪络电气强度和耐受电气强度；f