一、 測試基本原理與目的‌

高分子材料作為重要的絕緣體，廣泛應(yīng)用于電氣電子設(shè)備中。其絕緣性能是保障電氣安全的核心指標(biāo)。電壓擊穿試驗(yàn)的基本原理是：在規(guī)定的測試條件下，對試樣施加持續(xù)升高的交流或直流電壓，直至絕緣失效發(fā)生擊穿，從而測定其 ‌擊穿電壓‌ （單位：kV）與 ‌擊穿強(qiáng)度（介電強(qiáng)度）‌ （單位：kV/mm）。

主要作用‌：

質(zhì)量檢驗(yàn)與入廠篩選‌：確保絕緣材料批次滿足安全門檻值。
材料研發(fā)與配方優(yōu)化‌：評估配方、工藝、添加劑對材料絕緣性能的影響。
安全壽命評估‌：模擬老化、潮熱等惡劣環(huán)境，評估材料長期服役的安全性。
研究與對標(biāo)‌：比較不同材料、供應(yīng)商，或滿足國際/國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)入要求。

此加速破壞性試驗(yàn)通過電場應(yīng)力模擬極端工況，雖然不直接等同實(shí)際壽命，但能高效、定量地給出材料的極限絕緣能力。

二、 核心標(biāo)準(zhǔn)與方法論‌

測試必須遵循國際、國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證結(jié)果的可比性與權(quán)威性。

主要參考標(biāo)準(zhǔn)‌：

GB/T 1408.1-2006‌：規(guī)定了固體絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的一般方法，涵蓋空氣和液體介質(zhì)中的測試程序，是基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。
GB/T 1408.2-2006‌：對應(yīng)用直流電壓試驗(yàn)的附加要求。
GB/T 1695-2005‌：專門針對硫化橡膠工頻擊穿電壓強(qiáng)度和耐電壓的測定方法。
HG/T 3330‌：絕緣漆漆膜擊穿強(qiáng)度的測定方法。
ASTM D149‌：美標(biāo)固體電絕緣材料在工頻下的介電擊穿電壓和介電強(qiáng)度試驗(yàn)方法。
GB/T 6553-2003‌ 與 ‌IEC 60587‌：用于評定在嚴(yán)酷環(huán)境條件（污染、潮濕）下使用的電氣絕緣材料的耐電痕化和蝕損性能的試驗(yàn)方法，屬于嚴(yán)酷環(huán)境模擬測試，與基礎(chǔ)擊穿測試不同。它模擬了表面污染和潮濕條件下的破壞過程，采用恒壓法或逐級升壓法，以“耐電痕化電壓等級”進(jìn)行分級評定。相比適用于戶內(nèi)常規(guī)環(huán)境的測試（如GB/T 4207-2003中CTI/PTI測定），此標(biāo)準(zhǔn)更適合評估戶外或惡劣工況材料的長期可靠性。

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的終使用場景和環(huán)境要求，選擇基礎(chǔ)擊穿測試或嚴(yán)酷環(huán)境下的耐痕性測試，或兩者結(jié)合。

核心測試項(xiàng)目定義‌：

擊穿電壓‌：使試樣發(fā)生擊穿時(shí)的電壓值。它是材料、厚度、環(huán)境、電極等綜合作用的結(jié)果。
擊穿強(qiáng)度（介電強(qiáng)度）‌：擊穿電壓與試樣平均厚度的比值。它是材料本身介電特性的體現(xiàn)，更便于不同厚度材料的比較。計(jì)算公式為：擊穿強(qiáng)度 (kV/mm) = 擊穿電壓 (kV) / 試樣厚度 (mm)。
耐電壓試驗(yàn)‌：將電壓升至規(guī)定值并保持一定時(shí)間（如1分鐘），不擊穿則通過。常用于產(chǎn)品質(zhì)量例行檢驗(yàn)。
梯度耐壓試驗(yàn)‌：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將電壓逐級提升至規(guī)定值，或在各級電壓下保持一段時(shí)間。

三、 設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成與核心技術(shù)參數(shù)‌

以BDJC系列電壓擊穿試驗(yàn)儀，現(xiàn)代智能化測試系統(tǒng)主要包括以下部分：

1. 硬件系統(tǒng)構(gòu)成‌：

試驗(yàn)主機(jī)‌：包含高壓艙（帶安全門聯(lián)鎖）、高壓變壓器（如50kV/3kVA, 100kV/10kVA）、精密升壓裝置（如西門子PLC控制的步進(jìn)電機(jī)+無觸點(diǎn)調(diào)壓）、電極系統(tǒng)等。
控制系統(tǒng)單元‌：核心部件，采用西門子中央處理器（CPU/PLC）以提高控制精度和抗干擾能力，支持無線/有線遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離安全操作。
高壓電極‌：根據(jù)GB1408.1標(biāo)準(zhǔn)，常用三只電極：兩個(gè)直徑25mm的圓柱形電極和一個(gè)直徑75mm的圓柱形電極。電極材料多為黃銅或不銹鋼。也可配備其他電極（如球板電極、線材電極等）以滿足特殊樣品測試需求。
安全防護(hù)系統(tǒng)‌：為高壓試驗(yàn)的核心，包括多重聯(lián)鎖保護(hù)（門打開則斷電）、高壓放電裝置（自動(dòng)/手動(dòng)放電）、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、漏電流監(jiān)測（0-150mA可調(diào)）、獨(dú)立接地保護(hù)等。部分設(shè)備內(nèi)置泄壓網(wǎng)絡(luò)防電弧和故障報(bào)警系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集與上位機(jī)‌：通過電壓/電流傳感器精確采集信號，由計(jì)算機(jī)軟件平臺控制。

2. 核心技術(shù)參數(shù)‌：

輸出電壓范圍‌：常見型號如0-50kV、0-100kV。
升壓速率‌：可程序設(shè)定，范圍通常為0.1kV/s 至 5.0kV/s，遵循標(biāo)準(zhǔn)要求。
試驗(yàn)精度‌：一般≤±1%。
電源與頻率‌：AC 220V±10%，50Hz±1Hz。
試驗(yàn)判據(jù)‌：支持電壓下降（“峰降電壓”模式，靈敏可調(diào)）、電流突增（設(shè)定漏電流閾值）雙重判斷，以準(zhǔn)確捕捉擊穿點(diǎn)。
支持模式‌：交流（AC）和直流（DC）試驗(yàn)。直流試驗(yàn)通常需接入高壓硅堆回路。

四、 詳細(xì)操作流程與安全規(guī)范‌

1. 操作前準(zhǔn)備與環(huán)境控制‌：

樣品制備‌：
厚度應(yīng)均勻、無氣泡雜質(zhì)和明顯機(jī)械損傷，常用厚度1-3mm，大于3mm結(jié)果更有可比性。
表面應(yīng)清潔、干燥，去除灰塵、油脂和脫模劑，可采用無腐蝕溶劑（如酒精）擦拭。
按規(guī)定進(jìn)行 ‌預(yù)處理‌ （通常在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度環(huán)境下放置24小時(shí)以上）或 ‌條件處理‌ （根據(jù)要求進(jìn)行高溫、浸水等處理）。
環(huán)境條件‌：理想環(huán)境為溫度23±2℃，相對濕度50±5% RH。需記錄實(shí)際溫濕度。
電極安裝‌：確保電極表面清潔、平整，對軟試樣施加適當(dāng)恒定壓力，避免氣隙導(dǎo)致電場畸變。

2. 軟件操作（以現(xiàn)代控制軟件為例）‌：

系統(tǒng)登錄與設(shè)置‌：啟動(dòng)軟件，輸入用戶名密碼登錄。進(jìn)入?yún)��?shù)設(shè)置界面，填寫“試驗(yàn)單位”、“送試單位”、“試驗(yàn)人員”等信息。
選擇測試方式‌：
直流/交流選擇‌：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求選擇。注意：硬件上需通過拔插短路桿改變回路，軟件選擇需與之對應(yīng)。
試驗(yàn)方法選擇‌：擊穿試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)或梯度試驗(yàn)。
關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定‌：
終止電壓‌：保護(hù)設(shè)備與樣品的上限電壓。
峰降電壓‌：擊穿判斷靈敏度（如0.1 kV）。電壓下降超過此值即判定為擊穿。
升壓速度‌：按標(biāo)準(zhǔn)選取（如GB/T 1408常快速升壓：100 V/s 或 500 V/s）。
漏電流報(bào)警閾值‌：如3 mA 或5 mA。
試樣厚度‌：必須準(zhǔn)確輸入以自動(dòng)計(jì)算介電強(qiáng)度。
試驗(yàn)執(zhí)行與數(shù)據(jù)記錄‌：開始試驗(yàn)后，系統(tǒng)自動(dòng)升壓，實(shí)時(shí)顯示電壓-電流曲線，并在擊穿或達(dá)到終止條件后自動(dòng)停止、降壓、放電。結(jié)果包括：擊穿電壓（kV）、介電強(qiáng)度（kV/mm）、擊穿位置等。數(shù)據(jù)可永久儲存于數(shù)據(jù)庫，支持查詢、導(dǎo)出及報(bào)告打印。

3. 嚴(yán)苛的‌安全操作規(guī)程與注意事項(xiàng)**：
由于試驗(yàn)電壓高達(dá)數(shù)十kV，必須嚴(yán)格遵守安全規(guī)范。

操作員資質(zhì)‌：必須接受高壓安全培訓(xùn)，了解設(shè)備性能及應(yīng)急操作。
個(gè)人防護(hù)‌：必須穿戴合格的絕緣手套、護(hù)目鏡、絕緣鞋。
場地安全‌：
設(shè)備必須單獨(dú)可靠接地，接地電阻≤4Ω。
劃定測試區(qū)域，設(shè)置“高壓危險(xiǎn)”警示牌。
試驗(yàn)過程中禁止任何人員靠近或接觸設(shè)備。
設(shè)備安全‌：
確保 ‌安全門聯(lián)鎖裝置‌有效，門未關(guān)緊無法升壓。
試驗(yàn)前必須檢查所有安全保護(hù)功能（過流、漏電等）。
每次更換樣品前，使用放電棒通過放電器充分釋放高壓端子殘余電荷（保持接地?cái)?shù)秒鐘）。
設(shè)備內(nèi)部、特別是高壓端應(yīng)定期清潔，防止灰塵、導(dǎo)電雜質(zhì)積聚。
直流高壓試驗(yàn)后，‌殘余電荷更易駐留‌，放電更需徹底謹(jǐn)慎。
樣品與介質(zhì)‌：
試驗(yàn)常用介質(zhì)為 ‌空氣‌ 或 ‌變壓器油‌。
使用油介質(zhì)時(shí)，保持油品清潔（無水分、雜質(zhì)）且在規(guī)定耐壓值內(nèi)。測試液體樣品需用專用油杯。
防止樣品在擊穿時(shí)產(chǎn)生的飛濺或燃燒。試驗(yàn)后排出廢氣和煙霧。

五、 測試結(jié)果解讀與常見問題分析‌

結(jié)果報(bào)告‌：報(bào)告應(yīng)包括材料標(biāo)識、試樣厚度與狀態(tài)、試驗(yàn)環(huán)境、電極類型、試驗(yàn)方法（升壓速率、終點(diǎn)判據(jù)）、實(shí)際擊穿電壓/介電強(qiáng)度、每個(gè)樣品的結(jié)果與統(tǒng)計(jì)值（平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差）。
數(shù)據(jù)變異性‌：絕緣材料的擊穿強(qiáng)度本身具有分散性（韋伯分布），建議每個(gè)樣品至少測試3-5個(gè)點(diǎn)，剔除明顯異常值后取平均值。
常見影響因素分析‌：
試樣缺陷‌：氣泡、雜質(zhì)、裂紋會(huì)嚴(yán)重降低擊穿強(qiáng)度。
厚度影響‌：過薄樣品易發(fā)生邊緣擊穿，且散熱不同影響結(jié)果；過厚樣品內(nèi)部缺陷概率增加。
溫度與濕度‌：濕度升高易形成表面電導(dǎo)通道，降低強(qiáng)度；溫度升高降低材料電阻率。
電極效應(yīng)‌：邊緣倒角不符合標(biāo)準(zhǔn)、壓力不均會(huì)導(dǎo)致電場集中。
升壓速率‌：速率過快，擊穿電壓可能偏高。
介質(zhì)影響‌：油中擊穿電壓一般高于空氣中，因油有冷卻和抑制放電作用。