電氣絕緣材料和系統交流電壓耐久性評定國家市場監督管理總局國家標準化管理委員會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本標準代替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電氣絕緣擊穿數據統計分析導則(IECGB/T29311—2020/IEC6125緣材料和系統的交流電壓耐久性十分復雜，因為電壓耐久性試驗結果受多種1GB/T29311—2020/IEC61251:2015電氣絕緣材料和系統下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引IEC62539電氣絕緣擊穿數據統計分析導則(Guideforthestatisticalanalysisofelectricali壽命life2GB/T29311—2020/IEC61251:2015h,k:指數模型常數。精確繪制VE圖需要進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)。電應力電應力El。擊穿時間log/b)應檢查并記錄被測試樣、擊穿路徑及試樣介電擊穿的條件，以用于后續試驗結果VE曲線的斜率n是絕緣材料或系統對電應力響應的反映，是無量綱參數。對斜率較小的VE曲線(如VEC數值較大),電應力小幅降低會使壽命大幅提高。斜率的倒數與式(1)中的指數值n一致，會出現在相同電應力下低VEC材料的介電擊穿時間長。因此，應注意n值的選擇與高的平均電應力4.6非常數的VEC(na)如果VE線在雙對數坐標系中為曲線，則可通過曲線上任意一點的切線測量斜率。按第5章描述的絕對值(見圖2)。4GB/T29311—2020/IE圖2在VE曲線上的任意一點確定非常數的VEC(na)4.7電應力閾值(E,)如果VE曲線隨著電應力下降變得趨于水平，這表明存在一個限值應力E,,低于該值時，電老化可忽略不計，該值稱為電應力閾值。通過適當持續時間的試驗可監測VE曲線呈現水平的趨勢。然而，試驗并非總是在合理的時間內成功呈現這種趨勢，某些絕緣材料或系統即使試驗時間很長也不會出現電應力閾值。4.8電壓耐久性關系電壓耐久性關系(VE關系)是電應力或電壓作用下的壽命數學模型，即電氣強度和介電擊穿時間的關聯公式，該式可通過VE曲線圖表示。如果在雙對數圖中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——電應力；c和n——取決于溫度和其他環境條件的常數，其中c是反冪函數模型常數，n是符合電壓耐久性系數的反冪函數模型應力指數。式(1)為反冪函數模型，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據。在這種情況下VEC為n且為常數。當兩個恒定電壓應力下的介電擊穿時間數據可用時，則可以采用該模型并按照式(2)估算n值。如果VE試驗數據在雙對數坐標中沒有形成一條直線，則運用反冪函數模型是不正確的；如果曲線靠近電應力閾值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)為反冪函數模型，當短期擊穿和中期擊穿數據在雙對數坐標系中擬合成一條5此模型源自簡單的指數模型，當E>E,時，在半對數坐標系中近似于一條直線；當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c'、n、k、h和E,取決于溫度和其他環境條件。式(3)和式(4)能用來生成兩個新的方程，解釋任意兩個點(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),當在雙對數或半對數坐標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，反冪函數模型變為式(7):ln(L)=1n(c)—nln(E)在雙對數坐標系中，式(7)為電壓耐久性直線方程，其斜率為-1/n。由于斜率的倒數值等于VEC,故VEC也能表示反冪函數模型的指數n。5試驗方法5.1概述本章描述了進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。通常為進行對比，不管上述參數如何選擇，試驗使用老化單元或試樣應相同。但對于施加電壓頻率的選擇，應使介電損耗或局部放電所產生的熱量而引起溫度上升不應超過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。試樣應超出電極邊緣適當的距離，以避免試樣表面發生閃絡或局部放電。如果預先試驗表明試樣超出電極邊緣的距離，不足以避免產生局部放電和閃絡，這時應將電極嵌入具有與試驗材料接近或更高的介電常數的介質中。試樣的形狀和加工工藝取決于試驗目的。以研究為目的的試驗，已經進行了以空穴尺寸和形狀為目的的內部降解研究，但這不屬于本標準的討論范圍。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，應充分考慮其實際運行狀況并由使用方確定試驗方法。5.2恒定應力試驗5.2.1常規VE試驗在恒定電應力試驗中，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，在大部分試樣發生擊穿后，停止試驗，采用截尾數據統計方法(見IEC62539)處理試驗數據。通常，選擇三個或者四個不同電壓或電氣強度進行試驗。提供三個或四個數據繪制VE曲線。常常四個數據點也不足以確定曲線的斜率，但超過四個電壓進行試驗來繪制VE曲線是不經濟的。6GB/T29311—2020/IEC61251:2015數據與直線的擬合可以通過具體的要求進行回歸分析來建立(見IEC62539)。如果擬合結果合系數R2低于0.90,將VE擬合成直線不合適。布，試驗數據呈現為直線(按威布爾坐標),直線的斜率為分布在需要進行診斷試驗時，在試驗期間監測如tano或局部放電。當在不同電壓下獲得的tano或局通過提高頻率進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行。而在較高溫度下進行的試驗可提供有關老化過程的類型的信息以及VE曲線推導出工頻頻率(f)下的介電擊穿時間Lj,如式(8)所示：在低應力下的高頻率試驗可推斷是否存在電應力閾值。如果工頻下試驗結果顯示可能存在閾值，則應在盡可能接近該閾值的電壓下進行高頻試驗。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力試驗中，施加在每個試樣上的應力幅值隨時間的增加而增加直到GB/T29311—2020/I見圖3。的VEC。為了在開始恒定應力試驗前確定γ,宜采用遞增應力試驗。理論上可以推導出VEC,可對VEC值和試驗的合適持續時間進行核驗。下，不同尺寸的兩個元件1和元件2在對應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——相同應力下遞增應力和恒定應力的介電擊穿時間；n值通常在8～15之間，t。遠小于tp,遞增應力下的介電擊穿時間與恒定應力下較小的介電擊穿時預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)遞增應力試驗或者類似于一個短時電氣強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);根據式(10),遞增應力下的介電擊穿時間tp與恒定應力下的介電擊穿時間t。的理論比值為(n+a)在5.4提到的高應力下預試驗；b)在較低應力下進行的恒定應力試驗。在不同的應力下，足夠的試驗可以繪制VE曲線而得到對被測材料長期運行可靠性的預測。在任意情況下，至少需要三個測試應力約5%下進行試驗，經數千小時后停止試驗，取出部分試樣進行化學物理分析和短時電氣強度測有證明VEC是常數，應給出其平均值。在曲線的情況下，4.6中描述了非常數的系數na,測試na的電如果待評材料或系統對絕緣設計提出了一個技術上有必要關注的電應力閾值(即電應力閾值不太低以致于它的實際重要性可以忽略),則該應力閾值成為VE試驗中的一個有用因素。a)測試試樣應從大量待選試樣中隨機抽取(具有相同制造工藝的試樣);9GB/T29311—2020/IEC61251:2015c)每個試樣應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的電壓耐久特性，應繪制包括置信限在內的VE曲線圖(優 (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威布爾分布通常如式(A.1)所示：β——恒定應力下介電擊穿時間的威布爾分布形狀參數；a——相對于p(t)=1-1/e=0.632的時間。通過兩次取對數可得式(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。威布爾坐標紙是根據這樣的坐標系刻度而特制的坐標紙。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遞增應力下介電擊穿電場的威布爾分布形狀參數；m——與尺寸比率R成比例(見5.4)。在威布爾坐標紙上，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力E?和E?,它們的介電擊穿概率P相同，則有式(A.4):根據式(A.4),可推導出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為常數時，式(A.5)可轉化為式(A.1);t為常數時，式(A.5)可轉化為式(A.3)。對于遞增因此，在遞增電場試驗中，威布爾坐標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遠大于β,因此(β+γ)和γ之間的差距小到可以忽略(γ數量級為10或者更如果在不同的電應力下得到的試驗數據適用相同的威布爾分布(形狀參數β和γ為常數),在恒定介質擊穿概率為P時的線性方程如式(因此，在給定范圍內的威布爾分布(參見IEC