李炳峰 劉建瓴 裴曉波 司念朋 周娜(廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東廣州 510623)

影響漏電起痕試驗(yàn)結(jié)果的因素分析

李炳峰 劉建瓴 裴曉波 司念朋 周娜
(廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東廣州 510623)

針對(duì)絕緣材料漏電起痕試驗(yàn)中存在的影響正確試驗(yàn)結(jié)果的問題,例如試樣選取、試樣預(yù)處理、溶液配置、實(shí)驗(yàn)設(shè)備清洗及安裝等方面,本文根據(jù)GB/T 4207-2003和IEC60112-2003標(biāo)準(zhǔn)的要求,通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),提出了影響漏電起痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種因素及相應(yīng)的處理方法,在一定程度上能夠減少試驗(yàn)誤差,提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性,有助于相關(guān)檢測(cè)部門改進(jìn)試驗(yàn)方法。

IEC60112-2003;GB/T4207-2003;漏電起痕;電痕劣化

1 前言

聚合物絕緣材料具有特殊的電氣破壞現(xiàn)象,即聚合物絕緣材料表面在特定的條件下會(huì)發(fā)生電痕劣化現(xiàn)象,并且可以導(dǎo)致電痕破壞。電痕破壞是指當(dāng)材料表面存在潮濕、污穢、電場(chǎng)足夠大時(shí),表面將有漏電流產(chǎn)生。在電流的焦耳熱作用下,水分被蒸發(fā),隨著材料表面液膜分離形成的縫隙(稱為干燥帶),在干燥帶形成瞬間液膜間場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到放電場(chǎng)強(qiáng)而導(dǎo)致放電,放電產(chǎn)生的熱量使材料表面局部碳化。由于碳化生成物的導(dǎo)電率高,此處的電場(chǎng)密度集中于該碳化部分,引起放電的重復(fù)發(fā)生,在其周圍產(chǎn)生更多的碳化物,形成碳化導(dǎo)電路,并向電極方向伸展,最終導(dǎo)致短路。

漏電起痕試驗(yàn)是檢驗(yàn)絕緣材料抗腐蝕性能的重要方法,是判定材料能否在惡劣環(huán)境下應(yīng)用的重要依據(jù),因此檢測(cè)部門應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)把關(guān),正確地測(cè)量出絕緣材料的相比漏電起痕指數(shù)(CTI)和耐漏電起痕指數(shù)(PTI)。漏電起痕對(duì)試驗(yàn)條件的要求很高,試驗(yàn)人員稍微疏忽,都有可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)和真實(shí)值之間產(chǎn)生偏差,影響對(duì)材料性能的正確判定。本文按照GB/T 4207-2003[1]和IEC60112-2003標(biāo)準(zhǔn)[2](下面簡(jiǎn)稱GB標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn))的相關(guān)要求,利用德國(guó)PTL漏電起痕測(cè)試儀開展試驗(yàn),并根據(jù)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果,著重分析和總結(jié)了幾個(gè)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有明顯影響的細(xì)節(jié),有針對(duì)性提出可行的解決方法。

2 影響試驗(yàn)結(jié)果的因素分析

2.1 試樣預(yù)處理

GB標(biāo)準(zhǔn)要求“試樣的表面應(yīng)清潔,沒有灰塵、臟物、指印、油脂、油、脫模劑或其他有可能影響試驗(yàn)結(jié)果的污染物。在清潔試樣時(shí)應(yīng)注意避免引起材料的溶脹、軟化、實(shí)質(zhì)性擦傷或其他損傷?！睒?biāo)準(zhǔn)當(dāng)中沒有明確規(guī)定具體的清潔方法,只是要求試驗(yàn)人員要記錄清潔流程。這樣使得操作的靈活性很大,同時(shí)存在因?yàn)椴煌鍧嵎椒ǘ鴮?dǎo)致不同試驗(yàn)結(jié)果的可能性。

由于試樣來源的特殊性,使得試樣表面的污染物當(dāng)中,最為常見的是灰塵和指印?；覊m可直接用蒸餾水清除;指印主要的成分是水、無機(jī)鹽、脂肪類油脂,具有不易發(fā)覺、容易影響試驗(yàn)結(jié)果的特點(diǎn),圖1所示為一帶指印的試樣。根據(jù)同性相容原理,可采用20%左右濃度的酒精溶液清洗,然后再用蒸餾水或者去離子水沖洗,這樣基本上可以簡(jiǎn)單方便的清除試樣表面的污染物,且不會(huì)影響到試驗(yàn)的結(jié)果。

圖1 被指印污染的試樣

另外GB標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定,試樣厚度不得小于3 mm。因?yàn)橥ǔＧ闆r下試樣下的墊塊是玻璃或鋼板,由于試驗(yàn)時(shí)電離的氯化銨溶液會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,在試樣必須耐受熱量的情況下,如果試樣過薄,則試樣上的熱量就會(huì)很快傳遞掉,起不到試樣耐受電離氯化銨溶液的作用。因此在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)保證試樣厚度不小于3 mm,或者采用同材質(zhì)試樣疊加的方式,使試樣厚度不小于3 mm,同時(shí)疊加的試樣尺寸應(yīng)盡可能一致。

2.2 溶液的配置

GB標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)優(yōu)先選用的溶液A規(guī)定“(0.1±0.002)%的氯化銨(CH4Cl)用蒸餾水或去離子水稀釋,其溶液在23°C±1°C時(shí)電阻率是395Ω·cm±5Ω·cm”。試驗(yàn)溶液的電阻率及化學(xué)性質(zhì)是影響絕緣材料電痕化速度的2個(gè)主要因素,因此,在配制試驗(yàn)溶液時(shí)應(yīng)特別重視以下幾個(gè)方面的問題:

(1)溶劑的純度。GB標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確指出所用CH4Cl溶劑的純度要求。但溶液化學(xué)性質(zhì)的不同就相當(dāng)于試驗(yàn)的“嚴(yán)酷等級(jí)”不同,如果CH4Cl溶劑中摻雜了過多比其腐蝕性強(qiáng)的其他溶劑,配制出來的溶液將加速材料電痕化的發(fā)生;相反則會(huì)將減緩電痕化的發(fā)生。這2種情況都會(huì)影響試驗(yàn)的最終結(jié)果,進(jìn)而影響對(duì)材料性能的準(zhǔn)確判定,因此在選溶劑時(shí)要盡量選擇高純度的溶劑。在IEC標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)溶劑純度的規(guī)定為大于99.8%。

(2)溶劑的保質(zhì)期。從市場(chǎng)上購(gòu)買的CH4Cl溶劑,在未開封的情況下,一般保存期為5年;如果已經(jīng)開封,則需要密封保存,且保質(zhì)期縮短為2年。如果試驗(yàn)使用的CH4Cl溶劑已經(jīng)結(jié)塊,則試驗(yàn)前應(yīng)在烘箱中烘干,防止溶劑中的水分影響最終溶液的配制。

(3)水的電導(dǎo)率。蒸餾水和去離子水的電導(dǎo)率都很小,說明其中雜質(zhì)含量很少。當(dāng)其電導(dǎo)率小到一定程度時(shí),可以忽略它們所含雜質(zhì)對(duì)溶液的影響。如果其電導(dǎo)率過大,則雜質(zhì)相對(duì)含量就多,對(duì)溶液中CH4Cl的電解有顯著影響,從而影響試驗(yàn)結(jié)果。IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,選用的蒸餾水或去離子水的電導(dǎo)率不能超過1mS/m。

(4)溶液的存放。標(biāo)準(zhǔn)中并沒有明確對(duì)已配好溶液的處理方法。筆者根據(jù)多次試驗(yàn)的比對(duì)發(fā)現(xiàn),溶液最好是現(xiàn)配現(xiàn)用,不宜存放過久,例如長(zhǎng)期存放在漏電起痕設(shè)備中的溶液,會(huì)出現(xiàn)底部溶液電阻率下降的情況。如要存放,應(yīng)盡量密封存放在陰涼處,再次使用時(shí)測(cè)量其電阻率是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 電極的處理

GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“在試樣的平坦水平表面上,兩電極面垂直相對(duì),電極之間的夾角為60°,電極間距4.0mm±0.1mm。每個(gè)電極施加于試樣表面的力應(yīng)是1.0N±0.05N”。在電極安裝過程中,很容易出現(xiàn)的問題是2個(gè)電極沒有垂直于試樣的表面,即電極沒有很好的和試樣表面接觸,這種情況會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果。圖2所示為電極安裝不規(guī)范從而導(dǎo)致電極傾斜,沒有和試樣表面充分接觸;圖3所示為電極安裝不規(guī)范而導(dǎo)致的錯(cuò)誤的試驗(yàn)結(jié)果。

圖2 電極安裝不規(guī)范

圖3 電極安裝不規(guī)范導(dǎo)致

另外,在進(jìn)行多次試驗(yàn)以及試樣燃燒后,鉑電極的表面會(huì)有碳化熔融的情況出現(xiàn),如果繼續(xù)使用該電極進(jìn)行試驗(yàn),碳化物就會(huì)在電極和試樣之間形成隔層,影響電極和試樣的接觸,同樣也會(huì)導(dǎo)致和圖3相類似的試驗(yàn)結(jié)果。因此,為了試驗(yàn)結(jié)果更真實(shí),每次試驗(yàn)完畢后要留意觀察電極的情況,必要時(shí)用標(biāo)號(hào)400的細(xì)砂紙打磨電極,打磨時(shí)應(yīng)小心操作,力度不要太大,不能改變電極的輪廓,不能使電極刃口變成圓柱面,否則也會(huì)出現(xiàn)電極與試樣接觸不完全的情況。打磨完成后再用去離子水或蒸餾水沖洗電極。以上2種問題應(yīng)該在試驗(yàn)前細(xì)心檢查加以避免。

2.4 試驗(yàn)短路電流的設(shè)定

GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,試驗(yàn)前應(yīng)將試驗(yàn)短路電流設(shè)定為1 A。在實(shí)際運(yùn)用中可能出現(xiàn)2種情況:

(1)不同的試驗(yàn)電壓只設(shè)定一次短路電流。(2)每種試驗(yàn)電壓?jiǎn)为?dú)設(shè)定短路電流。

對(duì)于不同的試驗(yàn)電壓如果只設(shè)定一次短路電流,例如,試驗(yàn)電壓為200 V,短路電流設(shè)為1 A,再將試驗(yàn)電壓升高到300 V時(shí),然后驗(yàn)證短路電流,可發(fā)現(xiàn)電流超過1 A。如果將試驗(yàn)電壓降低到150 V時(shí),驗(yàn)證短路電流,會(huì)發(fā)現(xiàn)電流不到1 A。因此為保證試驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)的要求,每調(diào)整1次試驗(yàn)電壓,均應(yīng)再次調(diào)整短路電流。

2.5 試驗(yàn)設(shè)備的清理

每進(jìn)行一次試驗(yàn)后,無論試驗(yàn)成功與否,都會(huì)有溶液飛濺到試驗(yàn)裝置里,可能還有試樣燃燒后產(chǎn)生的灰燼飄散在電極托臂上,這些因素可能會(huì)在下次試驗(yàn)進(jìn)行過程中掉落到試樣上,從而影響試驗(yàn)結(jié)果,因此,每次試驗(yàn)完成后都應(yīng)該清洗電極及承載裝置。清洗可以使用不含腐蝕性的清潔劑,也可以用酒精等進(jìn)行清洗;清洗后,應(yīng)用去離子水或蒸餾水沖洗。

2.6 其他細(xì)節(jié)問題

除了前面論述中要注意的問題外,還有以下幾點(diǎn)需要試驗(yàn)人員引起重視:

(1)電極在每次試驗(yàn)后應(yīng)該充分冷卻再進(jìn)行下一次試驗(yàn),否則會(huì)使滴落的溶液溫度升高,從而電阻率發(fā)生變化。

(2)試驗(yàn)時(shí)環(huán)境氣體的流速不能超過0.2m/s,實(shí)驗(yàn)室環(huán)境需要保持溫度穩(wěn)定,特別需要注意設(shè)備自身如電氣箱位置產(chǎn)生的溫度,防止這些不利因素影響試驗(yàn)結(jié)果

(3)試樣可能存在內(nèi)部不均勻的情況。如工程塑料制品在注塑過程中因?yàn)槿廴诓怀浞值仍?可能出現(xiàn)材料不均勻性,當(dāng)用這類材料進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),要盡量多選取幾個(gè)不同方向和角度進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn),取最薄弱點(diǎn)作為最終結(jié)果。

(4)做多個(gè)樣品CTI時(shí)的環(huán)境溫濕度盡量保持一致。

(5)同一個(gè)樣品的試驗(yàn)最好由同一試驗(yàn)人員操作。

3 總結(jié)

通過對(duì)漏電起痕試驗(yàn)過程中各種細(xì)節(jié)問題的分析及處理方法的論述,體現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解和實(shí)現(xiàn),能夠較好地避免導(dǎo)致漏電起痕試驗(yàn)錯(cuò)誤結(jié)果的出現(xiàn),減少對(duì)材料性能的誤判,從而提高材料的應(yīng)用價(jià)值及減少因?yàn)檎`用材料而導(dǎo)致威脅人們生命財(cái)產(chǎn)安全問題的產(chǎn)生。

[1] GB/T4207-2003固體絕緣材料在潮濕條件下相比電痕化指數(shù)和耐電痕化指數(shù)的測(cè)定方法[S].

[2] IEC 60112-2003 Methods for the determination of the proof and the comparative tracking indices of solid insulation materials[S].

Analysis of Influence on Solid Insulating Materials Tracking Test

Li Bingfeng,Liu Jianling,Pei Xiaobo,Si Nianpeng,Zhou Na

(Guangdong Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Guangzhou,Guangdong,510623)

A research had been made on the facts which influence the result of materials tracking test,such as sample selection,sample pre-conditioning,solution confection,equipment cleaning.According to the requirement of GB/T 4207-2003 and IEC60112-2003,based on the summary on test result and the understanding on the standard,this paper offered the solutions on the negative facts which will help to improve the accuracy of test result and minimize the error.It will help the inspection department on their work.

IEC60112-2003;GB/T4207-2003;Tracking Test;Electrical Erosio

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