T-CPSS 1017-2025 脉冲电压下固体绝缘材料真空沿面电气强度试验方法

ICS29.260.01CCSK80团体标准T/CPSS10172025脉冲电压下固体绝缘材料真空沿面电气强度试验方法Testmethodfor脉冲电压下固体绝缘材料真空沿面电气强度试验方法Testmethodforvacuumsurfaceelectricalstrengthofsolidinsulatingmaterialsunderpulsedvoltage中电压下固体绝缘材料真空活电气强度试验方法thodforvacuumsurfaceelectricalstrelinsulatingmaterialsunderpulsedvoli2025-08-22发布2025-08-23实施中国电源学会发布脉冲电压波形示例双参数weibull脉冲电压波形示例双参数weibull概率分布试样闪络与未闪络典型波形实例T/CPSS10172025前言 II1范围 13术语和定义34概述345技术要求4试验设备及测量仪器4及测量仪器试验设备及测量仪器45.25电极与试样5.35验方法7定闪络判定试验样品数量7.2数据处理7.38报告格式真空室5.25电极与试样5.35验方法7定闪络判定试验样品数量7.2数据处理7.38报告格式试验前准备工作备工作试验前准备工作试验项目及测试流程及测试流程试验项目及测试流程数量数量附录A(资料性)脉冲电压波形示例附录A(资料性)附录B(资料性)试样闪络与未闪络典型波形实例附录B(资料性)附录C(资料性)双参数附录C(资料性)T/CPSS10172025前言本文件按照GB/T1.12020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电源学会提出并归口。本文件起草单位:中国工程物理研究院流体物理研究所、国防科技大学、中国人民解放军63672部队、西安交通大学、清华大学、国家高电压计量站、中国电子科技集团公司第十二研究所、有研工程技术研究院有限公司、中国科学院电工研究所、成都同明创新科技有限公司、陕西宝光陶瓷科技有限公司、广东南方尼龙制品有限公司、泰兴市珑华压克力板材有限公司。本文件主要起草人:李逢、袁建强、高景明、杨实、李元、苟涛、周亚伟、孙浩良、邻晓兵、王凌云、周亮、张庆猛、王萌、宋红兵、安百江、曾上游、华国庆。本文件为首次发布。T/CPSS10172025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规定了脉冲电压下固体绝缘材料真空沿面电气强度试验技术要求和试验方法。本文件适用于脉冲电压宽度1s以下、脉冲电压幅值10KV1MV固体绝缘材料真空沿面电气强度试验。下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日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/TGB/TGB/T第1部分:工频下试验GB,/T2900.19电工术语高电压试验技术和绝缘配合GB/T3163真空技术术语术语、定义及表面结构参数固体绝缘材料在试验前和试验时采用的标准条件GB/T3505产品几何级数规范(GPS)表面结构术语、定义及表面结构参数固体绝缘材料在试验前和试验时采用的标准条件电气绝缘击穿数据统计分析导则GB/T10580GB/T29310电气绝缘击穿数据统计分析导则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。下列术语和定义适用于本文件。脉冲功率源输出并加载到试样上的电压。3.13.2脉冲功率源pulsedpowersource产生脉冲电压的高压设备。3.3脉冲电压上升时间pulsedvoltagerisetime脉冲电压从峰值10%上升至峰值90%的时间。3.4脉冲电压半高宽fullwidthathalfmaximum脉冲电压从上升时间50%峰值至下降时间50%峰值的持续时间。3.5脉冲电压视在底宽virtualbottomwidthofpulsedvoltage脉冲电压从上升时间10%峰值至下降时间10%峰值的持续时间。T/CPSS10172025固体绝缘材料solidinsulatingmaterial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GB/T105802015,3.1]3.7相关绝缘材料试验规范中描述的试验时采用的样品。[来源:GB/T105802015,3.2]3.8真空沿面vacuumsurface兵受电气强度的固体绝缘材料表面。或真空全部或部分沿固体绝缘材料表面发生的破坏性放电。r兵受电气强度的固体绝缘材料表面。或真空全部或部分沿固体绝缘材料表面发生的破坏性放电。r2900.192022,3.1.12.2]lshovervoltage各时脉冲电压。'acuumsurfaceelectricstrength条件下,闪络电压与两电极之间距离的商。定外,按5.3.1规定测定两试验电极之间的距离。r1408.12016,3.4]des的金属以实现脉冲电压加载。epetitiverate中电压加载在试样上时间间隔的倒数。3.9闪络flashover气体、液体或真空全部或部分沿固体绝缘材料表面发生的破坏性放电。[来源:GB/T2900.192022,3.1.12.2]3.10试样发生闪络时脉冲电压。3.11电气强度vacuumsurfaceelectricstrength在规定的试验条件下,闪络电压与两电极之间距离的商。注除另有规定外,按5.3.1规定测定两试验电极之间的距离。[来源:GB/T1408.12016,3.4]3.12电极electrodes贴附于试样表面的金属以实现脉冲电压加载。3.13重复频率repetitiverate相邻两次脉冲电压加载在试样上时间间隔的倒数。单次脉冲singlepulse脉冲功率源输出一次脉冲电压加载在试样上。3.15脉冲串pulsebursts脉冲功率源输出一串脉冲电压加载在试样上。3.16连续脉冲continuouspulse脉冲功率源连续输出多个脉冲电压加载在试样上。3.17闪络电流flashovercurrent试样发生闪络时沿面通过的电流。2T/CPSS10172025限流电阻currentlimitingresistor串联在试样测试回路中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currentprobe可测试脉冲电流的测试器件。真空容器;真空室vacuumchamber[来源:GB/T31632007,5.3.1]3.22表示真空状态下气体的稀薄程度,通常用压力值来表示。[来源:GB/T31632007,3.1]4概述测试采用的试验回路如图1所示。测试采用的试验回路如图1所示。试样与电极安装在真空室内。脉冲功率源输出脉冲电压通过限流图1试验回路示意图采用电压探头测试脉冲功率源输出电压和试样脉冲电压,图1中电压探头1测试脉冲功率源输出电压,电压探头2测试试样脉冲电压。采用电流探头测试试样闪络电流,通过限流电阻调节试样闪络电流幅值。电压探头信号和电流探头信号通过示波器采集。试验时真空室真空度需达到试验要求。根据脉冲功率源输出电压能力,试样脉冲电压可分为单次脉冲、脉冲串和连续脉冲。单次脉冲是脉冲功率源输出1个脉冲加载在试样上。脉冲串模式下,脉冲功率源一次输出n个脉冲,2≤n<10。相邻脉冲时间间隔由脉冲功率源重复频率确定。连续脉冲模式下,脉冲功率源一次输出m个脉冲,m≥10,相34T/CPSS10172025幅值和时间参数不能有明显变化。a)单次脉冲b)脉冲串c)c)连续脉冲说明:t时间;UU值;n1个脉冲串中脉冲个数;m连续脉冲一次输出脉冲个数。5技术要求5.5.1试验设备及测量仪器5.1.1脉冲功率源脉冲功率源技术要求如下:V,脉冲串和连续脉冲输出多个脉冲电压时,多个脉冲幅值应保持一致;5.1.2限流电阻限流电阻不能对脉冲功率源放电回路和试样脉冲电压产生明显影响,技术要求如下:冲下闪络电流幅值<500A;5T/CPSS101720255.1.3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脉冲电压产生明显影响,技术要求如下:a)探头测量范围不低于被测信号的的10%;冲及交直流通用的高电压测量探头;d)电压探头标准不确定度小于3%。5.1.4电流探头电流探头技术要求如下:a)a)探头测量范围不低于被测信号的幅值;b)电流探头频率上限对应的响应时间应小于被测信号三分之一上升时间;频落或者后延衰落在被测信号脉宽范围内的影响不超过最高幅值的10%;电流计量要求,电流计量要求,也可采用标准电流探头直接测量;5.1.5示波器示波器技术要求如下:5.2真空室真空室技术要求如下:免发生高压电极对真空室外壁放电以及法兰隔板沿面放电;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。电极与试样装配结构如图3所示,试样放置在两个平行平板电极之间。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。装配后保证电极和试样充分接触,试样与电极保持同轴状态。电极与试样表面粗糙度定义可参考GB,/T3505。T/CPSS10172025说明:DD电极最大直径,单位为mm;R倒圆半径,单位为mm。图3平行平板电极和试样结构5.3.2电极电极技术要求如下:b)电极表面粗糙度Ra≤1.6ym;5.3.3试样试样结构如图4所示,技术要求如下:b)表面粗糙度Ra≤1.6ym;沿面结构。说明:HH。图4圆柱试样结构6.1试验前准备工作6.1.1脉冲功率源输出电压参数确认试验项目开始前确认脉冲功率源输出电压参数。可采用不影响试验回路参数的非试验组试样开展试验,获得未发生闪络时脉冲功率源输出电压波形参数,包括幅值和时间,用于试验项目波形参数比对。7T/CPSS101720256.1.2试样与电极处理在实验室环境采用无水乙醇擦拭电极和试样,装配时电极及试样表面无明显灰尘杂质。试验单位可根据试验需求,对试样和电极进行其他试验前处理。若试样不能采用无水乙醇擦洗(如有机玻璃材料),可更换其他清洗剂以保证试样表面清洁。清洁后试样和电极安装至真空腔并完成试验回路搭建。6.1.3真空抽取展试验测试。试验时真空设备不关闭,持续抽取真空。6.2试验项目及测试流程同一电压等级下对试样施加x次同一电压等级下对试样施加x脉冲串,脉冲串中脉冲个数为n,次脉冲电压,x次加载全部没有x组加载全部没有发生闪络即提a)试样脉冲电压≤100kv,升压幅度≤10kvb)试样脉冲电压100kv同一电压等级下对试样施加x次同一电压等级下对试样施加x脉冲串,脉冲串中脉冲个数为n,次脉冲电压,x次加载全部没有x组加载全部没有发生闪络即提a)试样脉冲电压≤100kv,升压幅度≤10kvb)试样脉冲电压100kv~200kv,升压幅度≤15kvc)试样脉冲电200kv,升压幅度≤20kv表1试验项目及测试流程试验项目单次脉冲单次脉冲脉冲串脉冲串连续脉冲开始加压 若第一次加压发生闪络, 若第一次加压发生闪络,更换试样同一电压等级下加载次数发生闪络即提升电压。发生闪络即提升电压。发生闪络即提升电压。 升电压。同一电续施加加载全提升电同一电压等级下对试样连续施加m次脉冲电压,m次加载全部没有发生闪络即同一电续施加加载全提升电逐级升压及升压幅度要求a)试样脉冲电压≤100kv,升压幅度≤10kvb)试样脉冲电压100kv~200kv,升压幅度≤15kvc)试样脉冲电200kv,升压幅度≤20kv测试流程及测试参数a)试样第一次发生闪络,a)试样第一次发生闪络,记录为首次闪络电压fb继续提升电压;b)第一次出现同一电压下有时,需四舍五入取整数)及以上闪络,记录为首次提升电压;c)同一电压下连续x次都发生闪络,记录为最大闪络d)开始逐级降压,降压幅度与升压幅度保持一致,若发生闪络直接降至下一电压等级,直到连续x次都不发生闪络,停止降压,记录耐受电压(uho).a)a)试样第一次发生闪络,记录为首次闪络电压(un),继续提升电压;b)第一次出现有同一电压下k次(h=xxn/2)及以上发生闪络,记录为首次50%闪络电压(uv3),继续提升电压;(w=xxn)都发生闪络,记录为最大闪络电压(umx);升压幅度保持一致,若发生闪络直接降至下一电压等级,直到连续w次都不发生闪络,停止降压,记录为耐受电压(uio)。压下压K次(K=m/2)及以上发生闪络,该试样电50%压下压K次(K=m/2)及以上发生闪络,该试样电50%压;c)开始逐级降压,降压幅度与升压幅度保持一致,若发生闪络直接降至下一电压等级,直到连续m次都不发生闪络,停止降压,记录耐受电压(ui.)。闪络电流每次闪络需测试闪络电流幅值注x≥3,建议单次脉冲下x=6。T/CPSS10172025K=45)K=45)C)b)脉冲串(假设x=6,n=3,k=9,W=18)C)连续脉冲(假设m,K二45)说明:图5测试流程否发生闪络否发生闪络T/CPSS101720257.2试验样品数量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σ大于25%以上,则应另作五个试样的试验。偏离值σ计算方法如公式1:,式中:umax-i某个试样最大闪络电压; umax该组试样组最大闪络电压平均值。7.3数据处理将一组试样闪络数据进行处理,数据处理主要包括闪络电压幅值、闪络电压时间、该组两参数weibull累积分布特征值、最大闪络电流和电气强度。需要处理的数据类型如表2所示。表2需处理数据类型数据类型闪络电压首次闪络电压首次50%闪络电压、最闪络电压首次闪络电压首次50%闪络电压、最大闪络电压和耐受电压平均值、标准偏差、最大偏离值该组63.2%闪络概率闪络电流闪络电流闪络电流电气强度a)电气强度a)首次闪络沿面电气强度(Efb)b)首次50%闪络电气强度(Eso%)c)最大闪络电气强度闪络电压时间明细a)首次闪络电压Efb)大闪络电压和耐受电压平均值、标准偏差、最大偏离值最大闪络电流最大闪络电流幅值幅值b)首次50%闪络电气强度(Eso%)c)最大闪络电气强度真空沿面闪络时试样脉冲电压上升时间、半高宽和底宽。c)该组63.2%闪络概率闪络电压幅值读取为该发次试样脉冲电压最闪络电压幅值读取为该发次试样脉冲电压最大值。电压幅值有三种情况: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次电压波形理论最大值。加压梯度外推方式由试验设备单位提供。7.3.3闪络电压时间闪络电压时间参数读取为试样脉冲电压时间参数,包括上升时间、半高宽和底宽。试样电压上升时间包括两种情况:闪络的理论电压波形,根据理论电压波形计算。试样闪络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。T/CPSS101720257.3.4该组两参数weibull累积分布特征电压值采用双参数weibull概率分布计算,具体可见附录c(来源:GB/T29310)。7.3.5最大闪络电流取该组试验中最大闪络电流幅值7.3.6电气强度按闪络电压幅值与电极间距的商进行计算得到真空沿面闪络电气强度。8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。e)该组两参数weibull累积分布特征电压值。f)真空度;j电气强度平均值,包括首次闪络电气强度、最大闪络电气强度和j电气强度标准差,包括首次闪络电气强度、最大闪络电气强度和j电气强度最大偏离值,包括首次闪络电气强度、最大闪络电气强通常将下列内容写入报告。报告中数据记录为整数。e)该组两参数weibull累积分布特征电压值。f)真空度;j电气强度平均值,包括首次闪络电气强度、最大闪络电气强度和j电气强度标准差,包括首次闪络电气强度、最大闪络电气强度和j电气强度最大偏离值,包括首次闪络电气强度、最大闪络电气强电流下的闪络电压和闪络电流波形图(最大闪络电流是5个试附最大闪络电流下的闪络电压和闪络电流波形图最大闪络电压上升沿、最大闪络电压半高宽、。报告中真空度、最大闪络电压上升沿、最大闪络电压半高宽、直不需要计耸平均值、标准偏差和最大偏离值,最大闪络电流幅值不需要计算平均值、标准偏差和最大偏离值。为容写入报告。报告中数据记录为整数。了、试验单位、试验日期、试样生产加工厂家,试样组编号、试样weibull累积分布特征电压值。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j闪络电压平均值,包括首次闪络电压、最大闪络电压、耐受电压j闪络电压标准差,包括首次闪络电压、最大闪络电压、耐受电压j闪络电压最大偏离值,包括首次闪络电压、最大闪络电压、耐受j闪络电压时间参数,包括最大闪络电压分别对应的闪络电压上升表3报告格式试样材料名称试验单位报告日期(年/月/日)试验项目试样组编号电极材料名称脉冲功率源重复频率HZ试样直径电极间距试样厚度试样材料生产单位试样材料加工单位电极材料生产单位电极材料加工单位该组63.2%闪络概率电压kv试样编号12345平均值标准偏差最大偏离值真空度paT/CPSS10172025表3报告格式(续)试样编号2345平均值标准偏差最大偏离值首次闪络电压kv最大闪络电压*kv耐受电压kv首次闪络电气强度kv/cmkv/cm耐受电气强度kv/cm最大闪络电压上升沿最大闪络电压半高宽A注:当试验项目为连续脉冲,最大闪络电压和最大闪络电气强度填写为首次50%闪络电压和首次50%闪络电T/CPSS10172025附录A(资料性)脉冲电压波形示例说明:A点脉冲电压10%幅值起始点说明:A点脉冲电压10%幅值起始点;B点脉冲电压90%幅值起始点;C点脉冲电压最大幅值点;D点脉冲电压50%幅值起始点;E点脉冲电压50%幅值结束点;F点脉冲电压10%幅值结束点;tiAB时间差值为电压上升沿;t2DE时间差值为电压半高宽;t3AF时间差值为电压底宽。图A.1脉冲电压波形申压10%幅值起始点;电压90%幅值起始点;电压最大幅值点;电压50%幅值起始点;电压50%幅值结束点;电压10%幅值结束点;对间差值为电压上升沿;间差值为电压半高宽;-1600-1200-1600-1200T/CPSS10172025附录B(资料性)试样闪络与未闪络典型波形实例闪络电压和闪络电流波形见图B.1。闪络电压闪络电流 闪络电压 闪络电流闪络电压闪络电流 闪络电压 闪络电流-800-80400-800-80400500t/ns未闪络的试样脉冲电压和试样电流图B.1试样发生闪络的闪络电压和闪络电流波形(实例羊脉冲电压和试样电流波形见图B.2。未闪络的试样脉冲电压和试样电流t/ns图T/CPSS10172025附录C(资料性)双参数weibull概率分布式(c.1)是两参数weibull累积分布函数的表达式:C.i,式中:度参数,为正值;伏参数,为正值。F(U)为0。随着U的增加,度参数,为正值;伏参数,为正值。F(U)为0。随着U的增加,失效概率也增加。电压继续增加:表失效概率为0.632时的试样闪络电压,与正态分布的平均值相似⃞击穿范围的测量值,它越大,试样闪络电压的变化范围越小。听有闪络电压按从小到大排列,闪络总次数为N,每个闪络次数标(c.2)赋值,其中ln(ui)是自然对数。ln()3)计算击穿概率F(i,N),以百分数表示,按式(C.4)赋值:二乘回归方法找到相关系数,得到尺度参数u和形状参数β,绘制该闪络百分数;A 尺度参数,为正值;形状参数,为正值。B为电压uiCC)赋值:NiC闪络百分数;A 尺度参数,为正值;形状参数,为正值。B为电压uiCC)赋值:NiC方法得到的尺度参数和形状参数将略有差异。T/CPSS10172025图图当某一组试样闪络电压如下试样试样试样试样;U对所有闪络电压数据按从小到大进行排列,整理如下:U=[weibull2C]络电压如下:U-[1301301451451451601601601701701701701当某一组试样闪络电压如下试样试样试样试样;U对所有闪络电压数据按从小到大进行排列,整理如下:U=[weibull2C]络电压如下:U-[130130145145145160160160170170170170170170160];U=[130145145145145160160160160170170170170170170160U-[11514514516016016016