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照明電器中漏電起痕指數(shù)的測定方法

日期:2024-09-20 13:40
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摘要:1、漏電起痕試驗中的定義 絕緣材料在戶外及嚴(yán)酷環(huán)境中往往受到鹽露、水分、灰塵等污穢物的污染,在表面形成電解質(zhì),在電場作用下,材料表面出現(xiàn)一種特殊放電破壞現(xiàn)象。在材料表面導(dǎo)電通路的逐步形成過程稱為漏電起痕。 IEC60112: 2003 中規(guī)定:五個測試樣品能經(jīng)受 50滴試驗溶液的試驗過程而不產(chǎn)生漏電起痕失效(見圖1)及持續(xù)火焰(見圖 2)的以伏特為單位的*大電壓值稱為相比漏電起痕指數(shù) CTI,還包括對材料在進(jìn)行 100 滴的試驗時所顯現(xiàn)的特性有關(guān)說明;五個測試樣品能經(jīng)受 50 滴的試驗過程而不產(chǎn)生漏電起痕失效及持續(xù)火焰的以伏特為單...
1、漏電起痕試驗中的定義
絕緣材料在戶外及嚴(yán)酷環(huán)境中往往受到鹽露、水分、灰塵等污穢物的污染,在表面形成電解質(zhì),在電場作用下,材料表面出現(xiàn)一種特殊放電破壞現(xiàn)象。在材料表面導(dǎo)電通路的逐步形成過程稱為漏電起痕。
IEC60112: 2003 中規(guī)定:五個測試樣品能經(jīng)受 50滴試驗溶液的試驗過程而不產(chǎn)生漏電起痕失效(見圖1)及持續(xù)火焰(見圖 2)的以伏特為單位的*大電壓值稱為相比漏電起痕指數(shù) CTI,還包括對材料在進(jìn)行 100 滴的試驗時所顯現(xiàn)的特性有關(guān)說明;五個測試樣品能經(jīng)受 50 滴的試驗過程而不產(chǎn)生漏電起痕失效及持續(xù)火焰的以伏特為單位的測試電壓值稱為耐漏電起痕指數(shù)PT。測定某一材料的 CTI,一般是指通過不斷的提高試驗電壓,直到出現(xiàn)漏電起痕為止,對于 CTI 值對應(yīng)所施加的*高電壓值,材料不具有大于標(biāo)注值的實力;而 PTI 是指定一個測試電壓,只表示在該電壓下是否能承受住試驗,照明電器中通常進(jìn)行PTI 175試驗。

2 、漏電起痕產(chǎn)生的原因
在絕緣材料表面的漏電起痕除與材料表面的潤濕狀態(tài)和污染程度有關(guān)外,還隨絕緣材料表面電場的強(qiáng)弱、表面電流的大小和由它們所引發(fā)的放電狀況而變化。造成漏電起痕的是表面電流和火花放電。因此漏電起痕分為二種:一種是在低于固體表面大氣*低擊穿電壓下發(fā)生的,主要由污穢物引起的電導(dǎo)電流造成,一般不伴隨氣體放電;另一種是因絕緣材料表面導(dǎo)電通道時斷時續(xù)引起的火花放電,進(jìn)而形成碳化物的堆積和蔓延。
絕緣材料漏電起痕的發(fā)展決定于材料表面游離碳的生成與堆積?;鸹ǚ烹娪腥コ坞x碳的作用,因此漏電起痕形成過程實際上是材料表面碳的生成聚集和去除的動態(tài)平衡過程。除了和絕緣材料表面電場強(qiáng)弱、電流大小、放電狀況、表面污染程度和潤濕狀態(tài)有關(guān)以外,更重要的是和材料本身結(jié)構(gòu)的組成有關(guān)。絕緣材料中*弱的鍵,在表面放電產(chǎn)生的高溫作用下斷裂,產(chǎn)生揮發(fā)性副產(chǎn)物,**下的殘余物中含有不飽和共軛雙鍵或形成穩(wěn)定的不飽和或芳香自由基。這些自由基會重偶合形成與石墨類似的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)而使材料更易于發(fā)展漏電起痕。

3 、漏電起痕試驗中的注意事項
3.1 試驗樣品及預(yù)處理
由于標(biāo)準(zhǔn)要求試樣表面應(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結(jié)果的污染物。在清潔試樣時應(yīng)注意避免引起材料的溶脹、軟化、實質(zhì)性擦傷或其他損傷。因此必須對試驗樣品表面進(jìn)行清潔,通常采用酒精棉,即能清潔油脂,又可自行揮發(fā),較為理想。
同時為了使得在試驗時液體不會從試樣邊緣流出,導(dǎo)致電應(yīng)力和電解雜質(zhì)聯(lián)合作用時間縮短, 尺寸*好是不小于 15 mm×15 mm 的平整表面(GB7000.1-2007中的*小尺寸,IEC60112: 2003 推薦*小尺寸為20 mm×20 mm),試驗時我們*后選擇在試驗樣品的中心部位進(jìn)行。而為了防止由于散熱過快導(dǎo)致試驗結(jié)果受影響,試樣厚度應(yīng)≥3mm(可以將單件材料疊加以達(dá)到*少 3 mm 的要求)。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:除非另有規(guī)定,應(yīng)將試驗樣品放置在溫度為(23±5)℃、相對濕度為(50±10)%RH 的大氣環(huán)境下至少 24 h,這個預(yù)處理過程可以在恒溫恒濕試驗箱中進(jìn)行。
3.2 試驗溶液
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種溶液:
溶液 A:用電導(dǎo)率不大于 1 mS/m 的去離子水溶解質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%、純度不低于 99.8%的氯化銨(NH4Cl),其溶液在(23±1)℃時的電阻率是(3.95±0.05) m;
溶液 B: 用電導(dǎo)率不大于1mS/m的去離子水溶解質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%、純度不低于 99.8%的 NH4Cl 和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(0.5±0.002)%的烷基萘一磺酸鈉鹽,其溶液在(23±1)℃時的電阻率是(1.98±0.05) m。
由于電阻率的倒數(shù)為電導(dǎo)率,溶液中通常通過測定溶液的電導(dǎo)率來確定電阻率。電導(dǎo)率的單位為西門子每米(S/m),由于單位較大,常采用毫西門子每米(mS/m)。電導(dǎo)率的大小與電解質(zhì)在水中的離解度及離子的遷移速度有密切的關(guān)系,而離解度及遷移速度又與溶液的溫度有關(guān)。溫度升高,溶液的電導(dǎo)率增加,反之,則電導(dǎo)率減小。為了克服溫度的影響,使不同溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率具有可比性,在測定電導(dǎo)率時,通常取標(biāo)準(zhǔn)溫度為 25℃。當(dāng)溶液溫度不為 25℃時,就進(jìn)行溫度補(bǔ)償,補(bǔ)償至 25℃時的電導(dǎo)率。
通過公式可以看出,溶液的電導(dǎo)率在(23±1)℃測量時,加入了溫度補(bǔ)償值,補(bǔ)償至 25℃時的電導(dǎo)率。
由于當(dāng)前試驗的環(huán)境溫度為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(23±5)℃和測試溶液的電導(dǎo)率溫度(23±1)℃不一致,為了減小溫度對*終結(jié)果的影響,*好在(23±1)℃下進(jìn)行試驗。
另外由于 NH4Cl 容易吸潮會改變?nèi)芤簝?nèi)部的溶質(zhì)和溶劑的比例,試驗溶液的電導(dǎo)率必然發(fā)生變化,*終影響到試驗結(jié)果,因此需要避免。
NH4Cl 固體粉末由于具有較強(qiáng)的吸潮性,通常應(yīng)在通風(fēng)、干燥環(huán)境下保存。如果有必要,可以在配置溶液前,對 NH4Cl 在干燥箱中進(jìn)行干燥處理。
測量電導(dǎo)率用的電導(dǎo)率儀由于電導(dǎo)電極上的鉑黑會發(fā)生鍍層脫落、褪色和惰性現(xiàn)象,使得溶液的電導(dǎo)率測出的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差,所以需要定期用氯化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液校正電導(dǎo)電極常數(shù)。
溶液 A 和 B 中均采用了去離子水作為稀釋液,這是因為去離子水**或不**地去除了水中的離子雜質(zhì),能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電導(dǎo)率<1 mS/m 的要求。
通常使用溶液 A,如果需要做更強(qiáng)的侵蝕性試驗,推薦使用溶液 B,并且檢驗報告中 CTI 和 PTI 值后面加字母“M”表述。溶液的電導(dǎo)率應(yīng)在交流電壓為1~2 kHz 頻率下測量,測量方法在 IEC60598 中規(guī)定(新版標(biāo)準(zhǔn) IEC60112∶2009 刪除了這句話)。
3.3 試驗設(shè)備
3.3.1 電極
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定兩個鉑金電極(見圖3)矩形截面為:(5±0.1) mm× (2±0.1) mm,電極一端邊緣切成(30±2)°的斜面,斜面的刃稍微磨圓以產(chǎn)生 0.01~0.1mm寬的較平整表面,上述尺寸數(shù)據(jù)均可在帶校準(zhǔn)目鏡的顯微鏡上進(jìn)行校核;電極應(yīng)對稱放置于垂直平面,電極之間的總角度是(60±5)°,相對地兩個電極在試驗樣品的水平表面上基本成垂直,兩個電極間隔應(yīng)為(4.0±0.1)mm,可以用圖 4 所示的量規(guī)進(jìn)行檢驗;每個電極施加于試樣表面的力應(yīng)是(1.0 士 0.05)N,通??梢允褂秒娮犹炱叫?zhǔn)電極作用力,在支撐面上放置電子天平,在保證兩電極間距為 (4.0±0.1) mm 的前提下,使每個電極在天平上的作用力等效質(zhì)量在 96.94~107.14 g 內(nèi),見圖 5 所示。
試驗中由于樣品的軟化或蝕損,電極會發(fā)生移動,電極**會陷入至樣品內(nèi)部(見圖 6 所示),從而導(dǎo)致兩電極距離的改變,通常這種情況隨著試驗的進(jìn)行,必然會一步步加深,這應(yīng)該是試驗過程中的正常現(xiàn)象。
試驗結(jié)束后,應(yīng)及時使用具有溶解能力的試劑對電極進(jìn)行清理,然后用去離子水沖洗,如果有必要,應(yīng)重新確認(rèn)電極的尺寸及位置。
3.3.2 試驗電路
施加在電極上的電壓是在100~600 V 變化的基本正弦波的電壓,其頻率在 48~62Hz。電壓測量裝置應(yīng)能指示真有效值且*大誤差應(yīng)為 1.5%。電源功率應(yīng)不小于0.6kVA,且輸入電壓應(yīng)足夠穩(wěn)定。試驗電路的原理圖如圖 7 所示:
可變電阻應(yīng)能調(diào)節(jié)電極間短路電流到(1.0±0.1)A,且在此電流下,電壓表指示電壓跌落值應(yīng)<10%。如果有需要,在不同的實驗電壓下,需要分別調(diào)節(jié)圖 7 中的可變電阻來實現(xiàn)電壓在電極間短路電流到 1.0 A 時跌落不超過 10%。用于測量短路電流值的儀器*大誤差應(yīng)為±3%。試驗設(shè)備的輸入電壓應(yīng)足夠的穩(wěn)定。過電流繼電器應(yīng)在 0.5 A(相對公差±10%)有效值的電流持續(xù) 2 s(相對公差±10%)時動作。過電流繼電器是電子控制裝置,動作電流的大小及時間與其自身的特性有關(guān),可以用示波器等設(shè)備進(jìn)行確認(rèn)。
3.3.3 滴液裝置
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定:溶液滴落的時間間隔(30±5)s;50滴液滴在樣品上時間應(yīng)為(24.5±2)min。前一種時間間隔下,50 滴液滴的總時間為 20.8~42.0min,和后者有較大出入。液滴從 30~40 mm 的高度滴到兩電極間試驗樣品表面的中間。為了減小這些不確定因素對試驗結(jié)果的影響,通常情況下我們分別取 30s 和 35mm。
標(biāo)準(zhǔn)中推薦溶液A使用外徑 0.9~1.2mm的皮下注射針頭作為滴液裝置,外徑大小取決于滴液裝置。由于通常的試驗設(shè)備都是通過重力和針頭大小來控制液滴的重量,實際試驗中為了滿足液滴質(zhì)量要求,針頭形狀可以通過手工拋磨,而試驗中 50 滴液滴也會因為重力的原因使得每一滴液滴的重量有所不同,因此標(biāo)準(zhǔn)中給出了兩種液滴大小的表述:連續(xù) 50 滴液滴應(yīng)在0.997~1.147 g 和連續(xù) 20 滴液滴質(zhì)量應(yīng)在 0.380~0.480g,兩種表述均為統(tǒng)計值,而沒有對單一液滴進(jìn)行規(guī)定,因此在試驗中,只要液滴的統(tǒng)計值能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,就沒必要對針頭大小和重力裝置做出定量的評價。對于溶液B,IEC60112∶2003推薦使用外徑為0.9~3.45mm的針管。
3.3.4 試驗樣品臺
IEC60112∶2003 中規(guī)定:試驗時用總厚度不小于4 mm 且尺寸適宜的玻璃板或其他平板支撐試樣樣品。
為了便于清潔平臺,可將顯微鏡載玻片放置于試驗樣品臺和試驗樣品之間。試樣中,我們通常在玻璃下面纏繞一層透明膠帶防止玻璃在試驗中可能破損為細(xì)小的顆粒難以清掃。

4 漏電起痕指數(shù)值的測定
IEC60112: 2003 中規(guī)定:試驗持續(xù)到以下一種情況發(fā)生:①過電流裝置動作;②產(chǎn)生持續(xù)的火焰;③第 50 滴液滴滴到樣品至少 25 s后,未發(fā)生①和②的情況。
漏電起痕失效(見圖 1)必然使得過電流裝置動作和持續(xù)火焰(見圖 2),即①、②兩種情況的出現(xiàn),則認(rèn)為該試驗電壓下 PTI 不通過;③情況則表示該試驗電壓下 PTI 通過。如果試驗過程中有火焰產(chǎn)生但不持續(xù),則以過電流裝置是否動作作為PTI 175 是否通過的標(biāo)準(zhǔn),但是如果過電流裝置由于空氣電弧而動作,不被認(rèn)為是漏電起痕失效,這種情況需要重新進(jìn)行試驗。
如果材料是各向異性的,應(yīng)在垂直于材料的各方向進(jìn)行試驗。

5 結(jié)語
漏電起痕指數(shù)是燈具**試驗中的重要指標(biāo),隨著發(fā)光二極管(LED)道路與街路照明燈具的普及,準(zhǔn)確反應(yīng)材料的真實特性,有助于對燈具整體性能做出更**的評判,對 LED 道路與街路照明燈具的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

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