影响漏电起痕试验结果的因素分析

李炳峰 刘建瓴 裴晓波 司念朋 周娜(广东出入境检验检疫局 广东广州 510623)

影响漏电起痕试验结果的因素分析

李炳峰 刘建瓴 裴晓波 司念朋 周娜
(广东出入境检验检疫局 广东广州 510623)

针对绝缘材料漏电起痕试验中存在的影响正确试验结果的问题,例如试样选取、试样预处理、溶液配置、实验设备清洗及安装等方面,本文根据GB/T 4207-2003和IEC60112-2003标准的要求,通过对标准的理解和经验的总结,提出了影响漏电起痕实验结果的各种因素及相应的处理方法,在一定程度上能够减少试验误差,提高试验准确性,有助于相关检测部门改进试验方法。

IEC60112-2003;GB/T4207-2003;漏电起痕;电痕劣化

1 前言

聚合物绝缘材料具有特殊的电气破坏现象,即聚合物绝缘材料表面在特定的条件下会发生电痕劣化现象,并且可以导致电痕破坏。电痕破坏是指当材料表面存在潮湿、污秽、电场足够大时,表面将有漏电流产生。在电流的焦耳热作用下,水分被蒸发,随着材料表面液膜分离形成的缝隙(称为干燥带),在干燥带形成瞬间液膜间场强达到放电场强而导致放电,放电产生的热量使材料表面局部碳化。由于碳化生成物的导电率高,此处的电场密度集中于该碳化部分,引起放电的重复发生,在其周围产生更多的碳化物,形成碳化导电路,并向电极方向伸展,最终导致短路。

漏电起痕试验是检验绝缘材料抗腐蚀性能的重要方法,是判定材料能否在恶劣环境下应用的重要依据,因此检测部门应严谨把关,正确地测量出绝缘材料的相比漏电起痕指数(CTI)和耐漏电起痕指数(PTI)。漏电起痕对试验条件的要求很高,试验人员稍微疏忽,都有可能导致试验结果数据和真实值之间产生偏差,影响对材料性能的正确判定。本文按照GB/T 4207-2003[1]和IEC60112-2003标准[2](下面简称GB标准和IEC标准)的相关要求,利用德国PTL漏电起痕测试仪开展试验,并根据相应的试验结果,着重分析和总结了几个对试验结果有明显影响的细节,有针对性提出可行的解决方法。

2 影响试验结果的因素分析

2.1 试样预处理

GB标准要求“试样的表面应清洁,没有灰尘、脏物、指印、油脂、油、脱模剂或其他有可能影响试验结果的污染物。在清洁试样时应注意避免引起材料的溶胀、软化、实质性擦伤或其他损伤。”标准当中没有明确规定具体的清洁方法,只是要求试验人员要记录清洁流程。这样使得操作的灵活性很大,同时存在因为不同清洁方法而导致不同试验结果的可能性。

由于试样来源的特殊性,使得试样表面的污染物当中,最为常见的是灰尘和指印。灰尘可直接用蒸馏水清除;指印主要的成分是水、无机盐、脂肪类油脂,具有不易发觉、容易影响试验结果的特点,图1所示为一带指印的试样。根据同性相容原理,可采用20%左右浓度的酒精溶液清洗,然后再用蒸馏水或者去离子水冲洗,这样基本上可以简单方便的清除试样表面的污染物,且不会影响到试验的结果。

图1 被指印污染的试样

另外GB标准还规定,试样厚度不得小于3 mm。因为通常情况下试样下的垫块是玻璃或钢板,由于试验时电离的氯化铵溶液会产生大量的热量,在试样必须耐受热量的情况下,如果试样过薄,则试样上的热量就会很快传递掉,起不到试样耐受电离氯化铵溶液的作用。因此在试验时应保证试样厚度不小于3 mm,或者采用同材质试样叠加的方式,使试样厚度不小于3 mm,同时叠加的试样尺寸应尽可能一致。

2.2 溶液的配置

GB标准对试验优先选用的溶液A规定“(0.1±0.002)%的氯化铵(CH4Cl)用蒸馏水或去离子水稀释,其溶液在23°C±1°C时电阻率是395Ω·cm±5Ω·cm”。试验溶液的电阻率及化学性质是影响绝缘材料电痕化速度的2个主要因素,因此,在配制试验溶液时应特别重视以下几个方面的问题:

(1)溶剂的纯度。GB标准中没有明确指出所用CH4Cl溶剂的纯度要求。但溶液化学性质的不同就相当于试验的“严酷等级”不同,如果CH4Cl溶剂中掺杂了过多比其腐蚀性强的其他溶剂,配制出来的溶液将加速材料电痕化的发生;相反则会将减缓电痕化的发生。这2种情况都会影响试验的最终结果,进而影响对材料性能的准确判定,因此在选溶剂时要尽量选择高纯度的溶剂。在IEC标准中对溶剂纯度的规定为大于99.8%。

(2)溶剂的保质期。从市场上购买的CH4Cl溶剂,在未开封的情况下,一般保存期为5年;如果已经开封,则需要密封保存,且保质期缩短为2年。如果试验使用的CH4Cl溶剂已经结块,则试验前应在烘箱中烘干,防止溶剂中的水分影响最终溶液的配制。

(3)水的电导率。蒸馏水和去离子水的电导率都很小,说明其中杂质含量很少。当其电导率小到一定程度时,可以忽略它们所含杂质对溶液的影响。如果其电导率过大,则杂质相对含量就多,对溶液中CH4Cl的电解有显著影响,从而影响试验结果。IEC标准规定,选用的蒸馏水或去离子水的电导率不能超过1mS/m。

(4)溶液的存放。标准中并没有明确对已配好溶液的处理方法。笔者根据多次试验的比对发现,溶液最好是现配现用,不宜存放过久,例如长期存放在漏电起痕设备中的溶液,会出现底部溶液电阻率下降的情况。如要存放,应尽量密封存放在阴凉处,再次使用时测量其电阻率是否符合标准要求。

2.3 电极的处理

GB标准规定“在试样的平坦水平表面上,两电极面垂直相对,电极之间的夹角为60°,电极间距4.0mm±0.1mm。每个电极施加于试样表面的力应是1.0N±0.05N”。在电极安装过程中,很容易出现的问题是2个电极没有垂直于试样的表面,即电极没有很好的和试样表面接触,这种情况会严重影响试验结果。图2所示为电极安装不规范从而导致电极倾斜,没有和试样表面充分接触;图3所示为电极安装不规范而导致的错误的试验结果。

图2 电极安装不规范

图3 电极安装不规范导致

另外,在进行多次试验以及试样燃烧后,铂电极的表面会有碳化熔融的情况出现,如果继续使用该电极进行试验,碳化物就会在电极和试样之间形成隔层,影响电极和试样的接触,同样也会导致和图3相类似的试验结果。因此,为了试验结果更真实,每次试验完毕后要留意观察电极的情况,必要时用标号400的细砂纸打磨电极,打磨时应小心操作,力度不要太大,不能改变电极的轮廓,不能使电极刃口变成圆柱面,否则也会出现电极与试样接触不完全的情况。打磨完成后再用去离子水或蒸馏水冲洗电极。以上2种问题应该在试验前细心检查加以避免。

2.4 试验短路电流的设定

GB标准规定,试验前应将试验短路电流设定为1 A。在实际运用中可能出现2种情况:

(1)不同的试验电压只设定一次短路电流。(2)每种试验电压单独设定短路电流。

对于不同的试验电压如果只设定一次短路电流,例如,试验电压为200 V,短路电流设为1 A,再将试验电压升高到300 V时,然后验证短路电流,可发现电流超过1 A。如果将试验电压降低到150 V时,验证短路电流,会发现电流不到1 A。因此为保证试验符合标准的要求,每调整1次试验电压,均应再次调整短路电流。

2.5 试验设备的清理

每进行一次试验后,无论试验成功与否,都会有溶液飞溅到试验装置里,可能还有试样燃烧后产生的灰烬飘散在电极托臂上,这些因素可能会在下次试验进行过程中掉落到试样上,从而影响试验结果,因此,每次试验完成后都应该清洗电极及承载装置。清洗可以使用不含腐蚀性的清洁剂,也可以用酒精等进行清洗;清洗后,应用去离子水或蒸馏水冲洗。

2.6 其他细节问题

除了前面论述中要注意的问题外,还有以下几点需要试验人员引起重视:

(1)电极在每次试验后应该充分冷却再进行下一次试验,否则会使滴落的溶液温度升高,从而电阻率发生变化。

(2)试验时环境气体的流速不能超过0.2m/s,实验室环境需要保持温度稳定,特别需要注意设备自身如电气箱位置产生的温度,防止这些不利因素影响试验结果

(3)试样可能存在内部不均匀的情况。如工程塑料制品在注塑过程中因为熔融不充分等原因,可能出现材料不均匀性,当用这类材料进行试验时,要尽量多选取几个不同方向和角度进行重复试验,取最薄弱点作为最终结果。

(4)做多个样品CTI时的环境温湿度尽量保持一致。

(5)同一个样品的试验最好由同一试验人员操作。

3 总结

通过对漏电起痕试验过程中各种细节问题的分析及处理方法的论述,体现对标准的理解和实现,能够较好地避免导致漏电起痕试验错误结果的出现,减少对材料性能的误判,从而提高材料的应用价值及减少因为误用材料而导致威胁人们生命财产安全问题的产生。

[1] GB/T4207-2003固体绝缘材料在潮湿条件下相比电痕化指数和耐电痕化指数的测定方法[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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