電氣絕緣測(cè)試技術(shù)第３版課件作者劉耀南邱昌容西安交通大學(xué)主編第五章節(jié)在線測(cè)量與絕緣診斷

第五章

在線測(cè)量與絕緣診斷第六章

可靠性試驗(yàn)407E第五章

在線測(cè)量與絕緣診斷407E第五章

在線測(cè)量與絕緣診斷407E第一節(jié)

漏電流的測(cè)量第二節(jié)

電容和損耗因數(shù)的測(cè)量第三節(jié)

局部放電的測(cè)量第四節(jié)

絕緣油的試驗(yàn)與分析第五節(jié)

絕緣診斷第一節(jié)

漏電流的測(cè)量407E一、夾鉗法二、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量法第一節(jié)

漏電流的測(cè)量圖5-1穿心電流互感器407E一、夾鉗法圖5-2

夾鉗法測(cè)量時(shí)夾鉗位置圖a)正確夾法

b)電線靠近鉗口

c)夾鉗附近有大電流電線

d)鉗口有間隙407E二、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量法圖5-4407E變壓器漏電流測(cè)試裝置圖第二節(jié)

電容和損耗因數(shù)的測(cè)量407E一、瓦特表法二、電橋法三、相位比較法一、瓦特表法圖5-5工作電壓下測(cè)量電容和tanδ的瓦特表法407E二、電橋法圖5-6

電橋法在線檢測(cè)、tanδ407E三、相位比較法407E盡量將電流、電壓兩路信號(hào)的幅值調(diào)整相同。經(jīng)過比較器輸出的兩個(gè)信號(hào)波形，先將其中一個(gè)信號(hào)“反相”，然后再和另一個(gè)信號(hào)相與。三、相位比較法圖5-7相位比較法測(cè)量的線路框圖407E圖5-8相位差時(shí)序圖407E圖5-9

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量tanδ及PD的原理圖407E第三節(jié)

局部放電的測(cè)量407E一、羅哥夫斯基線圈采樣二、耦合電容器采樣三、壓電傳感器采樣一、羅哥夫斯基線圈采樣圖5-10現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量局部放電的接線圖407E二、耦合電容器采樣圖5-11

發(fā)電機(jī)在線檢測(cè)PD線路圖a)干擾信號(hào)的差動(dòng)放大器輸出

b)局部放電信號(hào)的差動(dòng)放大器輸出407E三、壓電傳感器采樣圖5-12電暈槍工作原理圖407E三、壓電傳感器采樣圖5-13熱棒工作原理圖407E第四節(jié)

絕緣油的試驗(yàn)與分析407E一、油中氣體的分析二、油中其他物質(zhì)的分析一、油中氣體的分析407E氣相色譜分析滲透性薄膜1.氣相色譜分析圖5-14手撳式取樣閥407E2.滲透性薄膜407E當(dāng)C0＝0時(shí)在一定溫度下，氣室中氫氣濃度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，則圖5-15

燃料電池結(jié)構(gòu)圖a)單一型

b)復(fù)合型407E圖5-16

油中氣體濃度與滲過PFA薄膜氣體濃度間的關(guān)系407E圖5-17

氣體探測(cè)器輸入和輸出電壓的關(guān)系407E圖5-18便攜式異常診斷裝置407E二、油中其他物質(zhì)的分析407E油紙絕緣的老化表現(xiàn)在紙的聚合度的降低，運(yùn)行30年的變壓器繞組中，紙的聚合度平均下降到新變壓器的50%。通過實(shí)驗(yàn)室中模擬變壓器油紙絕緣的老化試驗(yàn)，獲得油中糠醛含量與紙的聚合度的關(guān)系曲線。第五節(jié)

絕緣診斷407E一、高壓電力變壓器的絕緣診斷二、高壓塑料電纜的絕緣診斷三、電機(jī)的絕緣診斷一、高壓電力變壓器的絕緣診斷407E(一)基本介電性能(二)測(cè)量局部放電(三)絕緣油的分析(一)基本介電性能407E絕緣電阻、泄漏電流是否超過標(biāo)準(zhǔn)值介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ是否合格耐壓或擊穿1.絕緣電阻、泄漏電流是否超過標(biāo)準(zhǔn)值407E在施加直流電壓后10min和1min時(shí)，分別測(cè)得電阻R10、R1，其比值R10/R1要大于1.5(20°C時(shí))。2.介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ是否合格圖5-20

運(yùn)行中電力變壓器繞組絕緣的tanδ與含水量及tan的關(guān)系圖(60°C)a)220kV

b)330～500kV(用70°C時(shí)的tan)407E2.介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ是否合格圖5-21

安裝時(shí)電力變壓器繞組絕緣的tanδ與含水量及tan的關(guān)系圖(60°C)a)220kV

b)330～500kV(用70°C時(shí)的tan)407E3.耐壓或擊穿407E對(duì)整臺(tái)設(shè)備做耐壓試驗(yàn)，考驗(yàn)在電壓可能浮動(dòng)的范圍內(nèi)的承受能力。由于絕緣油是絕緣系統(tǒng)中擊穿場(chǎng)強(qiáng)較低的薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)取樣也比較方便，因此要經(jīng)常取油樣進(jìn)行擊穿試驗(yàn)。耐壓試驗(yàn)的電壓值和油的擊穿電壓標(biāo)準(zhǔn)值都在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。(二)測(cè)量局部放電407E這是近年來引起廣泛關(guān)注的做為絕緣診斷依據(jù)的新技術(shù)。至今尚無國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定超過多少放電量設(shè)備應(yīng)停止運(yùn)行、進(jìn)行維修。各部門各有試用指標(biāo)，有的規(guī)定3000pc，有的規(guī)定更高的pc值；有的規(guī)定只要放電量不發(fā)展，幾千pc都可繼續(xù)運(yùn)行。由于目前的測(cè)量方法測(cè)得的是視在放電電荷，不是放電點(diǎn)的實(shí)際放電電荷，對(duì)于同一實(shí)際放電量的放電，若發(fā)生在測(cè)量端(繞組的高壓端)附近，要比發(fā)生在遠(yuǎn)離測(cè)量端(繞組的末端)測(cè)得的視在放電電荷可能大10倍以上。同時(shí)相同放電量的放電，在不同場(chǎng)強(qiáng)下，對(duì)不同的材料造成的破壞都不一樣，因此目前尚難做出比較科學(xué)的規(guī)定，但放電量大而且增長快肯定是危險(xiǎn)的。(三)絕緣油的分析407E氣體含量法氣體比值法密封式有充氮式、隔膜式、金屬波紋管式?？啡┖糠治?.氣體含量法407E表5-1說明油中溶解的各種氣體含量的極限值，并說明在什么情況下可視為正常，什么情況下應(yīng)加以注意，什么情況下應(yīng)做為異常處理。2.氣體比值法表5-1各種氣體的極限含量407E3.密封式有充氮式、隔膜式、金屬波紋管式。表5-2改良IEC三比值法的編碼規(guī)則407E3.密封式有充氮式、隔膜式、金屬波紋管式。表5-3判斷故障性質(zhì)的改良IEC三比值法407E3.密封式有充氮式、隔膜式、金屬波紋管式。圖5-22TD圖判斷故障性質(zhì)407E4.糠醛含量分析表5-4氣體組分圖形診斷表407E4.糠醛含量分析表5-4氣體組分圖形診斷表407E4.糠醛含量分析圖5-23

變壓器糠醛含量與時(shí)間分布關(guān)系a)

77臺(tái)電廠升壓變壓器糠醛含量與時(shí)間分布關(guān)系

b)

212臺(tái)變壓器糠醛含量與時(shí)間分布關(guān)系A(chǔ)—非正常老化區(qū)

B—正常老化區(qū)

C—緩慢老化區(qū)407E二、高壓塑料電纜的絕緣診斷407E(一)基本介電性能(二)局部放電(三)直流分量(三)吸收電流(一)基本介電性能407E絕緣電阻和泄漏電流漏泄電流隨時(shí)間而增加時(shí)要注意。也有采用表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)值。

4.損耗因數(shù)tanδ5.耐壓試驗(yàn)1.絕緣電阻和泄漏電流表5-5直流漏電流判斷基準(zhǔn)407E2.漏泄電流隨時(shí)間而增加時(shí)要注意。407E漏泄電流隨時(shí)間而增加時(shí)要注意。3.也有采用表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)值。圖5-24絕緣電阻與擊穿電壓的關(guān)系407E3.也有采用表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)值。圖5-25泄漏電流與擊穿電壓的關(guān)系407E4.損耗因數(shù)tanδ表5-6

tanδ的判斷基準(zhǔn)407E4.損耗因數(shù)tanδ圖5-26

tanδ與擊穿電壓的關(guān)系407E4.損耗因數(shù)tanδ圖5-27

擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度與水樹枝長度的關(guān)系407E5.耐壓試驗(yàn)407E由于長電纜的電容量很大，用工頻交流做耐壓試驗(yàn)，需要大容量高壓試驗(yàn)變壓器，在現(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的。過去都是用直流高壓來替代交流，近年來發(fā)現(xiàn)直流高場(chǎng)強(qiáng)對(duì)XLPE絕緣會(huì)帶來嚴(yán)重?fù)p害，現(xiàn)已基本不用。人們正在試用某種超低頻高壓，如0.1Hz來做耐壓試驗(yàn)，但它與工頻高壓的等效性，還有待進(jìn)一步研究和積累經(jīng)驗(yàn)。(二)局部放電407EXLPE電纜中的局部放電造成的危害，要比油紙電纜的嚴(yán)重得多。XLPE電纜允許的放電量很小(出廠時(shí)要求小于5pc或10pc)，同時(shí)長電纜的電容量大，測(cè)量局部放電的靈敏度又低，再加上現(xiàn)場(chǎng)干擾大，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電纜的局部放電是很困難的，目前只能測(cè)到比較嚴(yán)重的放電。對(duì)于允許的放電量尚無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一般認(rèn)為放電量為上百pc，或雖只有幾十pc的放電量但還在不斷增長，都應(yīng)做為異常處理。(三)直流分量圖5-28測(cè)量直流分量的線路圖407E(三)直流分量圖5-29吸收電流和反吸收電流隨時(shí)間的變化曲線407E(三)吸收電流407E老化因子A反吸收電流1.老化因子A表5-6XLPE電纜老化和未老化的A值407E2.反吸收電流407E在試品上施加直流電壓，經(jīng)一定時(shí)間后，吸收電流下降到穩(wěn)定值，這時(shí)把試品短路，試品放電的電流為反吸收電流Id.三、電機(jī)的絕緣診斷407E(一)基本介電性能(二)局部放電(三)發(fā)電機(jī)的溫度和過熱(四)氣體成份的在線監(jiān)測(cè)(一)基本介電性能407E直流試驗(yàn)介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ及其增量Δtanδ

3.耐壓試驗(yàn)1.直流試驗(yàn)407E絕緣電阻

電機(jī)受潮或污染，特別是絕緣層有開裂時(shí)，絕緣電阻會(huì)明顯下降。極化指數(shù)2.介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ及其增量Δtanδ圖5-30

tanδ與電壓的關(guān)系曲線407E2.介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ及其增量Δtanδ圖5-31

擊穿電壓與Δtanδ的關(guān)系407E3.耐壓試驗(yàn)407E耐壓試驗(yàn)有兩種，一種是工頻交流耐壓試驗(yàn)，施加工頻電壓略高于電機(jī)運(yùn)行的額定電壓(如1.5倍額定電壓)，承受幾分鐘時(shí)間(具體的電壓時(shí)間由各種電機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)。這種試驗(yàn)是考驗(yàn)電機(jī)線圈對(duì)地的主絕緣承受工頻電壓的能力。另一種是施加沖擊電壓，這不但考驗(yàn)電機(jī)的主絕緣，而且也考驗(yàn)電機(jī)匝間的絕緣承受電場(chǎng)的能力。(二)局部放電407E現(xiàn)有電機(jī)的局部放電的放電量都比較大，這是由于電機(jī)采用的是復(fù)合固體絕緣(云母＋環(huán)氧)在線圈(棒)成型過程以及運(yùn)行過程都會(huì)形成較大的氣隙。雖然云母材料抗電老化性能較強(qiáng)，能經(jīng)受得起較強(qiáng)的局部放電，但劇烈的局部放電還是會(huì)對(duì)電機(jī)絕緣帶來嚴(yán)重的損壞。在損壞的電機(jī)中，可以看到嚴(yán)重放電的部位絕緣層都變成了粉末。因此，嚴(yán)重的局部放電還應(yīng)作為絕緣故障來處理。一般認(rèn)為放電量穩(wěn)定在幾千pc之內(nèi)是可以允許的。進(jìn)一步應(yīng)仔細(xì)分析放電的部位、測(cè)試的方法，雖然測(cè)得的放電量是相同的，但發(fā)生在不同的部位，對(duì)絕緣的危害程度就可能不同。不同方法測(cè)得的放電量有時(shí)也是不可比的。(三)發(fā)電機(jī)的溫度和過熱407E采用差動(dòng)技術(shù)。將離子室放在120°C的高溫環(huán)境中，可以消除油霧的影響，防止監(jiān)測(cè)器的誤報(bào)警，但這時(shí)儀器的靈敏度下降了20%。在微粒監(jiān)測(cè)器后加裝氣樣采集裝置，當(dāng)監(jiān)測(cè)器發(fā)出報(bào)警后，自動(dòng)采集氣樣。(三)發(fā)電機(jī)的溫度和過熱圖5-32發(fā)電機(jī)中微粒檢測(cè)裝置原理圖407E(四)氣體成份的在線監(jiān)測(cè)407E對(duì)運(yùn)行時(shí)間在10年以內(nèi)的汽輪發(fā)電機(jī)，正常時(shí)在氫氣中的CH4含量不應(yīng)大于0.01%、CO2含量不大于0.05%；而運(yùn)行10年以上者，CO2的含量有可能超過0.1%，但CH4的含量不應(yīng)超過0.1%。如氫氣中CH4及CO2的含量增高，并且出現(xiàn)其他氣體，如CO、C2H6、

C2H4等時(shí)，說明可能有固體絕緣過熱或氣體放電；如出現(xiàn)C2H2，則

反映在有些點(diǎn)上有較強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。如氫氣中有CO2，而CH4的濃度不大于0.01%，則可能是在固體絕緣中有微弱的局部放電。(四)氣體成份的在線監(jiān)測(cè)表5-7環(huán)氧云母絕緣和瀝青云母絕緣材料熱分解情況(單位：ml/g)407E(四)氣體成份的在線監(jiān)測(cè)圖5-33

氣體組成分析裝置1—火焰電離檢測(cè)器

2—點(diǎn)火器

3—信號(hào)適配器

4—放大器

5—記錄儀

6—加熱器407E第六章

可靠性試驗(yàn)407E第六章

可靠性試驗(yàn)407E第一節(jié)

可靠性的基本概念與主要特征量第二節(jié)

可靠性試驗(yàn)分類第三節(jié)

可靠性篩選試驗(yàn)第四節(jié)

加速老化試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)的分析第五節(jié)

熱老化試驗(yàn)第六節(jié)

電老化試驗(yàn)第一節(jié)

可靠性的基本概念與主要特征量407E一、可靠度及可靠度函數(shù)二、失效密度函數(shù)及累積失效分布函數(shù)三、失效率及失效率函數(shù)四、平均壽命和壽命標(biāo)準(zhǔn)離差五、可靠壽命一、可靠度及可靠度函數(shù)圖6-1R(t)函數(shù)曲線407E二、失效密度函數(shù)及累積失效分布函數(shù)圖6-2累積失效頻率直方圖407E二、失效密度函數(shù)及累積失效分布函數(shù)圖6-3f(t)、F(t)與R(t)之間的關(guān)系407E三、失效率及失效率函數(shù)407E單地說，失效率就等于產(chǎn)品在t時(shí)刻后一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)的失效數(shù)與在時(shí)刻t尚在工作的產(chǎn)品數(shù)的比值，失效率的單位用單位時(shí)間的百分?jǐn)?shù)來表示，常用的單位有每小時(shí)或每千小時(shí)的百分比。由于失效率更直觀地反映了每一時(shí)刻的失效情況，所以，也把失效率稱為失效強(qiáng)度。它是標(biāo)志產(chǎn)品可靠性常用的數(shù)量特征之一。失效率愈低，則可靠性愈高。四、平均壽命和壽命標(biāo)準(zhǔn)離差407E在可靠性工作中，還需要了解與失效時(shí)間相關(guān)的產(chǎn)品壽命，稱為可靠性壽命特征，其中主要有平均壽命、壽命標(biāo)準(zhǔn)離差、可靠壽命等。在數(shù)學(xué)上，它們大多屬于表示失效分布基本特征的特征數(shù)，因此，可以通過分布函數(shù)直接求得。產(chǎn)品的平均壽命是指產(chǎn)品從開始使用到產(chǎn)生失效(或故障)的平均工作時(shí)間。由于產(chǎn)品失效時(shí)間是個(gè)隨機(jī)變量，具有確定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，因此，求平均壽命的問題實(shí)際上是求這個(gè)隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望。五、可靠壽命圖6-4可靠壽命圖解示意407E第二節(jié)

可靠性試驗(yàn)分類407E一、可靠性試驗(yàn)種類二、常用的壽命分布及其實(shí)用背景一、可靠性試驗(yàn)種類表6-1可靠性試驗(yàn)的分類407E二、常用的壽命分布及其實(shí)用背景407E指數(shù)分布威布爾分布1.指數(shù)分布407E產(chǎn)品的平均壽命θ及方差σ2產(chǎn)品的可靠壽命tR及中位壽命t0．51.指數(shù)分布圖6-5指數(shù)分布的密度函數(shù)圖形407E1.指數(shù)分布圖6-6指數(shù)分布的分布函數(shù)圖形407E2.威布爾分布407E(1)產(chǎn)品的平均壽命μ和方差σ2(2)可靠壽命tR及中位壽命t0．5(3)正態(tài)分布

描述產(chǎn)品隨機(jī)失效比較集中發(fā)生的現(xiàn)象時(shí)，常用到人們所熟悉的正態(tài)分布。2.威布爾分布圖6-7威布爾密度函數(shù)圖形407E2.威布爾分布圖6-8威布爾分布函數(shù)圖形407E圖6-9

正態(tài)分布密度函數(shù)圖形a)

＜

＝

b)

＝＝

＜＜407E圖6-10407E正態(tài)分布的失效分布函數(shù)圖形第三節(jié)

可靠性篩選試驗(yàn)407E一、篩選方法的依據(jù)和原則二、可靠性篩選試驗(yàn)設(shè)計(jì)一、篩選方法的依據(jù)和原則407E可靠性篩選的目的不是檢查出檢測(cè)時(shí)就是壞的產(chǎn)品，而是假設(shè)篩選前產(chǎn)品已屬通過檢查的合格品。可靠性篩選對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行100%的試驗(yàn)。可靠性篩選分出的不同級(jí)別是對(duì)應(yīng)于一定的壽命要求和預(yù)定的工作條件。溫度循環(huán)——一般地說，溫度循環(huán)的目的是檢查產(chǎn)品能否經(jīng)受長時(shí)間的溫度交替改變而不發(fā)生失效，也不發(fā)生退化。溫度沖擊篩選——是溫度循環(huán)急劇變化的篩選，對(duì)于某些產(chǎn)品，若其內(nèi)部各材料的熱脹冷縮性能不匹配，或零件有裂紋，或工藝不良造成的缺陷，則會(huì)使?jié)撛诘脑缙谑Ъ崆笆АＲ?、篩選方法的依據(jù)和原則圖6-11產(chǎn)品的典型失效率曲線407E二、可靠性篩選試驗(yàn)設(shè)計(jì)407E篩選試驗(yàn)項(xiàng)目的確定篩選試驗(yàn)應(yīng)力的確定篩選時(shí)間的確定1.篩選試驗(yàn)項(xiàng)目的確定407E關(guān)鍵是著眼于對(duì)缺陷敏感的參數(shù)、應(yīng)力以及對(duì)缺陷敏感的測(cè)量方法。如經(jīng)過長期的可靠性試驗(yàn)和可靠性摸底試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)積累，掌握了產(chǎn)品的失效機(jī)理與篩選試驗(yàn)項(xiàng)目的關(guān)系，則可直接選用。2.篩選試驗(yàn)應(yīng)力的確定圖6-12

產(chǎn)品失效頻率與試驗(yàn)應(yīng)力的關(guān)系—合格品的平均失效應(yīng)力

—不合格品的平均失效應(yīng)力

C—篩選應(yīng)力407E3.篩選時(shí)間的確定表6-2

安全系數(shù)K表(1—α＝90%，P＝99.0%)407E第四節(jié)

加速老化試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)的分析407E一、失效與溫度密切相關(guān)的壽命方程二、失效與負(fù)荷強(qiáng)度密切相關(guān)的壽命方程三、加速老化試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)四、加速老化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析第四節(jié)

加速老化試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)的分析圖6-13

加速老化試驗(yàn)的三種施加應(yīng)力方式a)恒定應(yīng)力加速老化試驗(yàn)

b)步進(jìn)應(yīng)力加速老化試驗(yàn)c)序進(jìn)應(yīng)力加速老化試驗(yàn)407E第四節(jié)

加速老化試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)的分析圖6-14疲勞壽命與應(yīng)力的關(guān)系407E第四節(jié)

加速老化試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)的分析圖6-15恒定應(yīng)力加速老化曲線407E一、失效與溫度密切相關(guān)的壽命方程407E電工絕緣材料、電子元器件、低壓電機(jī)電器等的使用壽命與其工作的溫度有密切的關(guān)系，溫度升高會(huì)加速失效。二、失效與負(fù)荷強(qiáng)度密切相關(guān)的壽命方程407E施加于絕緣材料或絕緣系統(tǒng)的電應(yīng)力可產(chǎn)生老化效應(yīng)，它將引起絕緣材料或絕緣系統(tǒng)的功能下降，直至絕緣完全被擊穿破壞。三、加速老化試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)407E正確模擬實(shí)際使用條件選擇加速變量選擇加速老化變量的應(yīng)力水平試驗(yàn)樣品的選取壽命終了的判斷1.正確模擬實(shí)際使用條件407E由于材料或零部件使用的環(huán)境差異和工作應(yīng)力的狀態(tài)不同，失效機(jī)理也往往有所不同，相應(yīng)的壽命分布和可靠性壽命特征也就不相同。標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的試驗(yàn)條件除應(yīng)符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求之外，對(duì)于在特殊條件下使用的產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其特定的環(huán)境條件和工作條件的要求來模擬，使加速老化試驗(yàn)?zāi)苷_反映實(shí)際使用狀態(tài)。2.選擇加速變量407E產(chǎn)品的失效是由失效機(jī)理決定的，失效機(jī)理促使著失效過程的發(fā)展。與此同時(shí)，失效過程的快慢又與

環(huán)境和工作應(yīng)力有關(guān)，在產(chǎn)品所處的實(shí)際工作條件

和環(huán)境條件下，即使有多種失效機(jī)理同時(shí)出現(xiàn)，也

必然會(huì)有主要的失效機(jī)理在支配著失效過程的發(fā)展。所以，在選擇加速變量時(shí)，就要選擇這種對(duì)主要失

效機(jī)理起主導(dǎo)作用的應(yīng)力條件。通常對(duì)有機(jī)絕緣材

料、電子元器件以選擇溫度作為加速變量的較多；

在高壓設(shè)備或在高場(chǎng)強(qiáng)下應(yīng)用的絕緣材料可選擇提

高交流電壓來加速老化。應(yīng)該指出，若以溫度作為加速變量，此溫度的概念不僅是環(huán)境溫度，而且還包括工作應(yīng)力(如電應(yīng)力)造成的溫升。3.選擇加速老化變量的應(yīng)力水平407E通常要選擇若干等級(jí)的應(yīng)力水平來作加速老化試驗(yàn)，稱為加速變量的水平數(shù)。S1的數(shù)值應(yīng)靠近正常應(yīng)力S0水平，這樣，由試驗(yàn)結(jié)果推算正常應(yīng)力下的可靠性壽命特征就比較準(zhǔn)確。但是，S1太接近S0又會(huì)起不到加速試驗(yàn)的作用，最高的應(yīng)力水平S1應(yīng)盡量高，但必須保證S1條件下的失效機(jī)理與S0條件下的相同。否則，此試驗(yàn)就不能做出線性外推的結(jié)果。同時(shí)，在加速老化試驗(yàn)過程中應(yīng)嚴(yán)加控制那些不是加速變量，而又能夠影響失效過程的其他應(yīng)力條件，使其保持正常狀態(tài)下的水平。4.試驗(yàn)樣品的選取407E試驗(yàn)樣品必須是在經(jīng)過篩選和例行試驗(yàn)合格的同一批產(chǎn)品中隨機(jī)地抽取。設(shè)取n個(gè)，然后將這n個(gè)樣品隨機(jī)地按應(yīng)力水平數(shù)分為l組，使得n＝n1＋n2＋…＋nn，通常，可以讓n1

＝n2＝…＝

nn

，但最好能使n1和nn比較多些，以保證這兩組試驗(yàn)結(jié)果精確些。一般情況下，任何一應(yīng)力水平下的樣品數(shù)都不應(yīng)少于5個(gè)，而且應(yīng)盡量確切地得到每個(gè)失效的時(shí)間，以免影響數(shù)據(jù)分析的精確度。5.壽命終了的判斷407E壽命終了的判斷，要選擇一個(gè)主要的功能參數(shù)，它能靈敏地反映老化程度，并規(guī)定這一功能下降到某一水平時(shí)做為壽命終了。四、加速老化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析407E第一步，在概率坐標(biāo)紙上分別繪制不同的加速應(yīng)力水平下的壽命分布直線。第二步，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制加速壽命直線。第三步，估計(jì)正常應(yīng)力水平下的壽命分布。第五節(jié)

熱老化試驗(yàn)407E一、絕緣的耐熱分級(jí)二、熱老化試驗(yàn)原則三、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理四、快速評(píng)定熱老化壽命的方法一、絕緣的耐熱分級(jí)表6-3絕緣的耐熱分級(jí)407E二、熱老化試驗(yàn)原則407E老化因子的選擇壽終標(biāo)準(zhǔn)的確定試樣形式與數(shù)量1.老化因子的選擇407E進(jìn)行絕緣系統(tǒng)熱老化的功能性評(píng)定時(shí)，老化因子根據(jù)絕緣的實(shí)際工作條件決定，絕緣在使用中所遇到的并影響其壽命的主要因素應(yīng)盡可能包括在試驗(yàn)規(guī)程內(nèi)。2.壽終標(biāo)準(zhǔn)的確定407E壽終標(biāo)準(zhǔn)指老化過程中材料絕緣性能已惡化到喪失其功能的臨界值。3.試樣形式與數(shù)量407E試樣的數(shù)量

熱老化試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度在極大程度上依賴于每個(gè)熱暴露溫度下的試樣數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果的分散性。試樣在熱暴露溫度下的分配

從統(tǒng)計(jì)學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，在試樣總數(shù)相同的情況下，為了更準(zhǔn)確地估計(jì)工作溫度下材料的平均壽命。三、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理407E名詞術(shù)語統(tǒng)計(jì)法的基礎(chǔ)——假設(shè)與驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)計(jì)算步驟計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.名詞術(shù)語407E失效時(shí)間

通過老化試驗(yàn)得到的熱老化或熱暴露溫度下試樣性能到達(dá)壽終標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的時(shí)間。熱壽命圖

它又稱阿累尼烏斯圖，由熱老化試驗(yàn)得到的失效時(shí)間的對(duì)數(shù)與熱力學(xué)(絕對(duì))老化溫度的倒數(shù)間的關(guān)系圖。溫度指數(shù)TI相對(duì)溫度指數(shù)RTI

被試材料和溫度指數(shù)已知的參考材料經(jīng)受相同的老化和診斷試驗(yàn)的對(duì)比，求得被試材料的溫度指數(shù)。半差HIC

溫度指數(shù)與對(duì)應(yīng)半壽命(對(duì)應(yīng)溫度指數(shù)壽命的一半)點(diǎn)溫度之差，以°C表示。耐溫概貌

耐溫概貌用三個(gè)溫度值表示，前面兩個(gè)相當(dāng)于熱壽命

圖上20000h(規(guī)定的壽命)與5000h(最低溫度下的失效時(shí)間)的溫度值(°C)，后一個(gè)數(shù)指熱壽命圖上5000h處95%下單邊置信界限的溫度值(°C)，它是熱壽命圖的簡(jiǎn)單表示形式。2.統(tǒng)計(jì)法的基礎(chǔ)——假設(shè)與驗(yàn)證407E假設(shè)驗(yàn)證下列計(jì)算步驟是根據(jù)以下假設(shè)進(jìn)行的。在計(jì)算過程中包括三類驗(yàn)證：①方差相等性檢驗(yàn)(Bartlett檢驗(yàn))。②畫圖法檢驗(yàn)。③方差檢驗(yàn)。(1)假設(shè)407E達(dá)到給定終點(diǎn)的失效時(shí)間的對(duì)數(shù)與熱力學(xué)老化溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系。到達(dá)終點(diǎn)的失效時(shí)間的對(duì)數(shù)離上述線性關(guān)系的偏差呈正態(tài)分布，其方差度無關(guān)。(2)驗(yàn)證407E在計(jì)算過程中包括三類驗(yàn)證：①方差相等性檢驗(yàn)(Bartlett檢驗(yàn))。②畫圖法檢驗(yàn)。③方差檢驗(yàn)。3.統(tǒng)計(jì)計(jì)算步驟407E(1)非破壞性測(cè)量和耐力試驗(yàn)

(2)破壞性測(cè)量(1)非破壞性測(cè)量和耐力試驗(yàn)407E確定失效時(shí)間。求取回歸線方程y＝a＋bx。繪制熱壽命圖。求取溫度指數(shù)TI或相數(shù)RTI。半差。方差等同性的檢驗(yàn)。線性檢驗(yàn)。熱壽命圖中時(shí)間的置信界限。計(jì)算相應(yīng)于失效時(shí)間為5000h與20000h的溫度。計(jì)算方差系數(shù)。求取θ5的置信界限。求取耐溫概貌TEP。圖6-16熱老化壽命圖407E圖6-17熱老化壽命圖(求RTI)407E(2)破壞性測(cè)量407E確定失效時(shí)間。求取失效時(shí)間t的對(duì)數(shù)與絕對(duì)溫度倒數(shù)1/T的回歸線，即y方差(即S2)的約略估計(jì)。圖6-18

假定失效時(shí)間的確定方法P—性能

t—時(shí)間407E4.計(jì)算機(jī)的應(yīng)用圖6-19計(jì)算壽命參數(shù)的程序框圖407E四、快速評(píng)定熱老化壽命的方法407E點(diǎn)斜法等效老化過程法1.點(diǎn)斜法407E在勻速升溫下求取活化能，必須在不同升恒溫老化勻速升溫(或降溫)老化溫速率下進(jìn)行幾次試驗(yàn)。(1)恒溫老化407E在恒溫下用等溫差動(dòng)量熱法(IDC)、質(zhì)譜或色譜分析法和熱重分析法等記錄熱量、釋放出的反應(yīng)物或重量的變化速率就是化學(xué)反應(yīng)的速率vr，它與阿累尼烏斯反應(yīng)速率常數(shù)k成比例(2)勻速升溫(或降溫)老化圖6-20

應(yīng)用熱重分析求活化能a)不同升溫速率β下的質(zhì)量-溫度圖

b)升溫速率對(duì)數(shù)lgβ與溫度倒數(shù)的關(guān)系圖407E2.等效老化過程法407E具有單一化學(xué)反應(yīng)的老化

為使下述等效老化過程方法形象化，先以一單一化學(xué)反應(yīng)的老化為例。等效老化過程法的基本思想

上述方法只有當(dāng)老化過程中僅有一個(gè)化學(xué)反應(yīng)或一個(gè)化學(xué)反應(yīng)為主時(shí)才是正確的。試驗(yàn)方法討論

由上述試驗(yàn)方法可見，等效老化過程法是根據(jù)下列假設(shè)進(jìn)行的。(1)具有單一化學(xué)反應(yīng)的老化407E為使下述等效老化過程方法形象化，先以一單一化學(xué)反應(yīng)的老化為例。設(shè)絕緣材料在使用溫度T1和試驗(yàn)溫度T2下某物理性能對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，如圖6-21所示。實(shí)際上，由于測(cè)量時(shí)間太長，在T1下不可能得到完整的老化曲線。然而，如果在熱老化過程中只有一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，在兩個(gè)溫度下老化必定以完全相同的方式進(jìn)行，因而圖6-21中的曲線是一致的，僅僅是加速因子，即老化加速的程度不同。(2)等效老化過程法的基本思想圖6-21不同溫度下物理性能-時(shí)間函數(shù)407E(2)等效老化過程法的基本思想圖6-22

化學(xué)反應(yīng)速率-1/T1—內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)

2—氧化

3—水解407E(2)等效老化過程法的基本思想圖6-23

等效老化過程法的基本思想1—內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)

2—氧化

3—水解4—降低氧含量下的氧化

5—增加水蒸氣含量下的水解407E(3)試驗(yàn)方法407E等效條件的計(jì)算上面講到，必須改變老化反應(yīng)所涉及的氣體含量來達(dá)到相等的加速因子，現(xiàn)舉例說明如何計(jì)算所需的氣體含量?；瘜W(xué)反應(yīng)速率的測(cè)量①在不活潑氣體內(nèi)測(cè)量?jī)?nèi)部化學(xué)降價(jià)反應(yīng)，一般用9.999純氮已足夠。各種分析儀器，如氣相色譜、質(zhì)譜儀等，都可應(yīng)用。②氧化反應(yīng)的速率可從含氧大氣中的總反應(yīng)速率減去內(nèi)部化學(xué)降價(jià)的速率來計(jì)算；水解反應(yīng)的速率可用類似的方

法求取。③在等效條件求出的氣體含量下，用常規(guī)法或慣用老化試驗(yàn)法求取老化溫度T2下的失效時(shí)間。(3)試驗(yàn)方法407E④根據(jù)老化試驗(yàn)溫度T2下求出的失效時(shí)間t2，求出預(yù)期使用溫度T1下的壽命t1，然后在繪阿累尼烏斯圖的坐標(biāo)紙上通過(T1，t1)和(T2，t2)兩點(diǎn)繪制一條直線，從這條直線就可推算出溫度指數(shù)。T1越接近溫度指數(shù)，求出的溫度指

數(shù)越準(zhǔn)確。(4)討論407E材料的物理性能主要由化學(xué)組成決定。如果所有老化反應(yīng)的加速因子相等，則在兩個(gè)溫度下材料的老化過程被認(rèn)為是相同的，因而有一個(gè)共同的加速因子控制著整個(gè)化學(xué)老化過程，而且在兩個(gè)溫度下，不同反應(yīng)速率的比值是相等的。如果在老化起始時(shí)，兩個(gè)溫度下材料內(nèi)的老化過程相等，則它們?cè)谡麄€(gè)老化過程將保持相等。如果在兩個(gè)溫度下材料的老化過程相等，則物理性能劣化的加速因子等于化學(xué)反應(yīng)的公共加速因子。第六節(jié)

電老化試驗(yàn)407E一、電老化機(jī)理與影響電老化壽命的因素二、絕緣材料耐局部放電性試驗(yàn)一、電老化機(jī)理與影響電老化壽命的因素407E放電產(chǎn)生的低分子極性物質(zhì)或酸類滲透到材料內(nèi)部，使其體積電阻率下數(shù)上升。材料喪失彈性而發(fā)脆或開裂等。放電性能，例如放電起始電壓、放電強(qiáng)度有所變化。頻率

放電次數(shù)隨外施電壓的頻率增加。電場(chǎng)強(qiáng)度

絕緣所承受的電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)其壽命有非常大的影響。溫度

通常情況下，溫度增加，有機(jī)絕緣材料的耐放電性能降低，電老化壽命縮短，因?yàn)闇囟仍龈撸烹娖鹗茧妷航档?，放電?qiáng)度增加，放電產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕加劇，熱的不穩(wěn)定性也能在更低的電壓與頻率下發(fā)生，但在高溫下臭氧與氧化氮的生成減少。相對(duì)濕度

如果材料承受表面放電，環(huán)境的相對(duì)濕度對(duì)材料的耐放電性有顯著影響。機(jī)械應(yīng)力

試驗(yàn)證明，當(dāng)材料內(nèi)部存在拉伸應(yīng)力時(shí)，它的耐放電性能下降。二、絕緣材料耐局部放電性試驗(yàn)407E電老化壽命試驗(yàn)的依據(jù)——電老化壽命定律試樣與電極裝置試驗(yàn)條件的選擇壽命終了的評(píng)定介紹幾種試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)方法1.電老化壽命試驗(yàn)的依據(jù)——電老化壽命定律407E電老化壽命定律具有反冪定律的形式。上述電壓老化壽命定律是根據(jù)絕緣材料擊穿的概率分布函數(shù)屬于威布爾分布得到的。事實(shí)上，根據(jù)統(tǒng)計(jì)理論已經(jīng)證明，擊穿時(shí)間和擊穿場(chǎng)強(qiáng)的分布函數(shù)都是威布爾分布，并且大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)與式(6-42)相符合，因此現(xiàn)在電老化壽命試驗(yàn)都以該式表示的壽命定律為基礎(chǔ)，在強(qiáng)化電場(chǎng)強(qiáng)度下，測(cè)量壽命與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系曲線，求出壽命系數(shù)n。但必須注意，不是所有情況下n都是恒定不變的，有些材料當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)在寬廣范圍內(nèi)變化時(shí)，n是變化的，即測(cè)量數(shù)據(jù)在威布爾坐標(biāo)紙上的標(biāo)繪并不是直線。2.試樣