一、 測試基本原理與目的‌

高分子材料作為重要的絕緣體，廣泛應用于電氣電子設備中。其絕緣性能是保障電氣安全的核心指標。電壓擊穿試驗的基本原理是：在規定的測試條件下，對試樣施加持續升高的交流或直流電壓，直至絕緣失效發生擊穿，從而測定其 ‌擊穿電壓‌ （單位：kV）與 ‌擊穿強度（介電強度）‌ （單位：kV/mm）。

主要作用‌：

質量檢驗與入廠篩選‌：確保絕緣材料批次滿足安全門檻值。
材料研發與配方優化‌：評估配方、工藝、添加劑對材料絕緣性能的影響。
安全壽命評估‌：模擬老化、潮熱等惡劣環境，評估材料長期服役的安全性。
研究與對標‌：比較不同材料、供應商，或滿足國際/國家/行業標準的準入要求。

此加速破壞性試驗通過電場應力模擬極端工況，雖然不直接等同實際壽命，但能高效、定量地給出材料的極限絕緣能力。

二、 核心標準與方法論‌

測試必須遵循國際、國家或行業標準，以保證結果的可比性與權威性。

主要參考標準‌：

GB/T 1408.1-2006‌：規定了固體絕緣材料電氣強度試驗的一般方法，涵蓋空氣和液體介質中的測試程序，是基礎標準。
GB/T 1408.2-2006‌：對應用直流電壓試驗的附加要求。
GB/T 1695-2005‌：專門針對硫化橡膠工頻擊穿電壓強度和耐電壓的測定方法。
HG/T 3330‌：絕緣漆漆膜擊穿強度的測定方法。
ASTM D149‌：美標固體電絕緣材料在工頻下的介電擊穿電壓和介電強度試驗方法。
GB/T 6553-2003‌ 與 ‌IEC 60587‌：用于評定在嚴酷環境條件（污染、潮濕）下使用的電氣絕緣材料的耐電痕化和蝕損性能的試驗方法，屬于嚴酷環境模擬測試，與基礎擊穿測試不同。它模擬了表面污染和潮濕條件下的破壞過程，采用恒壓法或逐級升壓法，以“耐電痕化電壓等級”進行分級評定。相比適用于戶內常規環境的測試（如GB/T 4207-2003中CTI/PTI測定），此標準更適合評估戶外或惡劣工況材料的長期可靠性。

在實際應用中，應根據產品的終使用場景和環境要求，選擇基礎擊穿測試或嚴酷環境下的耐痕性測試，或兩者結合。

核心測試項目定義‌：

擊穿電壓‌：使試樣發生擊穿時的電壓值。它是材料、厚度、環境、電極等綜合作用的結果。
擊穿強度（介電強度）‌：擊穿電壓與試樣平均厚度的比值。它是材料本身介電特性的體現，更便于不同厚度材料的比較。計算公式為：擊穿強度 (kV/mm) = 擊穿電壓 (kV) / 試樣厚度 (mm)。
耐電壓試驗‌：將電壓升至規定值并保持一定時間（如1分鐘），不擊穿則通過。常用于產品質量例行檢驗。
梯度耐壓試驗‌：在規定時間內將電壓逐級提升至規定值，或在各級電壓下保持一段時間。

三、 設備系統構成與核心技術參數‌

以BDJC系列電壓擊穿試驗儀，現代智能化測試系統主要包括以下部分：

1. 硬件系統構成‌：

試驗主機‌：包含高壓艙（帶安全門聯鎖）、高壓變壓器（如50kV/3kVA, 100kV/10kVA）、精密升壓裝置（如西門子PLC控制的步進電機+無觸點調壓）、電極系統等。
控制系統單元‌：核心部件，采用西門子中央處理器（CPU/PLC）以提高控制精度和抗干擾能力，支持無線/有線遠程控制，實現人機分離安全操作。
高壓電極‌：根據GB1408.1標準，常用三只電極：兩個直徑25mm的圓柱形電極和一個直徑75mm的圓柱形電極。電極材料多為黃銅或不銹鋼。也可配備其他電極（如球板電極、線材電極等）以滿足特殊樣品測試需求。
安全防護系統‌：為高壓試驗的核心，包括多重聯鎖保護（門打開則斷電）、高壓放電裝置（自動/手動放電）、過電流保護、過電壓保護、漏電流監測（0-150mA可調）、獨立接地保護等。部分設備內置泄壓網絡防電弧和故障報警系統。
數據采集與上位機‌：通過電壓/電流傳感器精確采集信號，由計算機軟件平臺控制。

2. 核心技術參數‌：

輸出電壓范圍‌：常見型號如0-50kV、0-100kV。
升壓速率‌：可程序設定，范圍通常為0.1kV/s 至 5.0kV/s，遵循標準要求。
試驗精度‌：一般≤±1%。
電源與頻率‌：AC 220V±10%，50Hz±1Hz。
試驗判據‌：支持電壓下降（“峰降電壓”模式，靈敏可調）、電流突增（設定漏電流閾值）雙重判斷，以準確捕捉擊穿點。
支持模式‌：交流（AC）和直流（DC）試驗。直流試驗通常需接入高壓硅堆回路。

四、 詳細操作流程與安全規范‌

1. 操作前準備與環境控制‌：

樣品制備‌：
厚度應均勻、無氣泡雜質和明顯機械損傷，常用厚度1-3mm，大于3mm結果更有可比性。
表面應清潔、干燥，去除灰塵、油脂和脫模劑，可采用無腐蝕溶劑（如酒精）擦拭。
按規定進行 ‌預處理‌ （通常在標準溫濕度環境下放置24小時以上）或 ‌條件處理‌ （根據要求進行高溫、浸水等處理）。
環境條件‌：理想環境為溫度23±2℃，相對濕度50±5% RH。需記錄實際溫濕度。
電極安裝‌：確保電極表面清潔、平整，對軟試樣施加適當恒定壓力，避免氣隙導致電場畸變。

2. 軟件操作（以現代控制軟件為例）‌：

系統登錄與設置‌：啟動軟件，輸入用戶名密碼登錄。進入參數設置界面，填寫“試驗單位”、“送試單位”、“試驗人員”等信息。
選擇測試方式‌：
直流/交流選擇‌：根據標準要求選擇。注意：硬件上需通過拔插短路桿改變回路，軟件選擇需與之對應。
試驗方法選擇‌：擊穿試驗、耐壓試驗或梯度試驗。
關鍵參數設定‌：
終止電壓‌：保護設備與樣品的上限電壓。
峰降電壓‌：擊穿判斷靈敏度（如0.1 kV）。電壓下降超過此值即判定為擊穿。
升壓速度‌：按標準選取（如GB/T 1408常快速升壓：100 V/s 或 500 V/s）。
漏電流報警閾值‌：如3 mA 或5 mA。
試樣厚度‌：必須準確輸入以自動計算介電強度。
試驗執行與數據記錄‌：開始試驗后，系統自動升壓，實時顯示電壓-電流曲線，并在擊穿或達到終止條件后自動停止、降壓、放電。結果包括：擊穿電壓（kV）、介電強度（kV/mm）、擊穿位置等。數據可永久儲存于數據庫，支持查詢、導出及報告打印。

3. 嚴苛的‌安全操作規程與注意事項**：
由于試驗電壓高達數十kV，必須嚴格遵守安全規范。

操作員資質‌：必須接受高壓安全培訓，了解設備性能及應急操作。
個人防護‌：必須穿戴合格的絕緣手套、護目鏡、絕緣鞋。
場地安全‌：
設備必須單獨可靠接地，接地電阻≤4Ω。
劃定測試區域，設置“高壓危險”警示牌。
試驗過程中禁止任何人員靠近或接觸設備。
設備安全‌：
確保 ‌安全門聯鎖裝置‌有效，門未關緊無法升壓。
試驗前必須檢查所有安全保護功能（過流、漏電等）。
每次更換樣品前，使用放電棒通過放電器充分釋放高壓端子殘余電荷（保持接地數秒鐘）。
設備內部、特別是高壓端應定期清潔，防止灰塵、導電雜質積聚。
直流高壓試驗后，‌殘余電荷更易駐留‌，放電更需徹底謹慎。
樣品與介質‌：
試驗常用介質為 ‌空氣‌ 或 ‌變壓器油‌。
使用油介質時，保持油品清潔（無水分、雜質）且在規定耐壓值內。測試液體樣品需用專用油杯。
防止樣品在擊穿時產生的飛濺或燃燒。試驗后排出廢氣和煙霧。

五、 測試結果解讀與常見問題分析‌

結果報告‌：報告應包括材料標識、試樣厚度與狀態、試驗環境、電極類型、試驗方法（升壓速率、終點判據）、實際擊穿電壓/介電強度、每個樣品的結果與統計值（平均值、標準偏差）。
數據變異性‌：絕緣材料的擊穿強度本身具有分散性（韋伯分布），建議每個樣品至少測試3-5個點，剔除明顯異常值后取平均值。
常見影響因素分析‌：
試樣缺陷‌：氣泡、雜質、裂紋會嚴重降低擊穿強度。
厚度影響‌：過薄樣品易發生邊緣擊穿，且散熱不同影響結果；過厚樣品內部缺陷概率增加。
溫度與濕度‌：濕度升高易形成表面電導通道，降低強度；溫度升高降低材料電阻率。
電極效應‌：邊緣倒角不符合標準、壓力不均會導致電場集中。
升壓速率‌：速率過快，擊穿電壓可能偏高。
介質影響‌：油中擊穿電壓一般高于空氣中，因油有冷卻和抑制放電作用。