GB/T 29311-2020 电气绝缘材料和系统交流电压耐久性评定 GB/T29311-2020 标准压缩包解压密码：www.bzxz.net

ICS 17.220.99;29.035.01
中华人民共和国国家标准
GB/T29311—2020/IEC61251:2015代替GB/T29311—2012
电气绝缘材料和系统
交流电压耐久性评定
Electrical insulating materials and systems-ACvoltageenduranceevaluation(IEC61251:2015.IDT)
2020-06-02发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2020-12-01实施
2规范性引用文件
术语和定义、符号·
电压耐久性
5试验方法
6电压耐久性评定
附录A（资料性附录）威布尔分布，参考文献
GB/T29311--2020/IEC61251:20158
HiiKaeeiKAca-
iiiKaeeiKAca-
本标准接照GB/T1.12009给出的规则起草。GB/T29311-—2020/IEC61251:2015本标准代替GB/T293112012《电气绝缘材料交流电压耐久性评定通则》，与GB/T293112012相比，主要技术变化如下：修改「~范用\（见第1章，2012年版的第1章）；修改广规范性引用文件\（见第2章，2012年版的第2章）；修改了术语“电压耐久性\\寿命\的定义（见3,1.1和3.1.2，2012年版的3.1.1和3.1.2）则除了术语“电寿命\（见2012年版的3.1.3)；增加了符号\α\（见3.2）；
删除了符号\E，n，t20，\（见2012年版的3.2）；一修改了“试验方法的概述\（见5.1,2012年版的5.1）；修改了“常规电压耐久性试验”（见5.2.1，2012年版的5.2.1），本标准使用翻译达等同采用IEC61251：2015《电气绝缘材料和系统交流电压耐久性评定》。与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：GB/T29310—2012电气绝缘击穿数据统计分析导则（IEC62539:2007,IDT）本标准由中国电器工业协会提出：本标准由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标准化技术委员会（SAC/TC301)归II。本标准起草单位：浙江荣泰科技企业有限公司、烟台民土达特种纸业股份有限公司、苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、苏州太湖电工新材料股份有限公司、四川东材科技集团股份有限公司、苏州贝得科技有限公司、中车永济电机有限公司、安徽微威能电机有限公司、红光电气集团有限公司、东方电气集团东方电机有限公司、西安交通大学、国网安徽省电力有限公司电力科学研究院、泰州市第三绝缘材料厂。本标准主要起草人：刘亚丽、郑敏敏、陈昊、王志新、夏宁、井丰喜、李杰霞、李培新、雷平振、林中华、庄治民、张跃、刘学忠、秦少瑞、耿涛、王莹、袁娟。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GB/T29311—2012,
GB/T29311—2020/IEC61251:2015引言
本标准涵盖绝缘材料和系统。电压耐久性试验用于比较和评定电气绝缘材料和系统。确定电气绝缘材料和系统的交流电压耐久性十分复杂，因为电压耐久性试验结果受多种因素影响。本标推提出用于电压耐久性试验简单设计及分析的统一方法iiiKaeeiKAca
1范围
GB/T29311—2020/IEC61251:2015电气绝缘材料和系统
交流电压耐久性评定
本标准阐述了电气绝缘材料与系统电压耐久性试验相关的诸多因素，描述了电压耐久性曲线，列举了试验方法及其局限性，界定了电压耐久性的术语，给出了根据试验结果评定绝缘材料和系统的正弦交流电压耐久性导则。
本标准适用于电压频率为20IIz~~1000IIz的交流电压下绝缘材料和系统的耐久性评定。本标准所使用的试验原理也适用于其他波形电压。2规范性引用文件
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H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（包括所有的修收单)适用丁木文件。IEC62539电绝缘击穿数据统计分析导则（Guideforthestatisticalanalysisofelertrical insu-lation breakdown data)
3术语和定义、符号
术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
iiKaeeik
voltage endurance:VE
电压耐久性
固体绝缘材料和系统耐受电压能力的测量。注：木标准只考虑交流电压。
寿命life
介电击穿时间。
voltage endurance coefficient;VEC电压耐久性系数
双对数电压耐久性坐标图中直线斜率的倒数值3.1.4
specimen
用米评估一个或多个物理特性，具有代表性的试验对象。3.1.5
sample
从同一生产批次中随机抽取的名义上相同的试样。3.2符号
下列符号适用于本文件。
GB/T29311—2020/IEC61251:2015“，:反幂函数模型常数：
E：电应力，
E。：短时电气强度。
Et:电应力阀值。
了:频率。
h.k：指数模型常数。
L寿命。
m：威布尔分布的尺度参数(单个变量）。M：广义威布尔分布的尺度参数（两个变量）。n：符合电压耐久性系数的反幂函数模型应力指数。na:非常数的VEC。
R:尺寸比。
：时间。
t，：恒定应力下介电击穿时间。t.：恒定应力E.下介电击穿时问t：递增应力的介质电穿时间
tan?：介质损耗因数
α：恒定应力下介电击穿时间的威布尔分布尺度参数（63.2%）。β：恒定应力下介电击穿时问的威布尔分布形状参数。：递增应力下介电击穿电场的威布尔分布形状参数，4电压耐久性
4.1电压耐久性试验
为「评定绝缘材料或系统的电压耐久性，要测试多个试样在交流电压下的介电击穿时间：实际上：在不同的电压下测试儿组包含多个试样的样品可以揭示施加电压对介电击穿时间的影响。每种样品的算术平均介电击穿时间是在该电压下测试的所有试样的介电击穿的平均时间，一定白分比的试样的击穿时间是相同概率百分比的介电击穿的估算时间。数据的统计处理(分析法或者图表法)可以得到更多信息，例如，其他的失效百分比或者置信区间，可能的话，也可以确定其概率分布类型（例如高斯、威布尔，对数正态分布等）。4.2电应力
通常.在电压耐久性试验中采用电应力(每单位厚度的电压)而不是电压。对于均匀电场，电应力可通过电压(有效值)除以试样的厚度得出。对于非均勾电场，最大电压值应由使用方决定。4.3电压耐久性(VE)图
电压耐久性曲线为介质击穿时间(寿命)与电应力的曲线图，在VF图中，纵坐标是电应力，为线性或对数形式；横坐标为介质电穿时间：通常为对数形式。由于电压耐久性曲线可以清晰完整地表达规定试验条件下试样的电压耐久性评定，因此，电压耐久性曲线是电压耐久性试验的最终结果。为使试验具最人意义，材料或系统在相同的厚度、电极、温度、湿度和人气环境下进行对比，或由使用方确认对比条件。
精确绘制VE图需要进行三个以上不同电压下的测试，并且在某一压下需要进行一次或多次测2
GB/T29311-2020/IEC61251:2015试，以确保至少一次测试失效时间大于1C00h。在任何情况下，绘制VE图至少需要进行三次测试。电压耐久性图可能是直线或曲线，若为曲线，它的趋势可以近似为几个直线区域，有时，初始部分为短时低斜率区域.中问部分（可能很长时问）为斜率陆峭的区域，最后部分趋于水平（见图1）。不同材料或系统的电压耐久性曲线形状可能有很人的变化，使用图1曲线时.VEC不是恒定的，且VEC在不同时间是不同的（见图2的na）。
4.4短时电气强度
击穿时间
图1常规电压耐久性曲线
通过电压线性增加：测量短时电强度。本标准中·试验持续时间约为一分钟到几十分钟，被测试样的电气强度平均值为E。
电气强度试验结果（或递增电压试验结果)不能直接记录在VE图中，代之，使用短时电气强度E（或非常接近0.9E，或者协商一致的电气强度）做相同电应力下的恒定电压试验用以测定该电应力下的介电击穿时间t。。在VE图中，（E。t）为VE由线的起点，在5.5中给出了此方法更加详细的说明然而，当使用此方法时,应注意下列事项：a）电气强度试验应在相同的环境条件（如湿度、温度等），相同的试验单元和采用相同的试验方法下进行；
b）应检查并记录被测试样、击穿路径及试样介电击穿的条件，以用于后续试验结果分析。确保试样在高和较低的电应力下发生失效的类型相同。4.5电压耐久性系数（VEC)
VE曲线的斜率\是绝缘材料或系统对电应力响应的反映，是无量纲参数。对斜率较小的VE曲线（如VEC数值较大），电应力小幅降低会使寿命大幅提高，斜率的倒数与式（1）中的指数值n一致：EC值大未必对应较高的电气强度，如果材料的短时电气强度高，足以弥补电压耐久性的不是，可能会出现在相同电应力下低VEC材料的介电击穿时间长。因此，应注意值的选择与高的平均电应力相对应，以保证材料良好的电压耐久性。最重要的是，在试验期间保持其长时间的电气强度。4.6非常数的VEC(na）
如果VE线在双对数坐标系中为曲线，则可通过曲线上任意一点的切线测量斜率。按第5章捐述的寿命模型，任意的电应力，对应在出线「的一点，非常数的电压耐久性系数11为该点「由线斜率倒数的绝对值（见图2）。
GB/T29311—2020/IEC61251:2015hng ()
4.7电应力阅值（E,）
L定n曲线
击穿时间www.bzxz.net
图2在VE曲线上的任意一点确定非常数的VEC(na)logt
如果VE曲线随者电应力下降变得趋于水平，这表明存在一个限值应力E，低丁该值时，电老化可忽略不计.该值称为电应力阀值。通过适当持续时间的试验可监测VE曲线呈现水平的趋势：然而，试验并非总是在合理的时间内成功呈现这种趋势，某些绝缘材料或系统即使试验时间很长也不会出现电应力阀值。
4.8电压耐久性关系
电压耐久性关系（VE关系）是电应力或电压作用下的寿命数学模型，即电气强度和介电击穿时间的关联公式，该式可通过VE曲线图表示。如果在双对数图中VE由线为直线，则该式为式（1）：L=cE
式中?
c和n-
介电击穿时间或者失效时间或者存命：电应力；
取决丁温度和其他环境条件的常数，其中是反幂函数模型常数，n是符合电压耐久性系数的反幂丽数模型应力指数
式（1）为反塞函数模型即电压一寿命模型，通常用十处理固体绝缘材料电压耐久性数据，在这情况下VEC为且为常数。当两个恒定电压应力下的介电击穿时间数据可用时，则可以采用该模型并按照式（2)估算n值。
·（2)
如果VE试验数据在双对数坐标中没有形成一条直线，则运用反幂函数模型是不正确的；如果曲线靠近电应力阈值E，，宜使用其他模型计算。如式（3)所示：L-C(E-E)-\
如果E，趋于0，式（3)为反幂函数模型，当短期击穿和中期击穿数据在双对数坐标系中拟合成一条直线时，也可使用式（4)。
_k exp(-hE)
GB/T29311-—2020/IEC61251:2015.(4)
此模型源自简单的指数模型，当E>E，时，在半对数坐标系中近似于一条直线；当E接近E.时，介电击穿时间将会趋于无穷大。在式（3)和戏（4）中，常数、、、和E，取决于温度和其他坏境条件。式（3)和式（4)能用来生成两个新的方程，解释任意两个点（L1，E1)和（L，E，）之间的电压耐久性曲线的趋势，如式（5）和式（6）：LI-{EI-E,)-\
L2(E? E)
LIexp:-h(EI-E))
L(EE,)/(EE,)
.（5)
在双对数曲线图上对丁具有线或自线段的电压耐久性曲线的公式为式（1)和式（2），当在双刘数或半对数坐标图上以近似于线性趋势趋于值时.公式为式（3)，式（1）、式（5)和式（6）。通过取对数.反幂函数模型变为式(7)：In(L)=In(c)nln(F)
在双对数坐标系中，式（7)为电压耐久性白线方程，其斜率为一1/n。山丁斜率的倒数值等于VEC故VEC也能表示反幂函数模型的指数n。5试验方法
5.1概述
本章描述了进行电压耐久性试验的不同方法，以及施加电压方式（恒压或随时问增加）、频率（工作频率或更高）和试验中断时间（对于完整寿命试验：所有试样的介电击穿时间)或某些试样的短时击穿时间（检否寿命试验)的差异：
通带为进行对比，不管上述参数如何选择，试验使用老化单元或试样应相同。伯对手施加电压频率的选择，应使介电损耗或局部放电所产生的热量而引起温度上升不应超过3K。在测试材料时，施加到老化单元或被测试样的电场宜是均勾的，这可以通过边缘园滑，表面平坦的电极来实现。试样应超出电极边缘适当的距离，以避免试样表面发生闪络或局部放电。如果预先试验表明试样超出电极边缘的距离.不足以避免产生局部放电和闪络，这时应将电极嵌入具有与试验材料接近或更高的介电常数的介质中。试样的形状和加工工艺取决丁试验月的。以研究为月的的试验，已经进行了以空穴尺小和形状为目的的内部降解研究，但这不属于本标准的讨论范围。评定与比较外部放电造成的材料降解可参考IEC60343。
对于绝缘系统，应充分考虑其实际运行状况并由使用方确定试验方法。5.2恒定应力试验
5.2.1常规VE试验
在恒定电应力试验中，试验期间施加在试样上的电压幅值保持不变。通常所选择的电压幅值使试样介电击穿的平均时间在几十到几千小时之间。特别是在低电压下，某些试样的介电击穿时间太长，等到所有试样都击穿是不实际的。在这种情况下，在大部分试样发生击穿后，停止试验，采用截尾数据统计方法（见IEC62539)处埋试验数据。通常，选择三个或者四个不同电压或电气强度行试验。提供三个或四个数据绘制VE曲线。带常四个数帮点也不足以确定曲线的斜率，但超过四个电压进行试验来绘制VE曲线是不经济的：GB/T29311—2020/IEC61251:2015数据与首线的拟合可以通过具体的要求进行向归分析来建立（见IEC62539）。如果拟合结果合适，相关系数R为0.90或更高.则VE曲线可拟合为条直线，直线斜率的负倒数为VEC；反之，相关系数R低于0.90.将VE拟合成直线不合适对于何试验电压，与不同概率函数相拟合的介电士穿时问都可以测试。如果数据符合威布尔分布，试验数据呈现为直线（按威布尔坐标）.古线的斜率为分布形状参数β，参见附录A。在不同电压下以相同方式进行的每个试验可以核查常数β。5.2.2诊断试验
在需要进行诊断试验时，在试验期间监测如tana或局部放电。当在不同电压下获得的tana或局部放电结果对时间的曲线可做比较时，可建立相似的电压耐久性曲线这有助于了解老化行为，并且可以预测其他试样电压耐久性曲线的趋势为评价试样的老化状态，对在一定老化时间后不失效的试样要进行短时电气强度测试。因此短时电气强度可作为一个测试由电气强度造成的老化程度的诊断量。为深人研究老化过程，可借助化学和微观分析，其结果通常与宏观变量有关，例如短时电气强度、电导率、lano等。
5.2.3电气阈值检测
在长时间处于试验电压下，各试验点电压耐久性曲线有时表现出趋于水平的趋势，此外，许多电压耐久性试验研究报告表明在较低的电气强度下的失效时间比在较高电气强度下以趋势外推法所期垫的失效时间要长，这些结果表明存在电气阅值，也为确定电应力阅值(E)提供试验数据。通过提高频率进行的试验可以用于检查电压阅值，如5.3所述。另一种方法是在低电场下评定电压耐久性曲线趋势，如5.6所述。阈值应力受温度影响，适常温度刀高阅值降低，当温度高于室温时，电压耐久性曲线通常向坐标系的边移动，并且在相同的电气强度下介电击穿时间较短，电压耐久性试验通常在室温下进行。而在较高温度下进行的试验可提供有关老化过程的奖型的信息以及VE曲线的形状信息，特别是有关阈值的存在及其取决于温度的信息。5.3高频试验
为缩短试验时间，可提高所施加的试验电压的题率。可过试验频率（f）下的介电击穿时间元推导出工频频率（f)下的介电击穿时间1，如式（8)所示：L=LA了
但式（8)的有效性没有被证明，特别是对丁测试频率高于工额频率（/)10倍及以上时，有时，加速老化与频率比的案数成止比，该幂数也取决于温度、环境条件和老化机理类型。因为介电常数和tana受顾率和温度影，因此与频率、介电常数和tan成正比的介质发热量会影响介质电穿时间，此外，微小间隙的局部放电或材料内部和/或试样表面的缺陷在不同的题率下有不同的影响。因此,注意谨慎解释加速频率试验
在低应力下的高频率试验可推断是否存在电应力阅值。如果工频下试验结果显示可能存在阅值，则应在尽可能接近该阈值的电压下进行高频试验，如果该电压下的击穿时间比VE曲线在较高电压下根据式（3）～式（6)所推断的预期的击穿时间长得多，可以确定存在电应力阅值，可以通过寿命曲线拟合出公式对其逊行估值
5.4递增应力试验
在递增应力试验中，施加在每个试样上的应力幅值随时间的增加而增加直到失效。所有试样的应6
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