1、绝缘材料性能检验技术研究摘要：本文主要介绍了绝缘材料的定义、发展概况、用途及其分类，并阐述了衡量绝缘材料性能好坏的主要指标。着重分析绝缘材料性能检验的技术，在测量绝缘材料绝缘电阻时的检测方法，还介绍了流变测量学的定义和应用，重点在绝缘材料检验领域的主要测试方式做了详细的说明。最后对绝缘材料性能检验的技术做出了总结。 关键词：绝缘材料 性能检验 绝缘电阻 流变测量学 1 绝缘材料的概述 绝缘材料主要指电工绝缘材料。依据国家标准 GB/T2900.5-2002电工术语 绝缘固体、液体和气体的规定，绝缘材料的定义是：“用于防止导电原件之间导电的材料”1。绝缘材料的电阻率很高，通常在106107m 的
2、范围内。按绝缘材料的形态可分为气体、液体和固体绝缘材料。绝缘材料的发展主要经历了以下阶段：（1）天然材料的利用；（2）天然材料的改进和合成树脂的出现；（3）绝缘材料的蓬勃发展时期；（4）合成树脂为基的新型绝缘材料；（5）耐热绝缘材料；（6）绝缘材料在环保、安全和能源问题上的改进。 绝缘材料的主要用途是将带电的部分与不带电的部分或带不同电位的部分相互隔离开，使电流能够按人们指定的线路流动。因此绝缘材料首先应具有较高的绝缘电阻和介电强度，并能避免发生漏电、击穿等事故。其次，耐热性能要好，避免因长期过热而较快老化变质。此外，还应有良好的导热性、耐潮防霉性和较高的机械强度以及工艺加工方便等特点。 2
3、绝缘材料性能的主要指标 绝缘材料的基本特征主要反映在使用中所发生的导电、极化、损耗、老化、击穿等过程变化，它们对电工产品的性能起着重要的作用2。因此，衡量绝缘材料的性能好坏主要是由以下性能指标决定。 （1）绝缘电阻和电阻率：电阻是电导的倒数，电阻率是单位体积内的电阻。对于绝缘材料来说，希望电阻尽可能的大，电阻率尽可能高。 （2）相对介电常数和介质损耗角正切：电网络各部件的相互绝缘要求相对介电常数小，介质损耗角正切小；电容器的介质（储能）要求相对介电常数大，介质损耗角正切小。 （3）击穿电压和电气强度：绝缘体两端所加的电压越高，材料内电荷受到的电场力就越大，越容易发生电离碰撞，造成绝缘体击穿。使
4、绝缘体击穿的最低电压为击穿电压。电气强度是在规定条件下发生击穿时电压与承受外施电压的两电极间距离之商，即单位厚度承受的击穿电压。对于绝缘材料而言，一般地，击穿电压和电气强度的值越大越好。 （4）拉伸强度：拉伸实验中，绝缘材料的最大拉伸应力。 （5）耐然烧性：绝缘材料接触火焰时抵制燃烧或离开火焰时阻止继续燃烧的能力。耐然烧性越高，安全性越好。 （6）耐电弧：在规定的试验条件下，绝缘材料耐受沿起表面的电弧作用的能力。时间值越大，其耐电弧性越好。 3 绝缘材料性能检验技术 随着我国工业化程度的加强，绝缘材料得到了广泛的使用，对于绝缘材料性能的要求也逐步提高3。绝缘材料的性能直接影响到电气设备的使用寿
5、命。因此，对绝缘材料的性能检验是相当必要的。近年来，出现了很多种检验绝缘材料性能的技术，主要表现在绝缘材料的电阻测量和表征材料分子量、分子量分布、配方及微观聚集状态等的流变测量学上。 3.1 绝缘电阻的测量方法 绝缘材料在外加电压作用下呈现导电的性能，其施加在绝缘材料的直流电压和总电导电流之比称为绝缘电阻。绝缘电阻取决于体积电阻和表面电阻，是表征绝缘材料特性的主要参数之一，准确测定绝缘电阻对于验证绝缘材料的可靠性十分重要。 3.1.1 直接绝缘电阻测量 测量低压电气产品的绝缘电阻，可选择最常见的万用表、绝缘电阻测试仪、兆欧表。用兆欧表测量前，必须将被测设备电源切断，对地短路放电决不允许设备带电
6、进行测量，以保证人身和设备的安全。测量时，从兆欧表上的电路 L 端子和接地 E 端子的两个接线柱上分写引出两根单股导线，接在被测试样上，以 120150 次/分的速度平稳的摇动手柄约1 分钟。待指针稳定不动时，即可读出绝缘电阻值。 3.1.2 泄露电流测量法 泄露电流指的是在绝缘材料的外加电压作用下，流经绝缘部分的电流，通过测量泄露电流的方法来检测绝缘情况。泄露电流有三种形式：（1）传导性泄露电流：指流过两个导体之间绝缘层量最小的正常泄露电流，如火线到地导线的泄露电流；（2）电容性泄露电流：由于电容效应而通过导线绝缘层的电流，此时两导线相当于电容器极板，绝缘层成为了电容器的电介质，直流电路中电
7、容性泄露电流一般持续几秒，而交流电压会产生持续的电容性泄露电流；三是表面泄露电流：主要指从导线上被剥去绝缘层进行电气连接的区域流出的电流，尤其是导线连接点。最常用的测量仪器是耐压测试仪，它通过在两个导体间施加比工作电压高几倍的测试电压，并测量泄露电流。也可以采用专用泄露电流仪测量泄露电流。在各种电气设备上，国家标准都规定了泄漏电流不能超过的上限值，产品出厂前都要进行测试。安全标准规定，电热器具要测热和潮湿状态下的泄露电流，电动器具要测工作温度下的泄露电流。 3.2 流变测量学在绝缘材料检验中的应用 流变学是在 20 世纪后半叶发展起来的，是力学、化学与材料和工程科学质检的新兴边缘科学，是研究材
8、料流动与变形的科学。流变测量学可以表征材料的分子量、分子量分布、配方及微观聚集状态等，从而了解绝缘材料的模量、使用温度、尺寸稳定性、储存稳定性等性能。 流变测试中，试验参数相当重要，不同的测试参数直接影响着流变测试的准确和误差。其函数为4： 其中， 表征为液体的物理化学性质； 表征为测试液体的温度； 表征为测试液体受到的压力，压力压缩液体使其减小分子之间的距离，增大分子间距力； 表征为测试液体受到的剪切速率； 表征为时间，主要指某些液体随时间的变化； 表征为电场。 3.2.1 福特杯测量法 福特杯测量法是工厂企业中应用比较广泛的流变测量测试方法5。优点是操作简单、试验快捷、成本便宜，针对于粘度
9、值要求不严苛的绝缘材料。缺点为测量的数据不都精确，测量过程受环境影响因素多，测量数据只是相对值。 3.2.2 相对旋转粘度计测量法 利用任何可读的标量，例如时间、距离、角度等，与标准粘度样品的比率。相对旋转粘度计的计算公式为： 其中， 为标准粘度值， 为标准可读的标量， 、 为未知可读的标量。 相对旋转粘度计测量法的优点为容易操作、测量快捷、清洗方便、性价比高。缺点为非牛顿流体只是相对值，转子和测试条件必须相同，当温度发生变化时，粘度读数略有误差。 3.2.3 绝对旋转粘度计测量法 利用测量扭矩的绝对值来标称材料的绝对粘度值，还可反映温度对于粘度计的影响。绝对旋转粘度计测量法的优点为绝对值读数
10、，粘度数值可以标定，并且可以控制多种温度下同一材料的测量，测量方法多样，试样量少，可用计算机控制。缺点为测试设备价格昂贵，测试日常保养不易，测量用的转子清洗不便。 3.2.4 可视流变测量法 可视流变测量法是现在新兴的一种流变测量方法，将流变仪与显微镜相结合，利用可视流变技术可以观察液体在震动、剪切、旋转等状态下分子变化情况。它能有效地观察到试样在剪切应力作用下，液体分子发生的变化。 4 总结 绝缘材料的性能好坏直接影响着各种电器成品的使用，不仅仅是使用寿命的长短，更关系着人员安全。因此，借助于各种绝缘材料性能检测手段，掌握绝缘材料的性能指标是非常必须的。21 世纪，随着信息技术的革命，各种高新领域不断发展，光传感技术、机械制造技术、新材料科技等不断发展，相应的绝缘材料性能检测技术也在不断完善和突破，测量结果更加科学、可靠及综合判断力不断增强。 参考文献： 1 GB/T2900.5-2002电工术语 绝缘固体、液体和气体. 2 梁茂芝，张桂林.电气绝缘材料的性能与发展J.科技信息，2007， （1）. 3 赵永清.浅谈低压电气产品绝缘技术性能检测J.中国高新技术企业，2010， （7）. 4 丁鹏，闵相祯.非牛顿流体力学简介与发展C.第二届全国力学史与方法论学术研讨会论文集，2005. 5 张大鹏，倪苗苗.流变测量学在绝缘材料检验领域的应用J.大电机技术，2013， （3）.
