ICS 27.120 F 46 DB34 安 徽 省 地 方 标 准 DB 34/T 1564—2011 超导电缆固体绝缘层帕邢条件直流高电压 试验方法 The DC High Voltage Experimental Method for the Solid Insualtion on Superconducting Cable under Paschen Condition 2011 - 12 - 16 发布 安徽省质量技术监督局 2012 - 01 - 16 实施 发 布 DB34/T 1564—2011 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则编写。 本标准由中科院等离子体物理研究所提出。 本标准由中科院等离子体物理研究所、安徽省标准化研究院起草。 本标准主要起草人：宋云涛、黄雄一、潘皖江、毕延芳、陆坤、郑金星、丁开忠、冯汉升、沈光、 周挺志、王忠伟、吴杰峰、陶玉明、牛二武。 I DB34/T 1564—2011 超导电缆固体绝缘层帕邢条件直流高电压试验方法 1 范围 本标准规定了超导电缆固体绝缘层帕邢条件直流耐电压试验的试样结构与尺寸选择、试样连接与电 极配置、测试系统、测试步骤、测试结果和测试记录。 本标准适用于超导电缆以及相关配套设备固体绝缘材料（多为树脂、浸渍纤维、薄膜、复合材料等） 在帕邢（Paschen）条件下直流耐电压测试，同样适用于固体绝缘材料的击穿电压、介电强度的测试。 对于其它使用橡胶、陶瓷等材料的绝缘体亦可参考本标准测试上述性能。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2.1 帕邢条件 Paschen condition 绝大多数气体的击穿电压与气体气压以及电极结构之间存在特定的非线性函数关系，可表示为 Ub=f(p·d),其中Ub为击穿电压；p·d为气压与电极间距之间的乘积。当电极结构确定时，随着气压的不 断增加击穿电压呈现先降低再抬升的趋势，把最小击穿电压对应的气压叫做帕邢最小值气压，在此气压 附近进行的测试均被称为帕邢测试。 2.2 击穿电压 Ub breakdown voltage 以匀速或阶梯升压方式对测试件施加直流电压，当测试件绝缘层发生击穿时对应的电压值，一般以 kV表示。 2.3 介电强度 Eb dielectric strength 击穿电压与测试件绝缘层厚度之比，一般以kV/mm表示。 2.4 泄漏电流 Il leakage current 在对测试件施加测试电压时，流经绝缘层的微量电流，一般以 mA 或者 μA 表示。 2.5 绝缘电阻 R insulation resistance 施加在测试件上的直流电压与泄露电流之比，一般以 kΩ 或 MΩ 表示。 1 DB34/T 1564—2011 注：绝缘电阻分为体积电阻与表面电阻，对应超导电缆来说其固体绝缘层完全覆盖高低电位之间，因此测试中的绝 缘电阻多指体积电阻。 3 试样结构与尺寸 试样件按照超导电缆结构和使用工况，可采用直管状、弯管状两种不同形式，其中弯管状试样又可 以分为S形、U形等；试样件可采用含有绝缘层的超导缆或模拟缆制造，也可以采用与超导电缆外层不锈 钢壳具有相同结构尺寸的金属管（壳）作为绝缘层的支撑本体，绝缘层使用超导电缆预先设定好的绝缘 材料与绝缘工艺制造；试样要求绝缘层平整、均一、无裂纹和机械杂质等明显缺陷。 试样形状、尺寸和数量见表 1。 表1 形状 直管 试样形状、尺寸和数量 尺寸 长度不小于 200mm 数量 不少于 5 个 弯曲最小半径不小于 200mm S形管 端部直线段距离不小于 100mm 不少于5个 总长不小于 1000mm 弯曲最小半径不小于 100mm 不少于5个 U形管 端部直线段距离不小于 100mm 4 试样连接与电极配置 4.1 直管状（S 形）试样件连接与电极配置如图 1 所示： 图1 直管状试样件连接与电极配置示意图 1 -测试电极； 2 -待测绝缘层； 3 -高压电极（超导电缆）； 4 -端部密封法兰； 5 -测试容器； D1-待测超导体外径； t -绝缘层厚度； L -有效测试长度（电极长度）。 2 DB34/T 1564—2011 注1：S形超导电缆的试样与测试环境的连接方式与直管状试样基本相同。 注2：测试容器之上必须加装有充气与抽气接口，以及测试电极绝缘出口。 4.2 U 形试样连接与电极配置如图 2 所示： 图2 U 形试样件连接与电极配置示意图 1 -测试容器； 2 -端部密封法兰待； 3 -高压电极（超导电缆）； 4 -测绝缘层； 5 -测试电极； D1-待测超导体外径； t -绝缘层厚度； L1 -有效测试长度（电极长度）； r -弯曲半径。 注：测试容器之上必须加装有充气与抽气接口，以及测试电极绝缘出口。 4.3 电极材料 电极材料宜选用柔软金属薄膜、导电橡胶或者导电涂层，电极应与试样绝缘层表面紧密接触。 5 5.1 测试系统 测试设备基本连接示意图 如图3。 图3 测试原理示意图 3 DB34/T 1564—2011 5.2 测试设备基本装置 包括：直流高电压发生装置、电压采集仪表或装置、电流采集仪表或装置，或含有以上功能的集成 装置，此外测试场地应含有标准接地系统。 5.3 测试设备基本功能 测试设备应满足高电压输出、电压波形设定、输出电压采集与记录、泄露电流采集与记录，此外还 应具备放电、安全警示灯功能。 5.4 测试设备的性能要求 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.4.6 6 电压输出应连续可调，根据被测试样而定最高测试电压；输出纹波系数不高于 0.5％。 漏电流采集功能，在实验过程中能实时监测漏电流值，电流测量绝对精度不得大于 1μA。 应具备软、硬件过流保护功能，保证试样在发生击穿时 0.1 s 内切断电源。（标准接地、屏蔽） 应具备自动接地放电装置，在完成测试或保护时自动释放高压设备和试样上的残余电荷。 连续运行时间不低于 30 min。 所有高电压运行设备与装置的外壳均有接地端子。 测试步骤 6.1 测试件预处理 预处理分为温度循环处理和机械应力处理两种，应根据超导电缆具体的性能要求选取。有特殊要求 的超导电缆可另行规定预处理方法。 a) 温度循环处理：测试件在完成绝缘层制备后，使用直接浸泡液氮后自然回温的方式多次循环实 现 300 K-80 K 温区的温度循环处理，循环次数按照超导电缆实际运行周期中降温和回温次数 而定。 b) 机械应力处理：主要针对弯曲形状的试件，采用机械拉伸或压缩的方式对测试件施加一定的应 力载荷，拉伸或压缩的次数、位移距离、施加力量大小以及实施处理时的温度应根据超导电缆 实际情况而定。 处理完成后应对试样件绝缘层表面清理干净。 6.2 测试环境 6.2.1 测试气体媒质：氦气、氮气、空气等。 6.2.2 使用抽空设备对测试容器抽空至 0.001 Pa 量级后，充入测试气体，气压档位为 0.1 Pa、1 Pa、 10 Pa、100 Pa、1000 Pa、10000 Pa。 6.2.3 气压达到预定值后，容器维持该气压 5 min 后方可进行测试。 6.3 测试电压与升压速度 6.3.1 耐电压测试 在试样上施加连续均匀电压升压至规定的测试电压后维持 5 min，升压速度 100 V/s-500 V/s，记 录下电压稳定后的泄露电流值。 6.3.2 4 对于击穿测试采用逐级升压或连续均匀升压方法 DB34/T 1564—2011 a) b) 7 逐级升压方法： 从 0 kV 开始逐级升压，每一级保持 5 min 平顶时间，升压速度 100 V/s-500 V/s，每一级电压值根据测试件预计击穿电压而定，第一级测试电压为预计击穿电压的 50％， 此后按照预计击穿电压的 10％逐级升压。在升压过程中如果发生击穿则以击穿前一级电压作 为击穿值；如果击穿发生在电压平顶时间，则以该级电压作为击穿电压。 连续升压方法： 即对测试件施加连续均匀上升电压，直至绝缘层击穿，升压速度 100 V/s-500 V/s，击穿电压即为绝缘发生击穿时设备对应最高测试电压值。 测试数据处理 7.1 泄露电流随着测试电压变化关系：泄漏电流-测试电压对应不同的测试气压值的变化趋势曲线。 7.2 绝缘层介电强度：通过击穿电压与绝缘层厚度之比计算出绝缘层介电强度（只用于击穿测试）。 7.3 绝缘层绝缘电阻值：通过最高测试电压与所对应的泄漏电流比值得出绝缘电阻值（只用于非击穿 测试）。 7.4 实验数据也可以得出测试气压、处理方式等与耐电压（或击穿电压）的关系，这些特殊数据处理 方式视具体要求而定。 8 测试报告 测试报告包含以下内容： a) 超导电缆测试件的型号、名称、规格。 b) 绝缘制造厂家名称、制造工艺、制造日期。 c) 测试件形状、尺寸和数量。 d) 测试件预处理方法。 e) 测试环境、测试气体媒质、升压方式与速率。 f) 测试设备名称、厂家、规格。 g) 测试时间、参与测试人员、测试数据、计算与分析结果。 _________________________________ 5