⚡ BS EN 60243 是英国标准协会(BSI)采用并等同实施欧洲标准 EN 60243(源自 IEC 60243)的绝缘材料电气强度(electric strength)试验方法标准系列。电气强度是固体绝缘材料最重要的电气性能指标之一,表征材料在电场作用下抵抗击穿的能力,直接影响电气设备的设计绝缘水平与安全裕度。本系列系统规定在工频(power frequency)、直流(direct voltage)以及 1,2/50 µs 雷电冲击电压三种典型电压形式下的试验方法,是电机、变压器、电缆、电容器及各类电工绝缘件设计、选材与质量检验的共同依据。英国参与制定由技术委员会 GEL/112(电气绝缘材料与系统的评定与鉴定)负责,ICS 分类号为 17.220.99 与 29.035.01。
💡 电气强度并非材料固有常数,而与试样厚度、电压形式、升压速率、电极形状及环境条件密切相关。因此,统一、标准的试验方法是可比性与可重复性的前提。
一、系列概述与适用范围 📌
本批次英国标准覆盖三个分部,分别针对不同电压形式:
| 标准号 | 分部内容 | 对应 IEC 标准 |
| BS EN 60243-1:2013 | 第 1 部分:工频试验 | IEC 60243-1:2013 |
| BS EN 60243-2:2014 | 第 2 部分:直流电压试验的附加要求 | IEC 60243-2:2013 |
| BS EN 60243-3:2014 | 第 3 部分:1,2/50 µs 冲击试验的附加要求 | IEC 60243-3:2013 |
第 1 部分为通用基础方法,第 2、3 部分在第 1 部分基础上补充直流与冲击电压下的特殊要求。三个分部均取代了各自对应的早期版本(如 BS EN 60243-1:1998、BS EN 60243-2:2001、BS EN 60243-3:2002)。
⚠️ 电气强度试验属于破坏性高压试验,试验过程中试样可能发生击穿、闪络甚至燃烧。试验必须在具备安全防护、接地与联锁的高压试验装置上进行,并严格遵守安全操作规程。
二、试验原理与术语 📐
电气强度(电介质强度)试验是将试样置于两电极之间,按规定的电压形式与升压方式逐步升高电压,直至试样发生击穿(breakdown),记录此时的电压值。击穿电压与试样厚度的比值即为电气强度(kV/mm)。
- 击穿:电极间介质在电场作用下失去绝缘性能,形成导电通道;
- 闪络:沿试样表面或边缘发生的放电,可能导致测量值偏低;
- 局部放电:击穿前可能出现的局部微放电,需与整体击穿区分。
标准规定了多种电极型式(平板电极、球形电极、圆柱电极等)与试样状态(如厚度、预处理),不同电极与试样组合用于考核材料在不同电场分布下的性能。
三、工频试验方法(第 1 部分)🔌
BS EN 60243-1 是系列的基础,规定工频(通常 50 Hz 或 60 Hz)下的试验:
- 电极系统:规定平板—平板、球形—平板、圆柱—平板等典型电极配置及对应试样尺寸;
- 升压方式:规定连续升压或按步进升压,并给出常用升压速率;
- 试样准备:厚度、形状、预处理(如干燥、浸水、温度平衡)要求;
- 结果处理:规定击穿电压、电气强度的计算方法与统计处理(如取中位数或平均值)。
💡 工频试验是最贴近交流设备实际运行工况的方法。由于工频电压下介质损耗发热效应显著,试验结果通常低于直流与冲击电压下的数值,因此设计交流绝缘时一般以工频电气强度为依据并留有安全裕度。
四、直流与冲击电压附加要求(第 2、3 部分)⚡
第 2、3 部分在第 1 部分基础上,针对直流与冲击电压下的特殊现象作出补充规定:
- 直流电压试验(第 2 部分):考虑直流电场下的空间电荷效应、极性效应及介质吸收现象,规定直流电压升压程序、极性选择与测量要求;
- 1,2/50 µs 冲击电压试验(第 3 部分):采用标准雷电冲击波形(波前时间 1.2 µs、半峰值时间 50 µs),规定冲击电压发生器、波形校验、冲击次数与极性要求,用于考核绝缘材料耐受瞬态过电压的能力。
冲击电压试验用于模拟雷电过电压或操作过电压对绝缘的冲击作用,对高压设备与户外绝缘尤为重要。标准对冲击波形的容差、测量系统及结果判定作出明确规定。
🚨 高压试验中必须防止”边缘闪络误判为击穿”。试样厚度与电极尺寸应使击穿发生在试样内部而非沿面闪络;若发生闪络,需调整电极配置或增大试样尺寸后重试。
五、试验控制与工程应用 🛠️
- 🔍 试样处理:严格按标准进行厚度测量、预处理与环境条件控制,试样含水率对结果影响显著。
- 🔧 装置校验:高压试验装置、分压器与测量系统应定期校验,保证电压测量准确度。
- 📊 数据统计:电气强度数据具有分散性,应按规定数量试样并采用适当统计方法(如中位数、Weibull 分析)评定。
- 📋 选材应用:电机槽绝缘、变压器匝间绝缘、电缆绝缘等均以电气强度作为关键选材指标,同时结合热、机械与环境老化性能综合评定。
六、常见问题解答 ❓
❓ 问:BS EN 60243 三个分部有何关系?
答:第 1 部分为通用工频试验基础方法;第 2、3 部分分别针对直流电压与 1,2/50 µs 冲击电压作附加规定,且应结合第 1 部分使用。
❓ 问:电气强度是材料常数吗?
答:不是。电气强度随试样厚度、电压形式、升压速率、电极形状、温度与湿度等变化,因此必须按标准方法测定并在报告中注明试验条件。
❓ 问:为什么工频试验结果通常低于直流?
答:工频电压下介质损耗引起的发热及电场分布变化更显著,易于引发热击穿,因此测得的工频电气强度通常低于直流与冲击电压下的数值。
🔍 问:冲击电压试验模拟什么工况?
答:模拟雷电过电压与操作过电压等瞬态过电压,波形为 1,2/50 µs 标准雷电冲击,用于考核绝缘耐受瞬态过电压而不击穿的能力。
❓ 问:试验中如何区分击穿与闪络?
答:击穿发生在试样内部,通常伴随电压骤降与电流剧增;闪络发生在试样表面或边缘,多因电场集中引起。可通过增大试样尺寸或调整电极配置来避免闪络干扰。