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照明電器中漏電起痕指數的測定方法
日期：2024-08-23 02:50
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摘要：1、漏電起痕試驗中的定義
絕緣材料在戶外及嚴酷環境中往往受到鹽露、水分、灰塵等污穢物的污染，在表面形成電解質，在電場作用下，材料表面出現一種特殊放電破壞現象。在材料表面導電通路的逐步形成過程稱為漏電起痕。
IEC60112: 2003 中規定：五個測試樣品能經受 50滴試驗溶液的試驗過程而不產生漏電起痕失效（見圖1）及持續火焰（見圖 2）的以伏特為單位的*大電壓值稱為相比漏電起痕指數 CTI，還包括對材料在進行 100 滴的試驗時所顯現的特性有關說明；五個測試樣品能經受 50 滴的試驗過程而不產生漏電起痕失效及持續火焰的以伏特為單...
1、漏電起痕試驗中的定義
絕緣材料在戶外及嚴酷環境中往往受到鹽露、水分、灰塵等污穢物的污染，在表面形成電解質，在電場作用下，材料表面出現一種特殊放電破壞現象。在材料表面導電通路的逐步形成過程稱為漏電起痕。
IEC60112: 2003 中規定：五個測試樣品能經受 50滴試驗溶液的試驗過程而不產生漏電起痕失效（見圖1）及持續火焰（見圖 2）的以伏特為單位的*大電壓值稱為相比漏電起痕指數 CTI，還包括對材料在進行 100 滴的試驗時所顯現的特性有關說明；五個測試樣品能經受 50 滴的試驗過程而不產生漏電起痕失效及持續火焰的以伏特為單位的測試電壓值稱為耐漏電起痕指數PT。測定某一材料的 CTI，一般是指通過不斷的提高試驗電壓，直到出現漏電起痕為止，對于 CTI 值對應所施加的*高電壓值，材料不具有大于標注值的實力；而 PTI 是指定一個測試電壓，只表示在該電壓下是否能承受住試驗，照明電器中通常進行PTI 175試驗。
2 、漏電起痕產生的原因
在絕緣材料表面的漏電起痕除與材料表面的潤濕狀態和污染程度有關外，還隨絕緣材料表面電場的強弱、表面電流的大小和由它們所引發的放電狀況而變化。造成漏電起痕的是表面電流和火花放電。因此漏電起痕分為二種：一種是在低于固體表面大氣*低擊穿電壓下發生的，主要由污穢物引起的電導電流造成，一般不伴隨氣體放電；另一種是因絕緣材料表面導電通道時斷時續引起的火花放電，進而形成碳化物的堆積和蔓延。
絕緣材料漏電起痕的發展決定于材料表面游離碳的生成與堆積。火花放電有去除游離碳的作用，因此漏電起痕形成過程實際上是材料表面碳的生成聚集和去除的動態平衡過程。除了和絕緣材料表面電場強弱、電流大小、放電狀況、表面污染程度和潤濕狀態有關以外，更重要的是和材料本身結構的組成有關。絕緣材料中*弱的鍵，在表面放電產生的高溫作用下斷裂，產生揮發性副產物，**下的殘余物中含有不飽和共軛雙鍵或形成穩定的不飽和或芳香自由基。這些自由基會重偶合形成與石墨類似的導電結構而使材料更易于發展漏電起痕。
3 、漏電起痕試驗中的注意事項
3.1 試驗樣品及預處理
由于標準要求試樣表面應清潔，沒有灰塵、臟物、指印、油脂、油、脫模劑或其他有可能影響試驗結果的污染物。在清潔試樣時應注意避免引起材料的溶脹、軟化、實質性擦傷或其他損傷。因此必須對試驗樣品表面進行清潔，通常采用酒精棉，即能清潔油脂，又可自行揮發，較為理想。
同時為了使得在試驗時液體不會從試樣邊緣流出，導致電應力和電解雜質聯合作用時間縮短, 尺寸*好是不小于 15 mm×15 mm 的平整表面（GB7000.1-2007中的*小尺寸，IEC60112: 2003 推薦*小尺寸為20 mm×20 mm），試驗時我們*后選擇在試驗樣品的中心部位進行。而為了防止由于散熱過快導致試驗結果受影響，試樣厚度應≥3mm（可以將單件材料疊加以達到*少 3 mm 的要求）。
標準規定：除非另有規定，應將試驗樣品放置在溫度為（23±5）℃、相對濕度為（50±10）%RH 的大氣環境下至少 24 h，這個預處理過程可以在恒溫恒濕試驗箱中進行。
3.2 試驗溶液
標準規定了兩種溶液：
溶液 A：用電導率不大于 1 mS/m 的去離子水溶解質量分數為 0.1％、純度不低于 99.8%的氯化銨(NH4Cl），其溶液在（23±1）℃時的電阻率是（3.95±0.05） m；
溶液 B: 用電導率不大于1mS/m的去離子水溶解質量分數為 0.1％、純度不低于 99.8%的 NH4Cl 和質量分數為（0.5±0.002）％的烷基萘一磺酸鈉鹽，其溶液在（23±1）℃時的電阻率是（1.98±0.05） m。
由于電阻率的倒數為電導率，溶液中通常通過測定溶液的電導率來確定電阻率。電導率的單位為西門子每米（S/m），由于單位較大，常采用毫西門子每米（mS/m）。電導率的大小與電解質在水中的離解度及離子的遷移速度有密切的關系，而離解度及遷移速度又與溶液的溫度有關。溫度升高，溶液的電導率增加，反之，則電導率減小。為了克服溫度的影響，使不同溶液在不同溫度下的電導率具有可比性，在測定電導率時，通常取標準溫度為 25℃。當溶液溫度不為 25℃時，就進行溫度補償，補償至 25℃時的電導率。
通過公式可以看出，溶液的電導率在（23±1）℃測量時，加入了溫度補償值，補償至 25℃時的電導率。
由于當前試驗的環境溫度為標準規定（23±5）℃和測試溶液的電導率溫度（23±1）℃不一致，為了減小溫度對*終結果的影響，*好在（23±1）℃下進行試驗。
另外由于 NH4Cl 容易吸潮會改變溶液內部的溶質和溶劑的比例，試驗溶液的電導率必然發生變化，*終影響到試驗結果，因此需要避免。
NH4Cl 固體粉末由于具有較強的吸潮性，通常應在通風、干燥環境下保存。如果有必要，可以在配置溶液前，對 NH4Cl 在干燥箱中進行干燥處理。
測量電導率用的電導率儀由于電導電極上的鉑黑會發生鍍層脫落、褪色和惰性現象，使得溶液的電導率測出的數據產生誤差，所以需要定期用氯化鉀標準溶液校正電導電極常數。
溶液 A 和 B 中均采用了去離子水作為稀釋液，這是因為去離子水完全或不完全地去除了水中的離子雜質，能滿足標準規定電導率<1 mS/m 的要求。
通常使用溶液 A，如果需要做更強的侵蝕性試驗，推薦使用溶液 B，并且檢驗報告中 CTI 和 PTI 值后面加字母“M”表述。溶液的電導率應在交流電壓為1~2 kHz 頻率下測量，測量方法在 IEC60598 中規定（新版標準 IEC60112∶2009 刪除了這句話）。
3.3 試驗設備
3.3.1 電極
標準規定兩個鉑金電極（見圖3）矩形截面為：(5±0.1) mm× (2±0.1) mm，電極一端邊緣切成（30±2）°的斜面，斜面的刃稍微磨圓以產生 0.01~0.1mm寬的較平整表面，上述尺寸數據均可在帶校準目鏡的顯微鏡上進行校核；電極應對稱放置于垂直平面，電極之間的總角度是（60±5）°，相對地兩個電極在試驗樣品的水平表面上基本成垂直，兩個電極間隔應為（4.0±0.1）mm，可以用圖 4 所示的量規進行檢驗；每個電極施加于試樣表面的力應是（1.0 士 0.05）N，通常可以使用電子天平校準電極作用力，在支撐面上放置電子天平，在保證兩電極間距為 (4.0±0.1) mm 的前提下，使每個電極在天平上的作用力等效質量在 96.94~107.14 g 內，見圖 5 所示。
試驗中由于樣品的軟化或蝕損，電極會發生移動，電極**會陷入至樣品內部（見圖 6 所示），從而導致兩電極距離的改變，通常這種情況隨著試驗的進行，必然會一步步加深，這應該是試驗過程中的正常現象。
試驗結束后，應及時使用具有溶解能力的試劑對電極進行清理，然后用去離子水沖洗，如果有必要，應重新確認電極的尺寸及位置。
3.3.2 試驗電路
施加在電極上的電壓是在100~600 V 變化的基本正弦波的電壓，其頻率在 48~62Hz。電壓測量裝置應能指示真有效值且*大誤差應為 1.5%。電源功率應不小于0.6kVA，且輸入電壓應足夠穩定。試驗電路的原理圖如圖 7 所示：
可變電阻應能調節電極間短路電流到（1.0±0.1）A，且在此電流下，電壓表指示電壓跌落值應<10%。如果有需要，在不同的實驗電壓下，需要分別調節圖 7 中的可變電阻來實現電壓在電極間短路電流到 1.0 A 時跌落不超過 10%。用于測量短路電流值的儀器*大誤差應為±3%。試驗設備的輸入電壓應足夠的穩定。過電流繼電器應在 0.5 A（相對公差±10%）有效值的電流持續 2 s（相對公差±10%）時動作。過電流繼電器是電子控制裝置，動作電流的大小及時間與其自身的特性有關，可以用示波器等設備進行確認。
3.3.3 滴液裝置
標準中規定：溶液滴落的時間間隔（30±5）s；50滴液滴在樣品上時間應為（24.5±2）min。前一種時間間隔下，50 滴液滴的總時間為 20.8~42.0min，和后者有較大出入。液滴從 30~40 mm 的高度滴到兩電極間試驗樣品表面的中間。為了減小這些不確定因素對試驗結果的影響，通常情況下我們分別取 30s 和 35mm。
標準中推薦溶液A使用外徑 0.9~1.2mm的皮下注射針頭作為滴液裝置，外徑大小取決于滴液裝置。由于通常的試驗設備都是通過重力和針頭大小來控制液滴的重量，實際試驗中為了滿足液滴質量要求，針頭形狀可以通過手工拋磨，而試驗中 50 滴液滴也會因為重力的原因使得每一滴液滴的重量有所不同，因此標準中給出了兩種液滴大小的表述：連續 50 滴液滴應在0.997~1.147 g 和連續 20 滴液滴質量應在 0.380~0.480g，兩種表述均為統計值，而沒有對單一液滴進行規定，因此在試驗中，只要液滴的統計值能滿足標準要求，就沒必要對針頭大小和重力裝置做出定量的評價。對于溶液B，IEC60112∶2003推薦使用外徑為0.9~3.45mm的針管。
3.3.4 試驗樣品臺
IEC60112∶2003 中規定：試驗時用總厚度不小于4 mm 且尺寸適宜的玻璃板或其他平板支撐試樣樣品。
為了便于清潔平臺，可將顯微鏡載玻片放置于試驗樣品臺和試驗樣品之間。試樣中，我們通常在玻璃下面纏繞一層透明膠帶防止玻璃在試驗中可能破損為細小的顆粒難以清掃。
4 漏電起痕指數值的測定
IEC60112: 2003 中規定：試驗持續到以下一種情況發生：①過電流裝置動作；②產生持續的火焰；③第 50 滴液滴滴到樣品至少 25 s后，未發生①和②的情況。
漏電起痕失效（見圖 1）必然使得過電流裝置動作和持續火焰（見圖 2），即①、②兩種情況的出現，則認為該試驗電壓下 PTI 不通過；③情況則表示該試驗電壓下 PTI 通過。如果試驗過程中有火焰產生但不持續，則以過電流裝置是否動作作為PTI 175 是否通過的標準，但是如果過電流裝置由于空氣電弧而動作，不被認為是漏電起痕失效，這種情況需要重新進行試驗。
如果材料是各向異性的，應在垂直于材料的各方向進行試驗。
5 結語
漏電起痕指數是燈具**試驗中的重要指標，隨著發光二極管（LED）道路與街路照明燈具的普及，準確反應材料的真實特性，有助于對燈具整體性能做出更**的評判，對 LED 道路與街路照明燈具的發展具有重要的指導意義。
絕緣材料在戶外及嚴酷環境中往往受到鹽露、水分、灰塵等污穢物的污染，在表面形成電解質，在電場作用下，材料表面出現一種特殊放電破壞現象。在材料表面導電通路的逐步形成過程稱為漏電起痕。
IEC60112: 2003 中規定：五個測試樣品能經受 50滴試驗溶液的試驗過程而不產生漏電起痕失效（見圖1）及持續火焰（見圖 2）的以伏特為單位的*大電壓值稱為相比漏電起痕指數 CTI，還包括對材料在進行 100 滴的試驗時所顯現的特性有關說明；五個測試樣品能經受 50 滴的試驗過程而不產生漏電起痕失效及持續火焰的以伏特為單位的測試電壓值稱為耐漏電起痕指數PT。測定某一材料的 CTI，一般是指通過不斷的提高試驗電壓，直到出現漏電起痕為止，對于 CTI 值對應所施加的*高電壓值，材料不具有大于標注值的實力；而 PTI 是指定一個測試電壓，只表示在該電壓下是否能承受住試驗，照明電器中通常進行PTI 175試驗。
2 、漏電起痕產生的原因
在絕緣材料表面的漏電起痕除與材料表面的潤濕狀態和污染程度有關外，還隨絕緣材料表面電場的強弱、表面電流的大小和由它們所引發的放電狀況而變化。造成漏電起痕的是表面電流和火花放電。因此漏電起痕分為二種：一種是在低于固體表面大氣*低擊穿電壓下發生的，主要由污穢物引起的電導電流造成，一般不伴隨氣體放電；另一種是因絕緣材料表面導電通道時斷時續引起的火花放電，進而形成碳化物的堆積和蔓延。
絕緣材料漏電起痕的發展決定于材料表面游離碳的生成與堆積。火花放電有去除游離碳的作用，因此漏電起痕形成過程實際上是材料表面碳的生成聚集和去除的動態平衡過程。除了和絕緣材料表面電場強弱、電流大小、放電狀況、表面污染程度和潤濕狀態有關以外，更重要的是和材料本身結構的組成有關。絕緣材料中*弱的鍵，在表面放電產生的高溫作用下斷裂，產生揮發性副產物，**下的殘余物中含有不飽和共軛雙鍵或形成穩定的不飽和或芳香自由基。這些自由基會重偶合形成與石墨類似的導電結構而使材料更易于發展漏電起痕。
3 、漏電起痕試驗中的注意事項
3.1 試驗樣品及預處理
由于標準要求試樣表面應清潔，沒有灰塵、臟物、指印、油脂、油、脫模劑或其他有可能影響試驗結果的污染物。在清潔試樣時應注意避免引起材料的溶脹、軟化、實質性擦傷或其他損傷。因此必須對試驗樣品表面進行清潔，通常采用酒精棉，即能清潔油脂，又可自行揮發，較為理想。
同時為了使得在試驗時液體不會從試樣邊緣流出，導致電應力和電解雜質聯合作用時間縮短, 尺寸*好是不小于 15 mm×15 mm 的平整表面（GB7000.1-2007中的*小尺寸，IEC60112: 2003 推薦*小尺寸為20 mm×20 mm），試驗時我們*后選擇在試驗樣品的中心部位進行。而為了防止由于散熱過快導致試驗結果受影響，試樣厚度應≥3mm（可以將單件材料疊加以達到*少 3 mm 的要求）。
標準規定：除非另有規定，應將試驗樣品放置在溫度為（23±5）℃、相對濕度為（50±10）%RH 的大氣環境下至少 24 h，這個預處理過程可以在恒溫恒濕試驗箱中進行。
3.2 試驗溶液
標準規定了兩種溶液：
溶液 A：用電導率不大于 1 mS/m 的去離子水溶解質量分數為 0.1％、純度不低于 99.8%的氯化銨(NH4Cl），其溶液在（23±1）℃時的電阻率是（3.95±0.05） m；
溶液 B: 用電導率不大于1mS/m的去離子水溶解質量分數為 0.1％、純度不低于 99.8%的 NH4Cl 和質量分數為（0.5±0.002）％的烷基萘一磺酸鈉鹽，其溶液在（23±1）℃時的電阻率是（1.98±0.05） m。
由于電阻率的倒數為電導率，溶液中通常通過測定溶液的電導率來確定電阻率。電導率的單位為西門子每米（S/m），由于單位較大，常采用毫西門子每米（mS/m）。電導率的大小與電解質在水中的離解度及離子的遷移速度有密切的關系，而離解度及遷移速度又與溶液的溫度有關。溫度升高，溶液的電導率增加，反之，則電導率減小。為了克服溫度的影響，使不同溶液在不同溫度下的電導率具有可比性，在測定電導率時，通常取標準溫度為 25℃。當溶液溫度不為 25℃時，就進行溫度補償，補償至 25℃時的電導率。
通過公式可以看出，溶液的電導率在（23±1）℃測量時，加入了溫度補償值，補償至 25℃時的電導率。
由于當前試驗的環境溫度為標準規定（23±5）℃和測試溶液的電導率溫度（23±1）℃不一致，為了減小溫度對*終結果的影響，*好在（23±1）℃下進行試驗。
另外由于 NH4Cl 容易吸潮會改變溶液內部的溶質和溶劑的比例，試驗溶液的電導率必然發生變化，*終影響到試驗結果，因此需要避免。
NH4Cl 固體粉末由于具有較強的吸潮性，通常應在通風、干燥環境下保存。如果有必要，可以在配置溶液前，對 NH4Cl 在干燥箱中進行干燥處理。
測量電導率用的電導率儀由于電導電極上的鉑黑會發生鍍層脫落、褪色和惰性現象，使得溶液的電導率測出的數據產生誤差，所以需要定期用氯化鉀標準溶液校正電導電極常數。
溶液 A 和 B 中均采用了去離子水作為稀釋液，這是因為去離子水完全或不完全地去除了水中的離子雜質，能滿足標準規定電導率<1 mS/m 的要求。
通常使用溶液 A，如果需要做更強的侵蝕性試驗，推薦使用溶液 B，并且檢驗報告中 CTI 和 PTI 值后面加字母“M”表述。溶液的電導率應在交流電壓為1~2 kHz 頻率下測量，測量方法在 IEC60598 中規定（新版標準 IEC60112∶2009 刪除了這句話）。
3.3 試驗設備
3.3.1 電極
標準規定兩個鉑金電極（見圖3）矩形截面為：(5±0.1) mm× (2±0.1) mm，電極一端邊緣切成（30±2）°的斜面，斜面的刃稍微磨圓以產生 0.01~0.1mm寬的較平整表面，上述尺寸數據均可在帶校準目鏡的顯微鏡上進行校核；電極應對稱放置于垂直平面，電極之間的總角度是（60±5）°，相對地兩個電極在試驗樣品的水平表面上基本成垂直，兩個電極間隔應為（4.0±0.1）mm，可以用圖 4 所示的量規進行檢驗；每個電極施加于試樣表面的力應是（1.0 士 0.05）N，通常可以使用電子天平校準電極作用力，在支撐面上放置電子天平，在保證兩電極間距為 (4.0±0.1) mm 的前提下，使每個電極在天平上的作用力等效質量在 96.94~107.14 g 內，見圖 5 所示。
試驗中由于樣品的軟化或蝕損，電極會發生移動，電極**會陷入至樣品內部（見圖 6 所示），從而導致兩電極距離的改變，通常這種情況隨著試驗的進行，必然會一步步加深，這應該是試驗過程中的正常現象。
試驗結束后，應及時使用具有溶解能力的試劑對電極進行清理，然后用去離子水沖洗，如果有必要，應重新確認電極的尺寸及位置。
3.3.2 試驗電路
施加在電極上的電壓是在100~600 V 變化的基本正弦波的電壓，其頻率在 48~62Hz。電壓測量裝置應能指示真有效值且*大誤差應為 1.5%。電源功率應不小于0.6kVA，且輸入電壓應足夠穩定。試驗電路的原理圖如圖 7 所示：
可變電阻應能調節電極間短路電流到（1.0±0.1）A，且在此電流下，電壓表指示電壓跌落值應<10%。如果有需要，在不同的實驗電壓下，需要分別調節圖 7 中的可變電阻來實現電壓在電極間短路電流到 1.0 A 時跌落不超過 10%。用于測量短路電流值的儀器*大誤差應為±3%。試驗設備的輸入電壓應足夠的穩定。過電流繼電器應在 0.5 A（相對公差±10%）有效值的電流持續 2 s（相對公差±10%）時動作。過電流繼電器是電子控制裝置，動作電流的大小及時間與其自身的特性有關，可以用示波器等設備進行確認。
3.3.3 滴液裝置
標準中規定：溶液滴落的時間間隔（30±5）s；50滴液滴在樣品上時間應為（24.5±2）min。前一種時間間隔下，50 滴液滴的總時間為 20.8~42.0min，和后者有較大出入。液滴從 30~40 mm 的高度滴到兩電極間試驗樣品表面的中間。為了減小這些不確定因素對試驗結果的影響，通常情況下我們分別取 30s 和 35mm。
標準中推薦溶液A使用外徑 0.9~1.2mm的皮下注射針頭作為滴液裝置，外徑大小取決于滴液裝置。由于通常的試驗設備都是通過重力和針頭大小來控制液滴的重量，實際試驗中為了滿足液滴質量要求，針頭形狀可以通過手工拋磨，而試驗中 50 滴液滴也會因為重力的原因使得每一滴液滴的重量有所不同，因此標準中給出了兩種液滴大小的表述：連續 50 滴液滴應在0.997~1.147 g 和連續 20 滴液滴質量應在 0.380~0.480g，兩種表述均為統計值，而沒有對單一液滴進行規定，因此在試驗中，只要液滴的統計值能滿足標準要求，就沒必要對針頭大小和重力裝置做出定量的評價。對于溶液B，IEC60112∶2003推薦使用外徑為0.9~3.45mm的針管。
3.3.4 試驗樣品臺
IEC60112∶2003 中規定：試驗時用總厚度不小于4 mm 且尺寸適宜的玻璃板或其他平板支撐試樣樣品。
為了便于清潔平臺，可將顯微鏡載玻片放置于試驗樣品臺和試驗樣品之間。試樣中，我們通常在玻璃下面纏繞一層透明膠帶防止玻璃在試驗中可能破損為細小的顆粒難以清掃。
4 漏電起痕指數值的測定
IEC60112: 2003 中規定：試驗持續到以下一種情況發生：①過電流裝置動作；②產生持續的火焰；③第 50 滴液滴滴到樣品至少 25 s后，未發生①和②的情況。
漏電起痕失效（見圖 1）必然使得過電流裝置動作和持續火焰（見圖 2），即①、②兩種情況的出現，則認為該試驗電壓下 PTI 不通過；③情況則表示該試驗電壓下 PTI 通過。如果試驗過程中有火焰產生但不持續，則以過電流裝置是否動作作為PTI 175 是否通過的標準，但是如果過電流裝置由于空氣電弧而動作，不被認為是漏電起痕失效，這種情況需要重新進行試驗。
如果材料是各向異性的，應在垂直于材料的各方向進行試驗。
5 結語
漏電起痕指數是燈具**試驗中的重要指標，隨著發光二極管（LED）道路與街路照明燈具的普及，準確反應材料的真實特性，有助于對燈具整體性能做出更**的評判，對 LED 道路與街路照明燈具的發展具有重要的指導意義。
