球压试验的一些讨探

马利勇甘长英吴红波何丽薇谢恩利

摘要：球压试验是国际电工委员会推荐的一种考核电工设备中除陶瓷以外的固体绝缘材料耐热性能的方法，以保证绝缘材料部件在高温情况下有足够的支撑强度。由于球压试验在电气领域中对绝缘材料的性能的重要性，以及操作过程的复杂及严格性，经常被用来作为实验室的能力比对项目。下面来谈一谈本人对此项试验的一些理解。

关键词：球压试验；球压；探讨；技巧；比对

导言：

我们进行试验的依据的标准为：IEC60695-10-2Edition3.0:2014。先来梳理一下球压试验所用到的设备：烘箱、球压试验装置（包括负载装置与试验样品支座）、显微镜等光学测量仪器、温度测量仪、秒表等，试验之前确保这些设备经过计量或校准，并且在有效期之内。

1结合标准与实际，谈一谈球压试验主要设备的具体要求：

1.1烘箱：在IEC60695-10-2Edition3.0:20145.3节中，指出烘箱应是单室的。关于温差、温度波动、温度变化，应符合GB/T11026.4《电气绝缘材料耐热性第4部分：老化烘箱单室烘箱》（IEC60216-4-1,Electricalinsulatingmaterials–Thermalenduranceproperties−Part4-1:Ageingovens–Single-chamberovens，IDT）。而在CTL决议DSH0391D中，指出球压试验不能作为老化试验，因此不能要求烘箱是强制通风的。带或不带强迫空气循环都行，只需满足加热箱的一些其它的要求。标准中指出，放置测试样品时，烘箱门开启时间不能超过30s。我们考察设备时可取极限值，开启箱门30s，观察5min内烘箱内样品周围空气的温度及试验样品支座的温度是否恢复到指定的温度（2℃），并且在温度上升的过程中，不应出现温度超过指定温度5℃。另外，在烘箱使用过程中、在烘箱门的开启或关闭过程中，球压试验装置都不应装有振动、晃动等影响压痕的现象发生。

1.2测温装置：由于烘箱体积较大，各处的温度可能存在不一致，烘箱上指示的温度并不能十分准确的反应测试样品的温度。而测试样品的实际温度对于我们试验结果起着至关重要的影响，所以我们获取一个比较准确的试验样品的温度是十分必要的。如何获取试验样品的温度呢?我们可以通过温度测量装置测量箱内样品周围空气的温度及试验样品支座的温度来得到。标准中要求使用精度为2K（<100℃）或3K（≥100℃）温度测量装置，最好采用K型或J型的热电偶。①在标准5.2节的备注中，试验样品支座表面下方大约3mm的中心处插入热电偶，以此来测量试验样品支座的温度；②在标准8.2中要求在距试验样品中心50mm的地方放置热电偶。以上①②均应达到指定的温度（2℃）。比如试验中要求温度为150℃，第一个热电偶插入试验样品支座下方3mm小孔内，稳定后温度为：149.5℃；第二个热电偶放置在试验样品支座和烘箱后壁之间，大约离试验样品支座上表面中心50mm左右，稳定后温度为：149.6℃。符合要求。

1.3球压试验装置（包括负载装置与试验样品支座）:

负载装置应由一个直径为5mm0.05mm的压力球(符合ISO3290-1标准的滚动轴承成品钢球)和一个砝码系统组成，该钢球安装在砝码系统上，其设计目的是使压力球能产生20N0.2N垂直向下力。试验前,我们应先检测一下压力钢球表面是否光滑，是否为完整的球形，是否有损伤、缺陷等，这将对压痕的大小造成影响；如果是完好的，我们还应使用游标卡尺或千分尺等来测量一下压力球的直径，确保在标准要求的范围内。对于整个负载装置，我们可用较为精密的测重装置进行测量，确保压力球能产生标准规定范围内的压力。

试验样品支座：在IEC60695-10-2Edition3.0:2014中，对试验样品支座有以下几点要求：a）钢性的、表面水平，b）足够的支撑力来支撑载荷c）有一个光滑的表面（支撑面），d）支撑件应有足够大的质量，以免放置或移出试品时有显著的温度降低。在标准中并没有对试验样品支座的体积和质量有明确的要求，但在CTL决议DSH0391C中要求：试验样品支座一般是一个实心钢制的圆柱体，其直径≥50mm，其高度≥100mm；或等效体积和质量的钢块。比如一个直径和高度分别为50mm、100mm的钢制实心圆柱体，如果其材质为铸钢（密度为7.8g/cm3），计算质量为1.53kg；如果其材质为碳素钢（密度为7.85g/cm3），计算质量为1.54kg。在今年的IFM组织的球压试验的结果表明，试验样品支座的质量对最终压痕有细微影响，支座质量小的样品压痕直径在某些温度下有可能小于支座质量大的样品压痕直径。个人觉得统一试验样品支座的质量，会有助于提高各试验室试验结果的一致性。如在试验前，我们检查样品支座为钢制实心圆柱体，有足够的支撑力，表面光滑，用游标卡尺测得直径≥50mm、高度≥100mm，测得质量为1.6kg。为了验证支座表面的水平，我们在支座表面两个相互垂直的方向上分别放置水平仪来进行观察。比如从左到右，样品支座表面是水平的；从前往右，样品支座表面是水平的。符合标准及CTL决议的要求。如未达标，应更换装置，重新进行检查。

在我们进行试验之前，球压试验装置应在烘箱试验温度下预热至少3小时。

关于球压装置的一些设想。国内球压装置有很多种，比如有的是最基本的圆柱体支座配负载装置，有的在圆柱体支座旁配制一对U型卡槽、或在支座表面安装四个小圆柱体防止负载装置水平方向上的晃动，有的在支座底部用三个螺栓来调节支座表面的水平等等；也都能满足标准及CTL决议的要求。但是在将样品放置到支座表面，然后将负载装置放置到样品上的过程中，即使富有经验的技术人员也难以保证做到负载装置的绝对不移动和不晃动。因此我设想是否能设计一种自动装置来实现使负载装置平稳下隆，然后使压力球垂直向下作用到试验样品上，以避免人为操作带来的冲击和晃动。当然使用这种装置的合理性有待考证，如何设计及设计装置的可行性有待研究。

光学测量装置:标准中要求光学测量装置至少有10倍的光学放大倍数，并与经过校准的的网络或十字叉丝线的测量台一起使用，其分辨率不超过0.1mm，有一个照明装置来照亮实施过压力球的试品表面。

2试验过程中一些特别需要注意的地方：

2.1关于样品的处理：如果可能，从产品（成品）上切割样品的方式是，上下表面大致平行，厚度至少为2.5mm，如必要，只要没有明显的移动，可用叠加两个或更多部件来获得这个厚度。如果无法切割出有平行表面的试验样品，注意支撑接受压力球作用的试验样品的表面积。试验样品应是边长最小为10mm的方形平面或是直径最小为10mm的圆形平面。如果从产品上取得试验样品不可行，则用一片同样的材料作为试验样品。材料片的厚度为3.0mm0.5mm，应有边长最小为10mm的方形平面或是直径最小为10mm的圆形平面。标准的备注中指出，对产品的试样一般要有3个，对材料的试样一般要15个。对标准中方法A(即试品为产品)的试验结果如果存在争论，在另外两个样品上再次测试，两次测试的结果都应符合标准要求。

图1球压直径d测量的例子

2.2样品的放置与取出：假设试验设备都是理想的状态下，试验产生差异的一个重要原因就是开启和关闭烘箱门、放置和取出试验样品、放置和移除压力球的过程。我们开启和关闭烘箱门时，要平稳的使力，避免烘箱振动而影响压痕。放置和取出样品时，要迅速、准确、轻拿轻放，避免试品受到冲击、避免负载装置的水平和垂直方向上的晃动。做到上述要求，并不是容易的，需要我们大量练习，做到熟练操作与配合默契。这也是我上面提到的开发自动加载装置的原因。我们可以通过下面的方法来训练和检验我们的操作技术水平。测试人员将试品放置在支座中心，然后放置放一张优质白纸到试品上，上面放置复写纸（碳面朝向纸），最后将压力球置于复写纸上，如果完美操作的话，纸上的标记应该是精确完美的圆形。

2.3压痕的测量：在IEC60695-10-2Edition3.0:2014中，压痕直径的测量与GB/T5169.21-2006/IEC60695-10-2:2003以及CTL决议DSH0391C中描述的不一样。其定义为：直径d是可以测量的从压痕的一个清晰边缘到另一个清晰边缘的最大距离，d不包括样品任何向上的变形，如图一所示。一般情况下，压痕应为圆形；在非圆压痕的情况下，如果最长与最短的测量值不超过0.2mm，应报告测量到的最大直径。

3总结：

球压试验中关键设备的技术参数、性能要求，球压试验中重要环节操作技术要求。

参考文献：

[1]球压试验难点解析[J].王忠义,王静.安全与电磁兼容.2013(05)

[2]球压试验压痕判定方法[J].陈凌峰,刘群兴,罗宗敏.安全与电磁兼容.2006(06)