一、行業背景與測試意義

1.1 熱塑塑料在電氣絕緣領域的應用現狀

熱塑性塑料（Thermoplastic）因其可反復加熱熔融、冷卻固化的加工特性，以及優異的絕緣性能、輕質、耐腐蝕、易成型等優勢，已成為電工電子與高壓設備中最主流的絕緣結構材料之一。常見用于絕緣場景的熱塑塑料包括：

聚氯乙烯 PVC（電線電纜護套、低壓絕緣）

聚乙烯 PE / 交聯聚乙烯 XLPE（中高壓電纜主絕緣）

聚丙烯 PP（電容器薄膜、互感器骨架）

聚四氟乙烯 PTFE / FEP（高頻線纜、高溫工況絕緣）

聚碳酸酯 PC（插座外殼、開關面板）

聚酰胺 PA（尼龍）（繼電器骨架、電機槽楔）

PBT、PET（線圈骨架、電工薄膜）

這些材料在出廠前、批次抽檢、研發配方驗證、來料檢驗等環節，都必須完成工頻電氣強度（擊穿電壓 / 擊穿強度）與耐電壓兩項核心測試，才能判定其是否滿足 IEC、GB、ASTM 等標準要求。

1.2 電壓擊穿試驗的工程意義

所謂"擊穿"，是指絕緣材料在外施電場作用下，內部載流子能量累積至足以破壞分子鍵或引發電子雪崩，形成導電通道，試樣瞬間失效的現象。擊穿電壓（Breakdown Voltage） 是試樣發生擊穿時的外施電壓峰值；擊穿強度（Electric Strength） 則是擊穿電壓除以試樣平均厚度，單位 kV/mm，是衡量材料本征絕緣能力的核心指標。

對熱塑塑料而言，擊穿強度受以下因素影響顯著：

樹脂純度與分子量分布

增塑劑、阻燃劑、填料等助劑配比

加工工藝（注塑溫度、冷卻速率、取向）

試樣厚度與表面平整度

試驗介質（空氣 / 絕緣油）

升壓速率與電極形狀

環境溫濕度

因此，一臺量程覆蓋至 100KV、精度 ≤1%、升壓連續可控、具備多重安全防護的電壓擊穿強度試驗儀，是熱塑塑料研發實驗室與質檢中心的剛需設備。

二、產品定位與技術概覽

2.1 產品定位

熱塑塑料電壓擊穿強度試驗儀BDJC-100KV專為固體絕緣材料工頻電壓擊穿強度與工頻耐電壓兩項試驗設計，面向熱塑塑料板材、薄膜、管材、線材、注塑件、層壓制品、云母復合制品、陶瓷玻璃等多種固體試樣，同時兼容液體絕緣介質（如絕緣油）的擊穿電壓測定，屬于"一機兩用、固液兼測"的綜合型高壓測試平臺。

熱塑塑料電壓擊穿強度試驗儀BDJC-100KV采用計算機人機對話控制，搭配無線藍牙發射器實現遠距離操作，試驗人員可在 1000 米范圍內與控制端通信，人機分離大幅降低高壓試驗區的人身風險，是傳統 1 米有線操控方案的安全升級替代。

2.2 核心執行標準（熱塑塑料相關）

設備內置標準模板可直接調用，覆蓋國內外主流規范：

GB/T 1408.1-2016 《固體絕緣材料電氣強度試驗方法》

GB/T 1695-2005 《硫化橡膠工頻電壓擊穿強度和耐電壓的測定方法》（橡膠改性熱塑體系亦可參照）

GB/T 3333 電纜紙工頻擊穿電壓試驗方法（熱塑電纜料關聯）

GB 12656 電容器紙工頻擊穿電壓測定法（薄膜電容用 PP/PE 料關聯）

HG/T 3330 絕緣漆漆膜擊穿強度測定法

ASTM D149 美標固體絕緣材料工頻擊穿電壓試驗方法

DL 429.9 絕緣油介電強度測定法（液體兼容）

對于熱塑塑料研發實驗室而言，GB/T 1408.1-2016 是最常引用的母標準，BDJC-100KV 的軟件界面已將該標準的試樣厚度、電極直徑、升壓方式、判別邏輯預制完成，用戶僅需選擇"熱塑塑料-固體"類別即可一鍵調用。

2.3 工作原理簡述（無公式版）

設備由低壓控制柜 + 高壓升壓變壓器 + 無觸點升壓模塊 + 電極試驗箱 + 計算機控制系統五部分組成：

工頻電源輸入：220V 單相交流，經內部穩壓處理后送入控制回路

西門子 CPU 中央單元采集設定參數，驅動無觸點升壓原件

升壓變壓器按 1:1000 變比將低壓側 0–100V 輸出抬升至 0–100KV 高壓側

高壓施加于試樣兩端電極，按設定的升壓速率（0.1–5.0 KV/s）逐步抬升

實時采集高壓側電壓信號與回路漏電流信號，當漏電流超過閾值或電壓驟降（擊穿特征）時，系統判定"擊穿"，立即切斷高壓并自動放電

軟件記錄擊穿瞬間的電壓值 V 與試樣厚度 d，自動計算擊穿強度，存入數據庫

整個過程中，雙向電壓電流干擾抑制技術確保擊穿瞬間的浪涌不會反灌燒毀通訊端口——這是很多低端廠家僅靠電壓檢測做不到的細節。

三、三大試驗模式詳解

3.1 勻速升壓法（連續升壓）

適用場景：研發配方篩選、新材料對標、來料 QC 快速判定

設定一個固定的升壓速率（如 0.5 KV/s、1.0 KV/s、2.0 KV/s），電壓從零連續上升至試樣擊穿為止。軟件記錄擊穿電壓，結合試樣厚度給出擊穿強度。

熱塑塑料薄膜類（如 0.1 mm 厚 PET 絕緣膜）常用 0.5 KV/s 或更低，避免升溫效應干擾；厚壁注塑件（如 3 mm PC 外殼）可用 1–2 KV/s。

3.2 梯度升壓法（階梯升壓）

適用場景：需要模擬實際工況中"逐級加壓 + 短時耐受"的場景，或標準明確要求梯度法的材料類別

電壓以設定梯度（如每級 +2 KV）上升，每級維持設定時間（如 20 s / 60 s），再到下一級，直至擊穿。該方法能更好反映材料在"近臨界場強"下的累積損傷行為。

3.3 耐壓試驗（耐電壓 / 工頻耐壓）

適用場景：成品件出廠檢驗，如熱塑塑料絕緣套管、線束波紋管、開關外殼等

電壓升至預設值（如 50 KV）后保持設定時長（軟件可設 >10 h），觀察是否發生擊穿或閃絡。通過 = 規定時間內未擊穿。這是區別于"擊穿強度測定"的另一類試驗——后者求"極限值"，前者求"合格性"。

四、軟件系統功能拆解（Windows 平臺）

BDJC-100KV 配套 C++ 控制程序，運行于 Windows 窗口環境，主要功能模塊如下：

4.1 試驗界面與曲線動態顯示

試驗過程中實時繪制電壓–時間曲線與電流–時間曲線，操作人員可直觀看到升壓階段是否平穩、擊穿瞬間是否有電流突變。曲線支持縮放回溯。

4.2 試驗方法與人機選擇

交/直流試驗靈活切換（熱塑塑料一般以工頻交流為主，部分特種薄膜需直流）

擊穿 / 耐壓 / 梯度三種方法獨立入口

標準模板一鍵調用 + 自定義參數覆蓋

4.3 參數設置與試樣管理

升壓速率 0.1–5.0 KV/s 自由設定

耐壓時間任意設定（>10 H）

漏電流判據 0–150 mA 可調（匹配不同標準對"擊穿電流閾值"的定義）

試樣厚度、編號、生產單位、實驗單位人工錄入或掃碼導入

4.4 人員權限管理

用戶名 + 密碼登錄，不同操作員獨立賬戶，互不影響——這對第三方檢測實驗室尤為重要，避免數據篡改爭議。

4.5 數據導出與報告

試驗結果可導出 Excel 表格

報告名稱可人為設定，支持直接打印

歷史數據按"試驗編號 + 時間區間"檢索，支持無限存儲（中間數據庫標準對接，數據不丟失）

4.6 自檢與預警

新版本軟件帶設備自檢功能與預警提示功能，開機先自檢高壓回路、漏電防護網、放電回路是否正常；試驗前若發現接地不良、門保護未閉合、漏電流傳感器異常，主動彈窗攔截，避免"帶病升壓"。

4.7 通訊與遠程維護

軟件支持標準通訊接口：

硬件鏈路：COM / TCP / UDP / GPRS / 編程口 / USB

工業協議：TCP/IP、101/104 電子規約

上位機對接：OPC、DCOM/UA、WebService、WebAPI

支持無線云端協議上傳，可第三方編輯

這意味著設備可以接入工廠 MES 或 LIMS 系統，實現"試驗數據 → 中間數據庫 → 質量看板"的自動流轉，而非孤立的 Excel 存檔。

五、電極配置與試樣適配（熱塑塑料全覆蓋）

擊穿試驗結果高度依賴電極形狀與尺寸。BDJC-100KV 提供多種可拆卸電極，覆蓋不同形態熱塑試樣：

5.1 6 mm 標準電極（GB/T 1408 固體默認）

適用于大多數熱塑塑料板材、片材的擊穿強度測定，上下電極均為圓柱形黃銅，倒圓角 R=2–3 mm，避免接觸棱角放電。

5.2 25 mm / 75 mm 大電極

25 mm：中等面積平板料，如 1–3 mm 厚 PC/ABS 合金板

75 mm：大面積薄板或模擬實際絕緣結構，邊緣效應更小

5.3 球形電極與球–板電極

適用于表面不平整試樣或需要模擬"尖端放電"工況的熱塑件，如帶筋條的注塑外殼局部測試。

5.4 線材電極

針對熱塑絕緣線纜（如 PVC/PE 電線）的徑向擊穿測試，線芯作一極、外部包裹箔電極作另一極。

5.5 管材電極

針對熱塑絕緣管材（如 PE 護套管、PA 波紋管），內壁插入芯桿電極、外壁包覆箔電極。

5.6 微型電極

針對超薄熱塑薄膜（如 0.02–0.1 mm 電容薄膜、FPC 基材），減小電極面積以降低邊緣放電對薄樣的干擾。

熱塑薄膜試樣在 GB/T 1408 中一般要求"多層疊合至規定總厚度"測試，微型電極 + 絕緣油介質是常規組合，能有效避免空氣沿面閃絡導致的假性擊穿。

5.7 試驗介質選擇：空氣 vs 絕緣油

空氣介質：操作便捷，適用于厚樣、耐壓試驗、非嚴苛對標場景

絕緣油介質：標配方便拆裝的油浴裝置，油浴可抑制表面閃絡，使測得擊穿強度更接近材料本征值；對熱塑薄膜、薄板強烈推薦用油浴

設備也支持定制高溫油浴，可模擬熱塑塑料在 90℃、130℃ 等服役溫度下的高溫擊穿強度（如 XLPE 電纜料 90℃ 長期運行工況）。

六、安全保護體系

100 KV 屬于高壓試驗中的中高段，任何疏忽都可能導致人身事故或設備損毀。BDJC-100KV 的保護鏈路按"十一重防護"設計：

跳閘后電壓自動回零 —— 任何保護動作觸發后，高壓側自動泄放歸零，避免二次上電殘留

超壓保護 —— 設定上限（如 100KV）硬截斷

試驗過流保護 —— 回路電流超限值即刻切高壓

試驗短路保護 —— 試樣意外短路時納秒級響應

安全試驗門保護 —— 試驗箱門磁開關，開門即斷高壓

軟件誤操作保護 —— 未歸零、未接地、未裝電極時間禁止升壓

零電壓復位保護 —— 每次試驗必須從零起壓，防止殘余電荷疊加

試驗漏電保護 —— 機殼漏電監測

獨立接地保護 —— 設備要求獨立接地樁（建議 ≤4 Ω）

試驗結束放電保護 —— 擊穿或手動停止后，自動接入放電電阻

設備故障報警保護 —— 藍牙失聯、CPU 通訊異常、熔斷器熔斷均有聲光報警

此外機內還設有漏電防護網 + 電弧自動卸壓結構，擊穿瞬間產生的電弧與金屬蒸汽被限制在防護網內定向泄放；內置熔斷保護器 + 漏電保護器雙重過流熔斷，保護儀器控制側與高壓側，且熔斷器更換便捷。

相比同行"僅靠電壓檢測判斷擊穿"，本機采用電壓 + 漏電流雙向判斷，擊穿識別更準，不易誤判也不易漏判——這點對熱塑薄膜低能量擊穿尤其重要。

七、BDJC-100KV 與 50KV 機型對比定位

同系列另有 50KV 機型（變壓器容量 3 KVA、升壓器 2 KVA、變比 1:500），面向中低壓熱塑材料（如家電外殼 PVC、低壓線纜 PE、普通薄膜）。100KV 機型的核心受眾是：

高壓 XLPE 電纜料研發（耐壓等級 35 KV 及以上系統的絕緣料，擊穿強度要求常需測至 80–100 KV 量級）

新能源充電樁絕緣結構件（PC+PBT 合金，要求高擊穿裕度）

特高壓配套熱塑部件（如復合絕緣子用硅烷交聯 PE）

第三方檢測機構（需覆蓋客戶全量程委托）

如果實驗室試樣最大預期擊穿電壓不超過 40–45 KV，50KV 機型性價比更高；若涉及高壓電纜料、特種薄膜、軍工級絕緣件，100KV 是必要配置。

八、性能參數

以下參數對應 100KV 規格機型，摘錄自原廠技術資料，數值不做任何修改：

最高輸出電壓：100KV

變壓器容量：10 KVA

升壓器容量：3 KVA

工作電壓：220V ±10% 的單相交流電壓和 50Hz ±1% 的頻率

控制方式：西門子 PLC

試驗方式：交流/直流試驗：1、勻速升壓 2、梯度升壓 3、耐壓試驗

試驗介質：空氣/絕緣油，標配方便拆裝的油浴裝置

升壓裝置：采用先進的無觸點原件勻速升壓，淘汰前款機械調壓

升壓速度：0.1 KV – 5.0 KV/s 自由設定

耐壓時間：軟件設定 >10 H

試驗精度：≤ 1%

漏電流選擇：0 – 150 mA

控制接口：232 / 485 / 網口

控制方式：無線 / 有線可選

擊穿判斷方式：電壓 / 電流

放電方式：自動放電

變壓器變比：1 : 1000

采集方式：變壓器 0 – 100 V 輸出

升壓速度：0.1 – 5.0 KV/s

耐壓環境：固體；液體；定做高溫境高溫油

擊穿判斷方式：高電壓判斷、漏電流判斷

放電方式：實驗結束自動放電

無線藍牙控制距離：約 1000 米

九、熱塑塑料典型試樣的試驗要點（實操向）

9.1 PVC 硬片 / 軟膜（電線電纜護套料）

標準引用：GB/T 1408.1

試樣厚度：常用 1.0 mm / 1.6 mm

電極：6 mm 標準對電極

介質：絕緣油（消除表面閃絡）

升壓速率：0.5 KV/s

判據：擊穿電流閾值一般設 5–10 mA

9.2 XLPE 電力電纜絕緣料

標準引用：GB/T 1408.1 + JB/T 10437 等相關

試樣制備：壓片成 1.0 mm 或原壁厚測試

電極：6 mm 或 25 mm（依標準）

介質：絕緣油，高溫油浴可做到 90℃ 或 130℃ 條件測試

升壓速率：0.5 – 1.0 KV/s

關注點：XLPE 的"水樹 / 電樹"老化后擊穿強度衰減，建議做梯度升壓比對

9.3 PC / ABS 合金家電外殼料

試樣形態：注塑平板 3 mm

電極：25 mm

介質：空氣（耐壓試驗）或油（擊穿強度）

耐壓設定：如 3000 V / 60 s 出廠檢

擊穿強度典型值：PC 約 15–20 KV/mm，ABS 約 14–18 KV/mm，合金視配比

9.4 PTFE / FEP 高頻線纜絕緣

試樣：薄壁管或切片

電極：微型電極

介質：絕緣油

升壓速率：0.1–0.2 KV/s（薄樣慢升壓避免熱擊穿干擾）

PTFE 擊穿強度可達 40–60 KV/mm，需 100KV 機型才能覆蓋 1 mm 以上厚樣極限

9.5 PET / PP 電容薄膜

試樣：原膜 0.05–0.15 mm

電極：微型，多層疊合至總厚 ≥0.1 mm

介質：絕緣油

升壓速率：0.2–0.5 KV/s

判據嚴格，需雙向（電壓+電流）判別，防止薄膜局部穿孔被漏判

十、設備選型建議與采購考量維度

用戶在選型 100KV 熱塑塑料電壓擊穿強度試驗儀時，建議從以下維度逐項核對：

1. 量程裕度

試樣預期擊穿電壓 × 1.2–1.5 倍選機型。例如 XLPE 電纜料 1 mm 厚擊穿約 40–60 KV，若要做 3 mm 厚或低溫/高溫劣化后測試，100KV 更安全。

2. 升壓方式

優先選無觸點電子升壓而非機械調壓——機械調壓在 100KV 段易產生火花磨損，長期穩定性差。BDJC-100KV 已淘汰機械調壓。

3. 控制隔離

1000 米藍牙無線 + 人機分離是安全加分項，特別是新購實驗室如高壓區與操控區無法物理隔斷時。

4. 判別邏輯

確認是否電壓 + 電流雙向判別。單一電壓判別在薄膜低能量擊穿時容易誤判"未擊穿"。

5. 數據采集精度

≤1% 是本機的標定精度，對應西門子 CPU + 變壓器低壓側 0–100 V 直接采集的方案，優于僅高壓側分壓的低成本方案。

6. 軟件對接

如實驗室有 LIMS/MES，提前確認接口協議（OPC UA / WebAPI / TCP Modbus）是否開放。本機硬件支持 COM/TCP/UDP/GPRS 多鏈路。

7. 售后與校準

設備出廠帶校準界面，支持遠程維護報警；熔斷器、漏電保護器均為易損但可自換件，停機時間短。

十一、常見問題與試驗異常排查（熱塑塑料場景）

Q1：同一批 PC 料，三次擊穿強度離散大（>20%）？

→ 檢查試樣厚度測量是否取多點均值；檢查電極表面是否有壓痕或污染；檢查升壓速率是否過快引起局部發熱；檢查是否為"閃絡"而非"擊穿"（換絕緣油介質重試）。

Q2：XLPE 試樣在空氣中介質頻繁沿面閃絡，電壓到不了擊穿？

→ 熱塑電纜料本征擊穿強度高，空氣下先閃絡是常態。必須改用絕緣油浴，必要時加高溫油浴模擬運行溫度。

Q3：薄膜試樣擊穿后，電極上有熔孔但電壓未歸零？

→ 檢查漏電流閾值是否設得過高，導致系統未識別"擊穿"；建議開啟電壓+電流雙向判別。

Q4：藍牙偶爾斷連怎么辦？

→ 1000 米為空曠理論值，試驗室內如有厚鋼筋混凝土或大功率變頻設備干擾，建議切有線（232/485/網口）備用。

Q5：能做直流擊穿嗎？

→ 能。軟件交/直流可選，但熱塑塑料國標以工頻交流為主，直流一般用于特種薄膜或客戶指定。

十二、行業應用延伸

BDJC-100KV 雖以"熱塑塑料電壓擊穿強度"為核心命名場景，但實際覆蓋的試樣類型遠不止熱塑塑料：

熱固性塑料（環氧樹脂、酚醛、DMC/BMC）—— 同樣走 GB/T 1408

層壓制品（FR-4、電木紙板）—— 層間擊穿是常見失效

云母帶、云母板 —— 電機絕緣關鍵材料

陶瓷、玻璃 —— 高壓絕緣子用料

絕緣漆、浸漬纖維 —— 漆膜擊穿（HG/T 3330）

絕緣油 —— DL 429.9 / GB/T 507（需配油杯電極）

"固體 + 液體 一機兩用"是相比只做固體的同行的差異化點，對綜合型材料實驗室更經濟。

十三、總結

熱塑塑料作為當前電氣絕緣領域用量最大的材料族群，其工頻電壓擊穿強度與耐電壓兩項指標直接關系到下游線纜、家電、新能源、特高壓、汽車電子等整機產品的安全裕度。BDJC-100KV 型試驗儀圍繞這兩項試驗做了完整的工程化落地：

量程 0–100 KV、精度 ≤1%、無觸點升壓、0.1–5.0 KV/s 連續可調

西門子 CPU + 雙向電壓電流判別 + 擊穿干擾抑制，數據可靠性優于單電壓判別方案

1000 米藍牙無線操控 + 十一重安全保護，高壓試驗人機分離

固液兼測、多電極適配、高溫油浴可定制，覆蓋從 PVC 軟膜到 XLPE 電纜料到 PTFE 高頻線的全譜系熱塑絕緣試樣

Windows 軟件 + 權限管理 + Excel 導出 + LIMS 對接，符合第三方檢測實驗室合規要求.