0引 言随着新能源汽车产业的兴起，各大汽车公司为了解决客户对新能源汽车的“里程焦虑”，正在逐步迈进800 V驱动电压平台，以提高充电效率。从400 V到800 V，虽然电压仅上升了一倍，但漆膜厚度要增加至原有结构的4倍才能与之前的绝缘效果保持一致。这无论是从工艺、成本、还是槽内填充率考虑，超厚漆膜的方案都不合适。为了降低漆膜厚度，漆包线生产企业开始关注漆包线的临界绝缘性能，希望根据服役要求设计漆膜厚度，合理安排电绝缘强度，其中尤其关注漆包线的局部放电起始电压（partial discharge inception voltage，PDIV）。PDIV可以根据T W DAKIN等[1]通过实验数据拟合得到的经验公式（式（1））计算得到[2]。PDIVrms=163×(t/εr)0.46 （1）式（1）中：PDIVrms为局部放电有效值，代表的是正弦电压对应的等效局部放电起始电压；t为双边漆膜厚度（单位为mm）；εr为绝缘材料的相对介电常数。PDIV测试条件对所得结果有很大影响，B STENERHAG[3]提出，PDIV数值与测试方法密切相关。可由于理论基础薄弱、实验经验缺乏，漆包线厂商、电机制造用户对检测条件所对应的含义缺乏足够的理解，至今针对正弦波系统测试对PDIV的测试条件仍没有统一的标准，常见的测试条件采用的升压速率为50 V/s，判定阈值为100 pC，但其测试结果显著高于经验公式所得数值。对于脉冲电压下的PDIV测试，王鹏等[4-7]已有较多研究，但对于当前主流的正弦电压测试，国内外公开报道的资料仍然较少。本文从测试原理和实验方法的角度，对PDIV测试方法进行分析研究，并对单涂聚酰胺酰亚胺（polyamide imide，AI）漆包扁线和聚酰亚胺（polyimide，PI）漆包扁线进行测量，并给出测试建议。1实 验本文采用导体宽边尺寸为4.0 mm、窄边尺寸为1.0 mm的聚酰胺酰亚胺漆包扁线（型号为1AIWR/200-4.0*1.0）和导体宽边尺寸为2.2 mm、窄边尺寸为1.4 mm的聚酰亚胺漆包扁线（型号为1PIWR/240-1.4*2.2）分别进行测试，漆膜截面形貌如图1所示。测试前，测量样线的相对介电常数，使用10 kHz的频率进行测试，测得聚酰胺酰亚胺漆膜的相对介电常数约为4.8，聚酰亚胺漆膜的相对介电常数约为3.5。图1扁线漆膜厚度分布图Fig.1Film thickness distribution of enamelled rectangular wire10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.F1a1(a)AI漆包扁线10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.F1a2(b)PI漆包扁线测试仪器为日本总研株式会社（SOKEN）开发的DAC-PD-7局部放电测试仪，设备采用正弦电压。当前电机厂商对漆包线PDIV的检测条件也是基于该设备的测试能力确定的。设备采用50 Hz工频，升压速率包括10、25、50、100 V/s，判定局部放电的阈值可以设定为1～1 000 pC。目前漆包线行业中判定产品是否满足PDIV性能要求时，一般规定升压速率、判定阈值作为测试条件，再规定PDIV需要达到的数值。参考IEC 60172:2020[8]进行扁线PDIV样品的加工。漆包扁线贴合位置长度为130 mm，端部分离距离超过40 mm，端部弯曲半径约为20 mm，样品照片如图2所示。10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.F002图2PDIV样品照片Fig.2Picture of PDIV sample2结果与讨论2.1测试条件对PDIV结果的影响在以往的实验中，即使采用同样的方法制备同一款样品进行测试，样品测试结果的偏差有时也会超过50 V。为了保证测试结果的可靠性，本文先分析样品制样过程、测试方法对测试结果的影响。首先分析PDIV测试过程中的升压速率、判定阈值对结果的影响。取AI漆包扁线和PI漆包扁线样品进行实验，在不同升压速率和不同阈值条件下的测试结果如图3～4所示。10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.F003图3AI漆包扁线样品在不同升压速率和判定阈值下的PDIVrmsFig.3PDIVrms value of AI enamelled retangular wire at different rising rate and threshold10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.F004图4PI漆包扁线样品在不同升压速率和判定阈值下的PDIVrmsFig.4PDIVrms value of PI enamelled retangular wire at different rising rate and threshold由图3～4可知，升压速率越高或判定阈值越高，得到的PDIV越大。测试过程中，实验仪器每秒读数一次，以超过“判定阈值”后的第一个数据点作为PDIVrms数值，这也导致了升压速率越快，PDIVrms数值“飘高”越明显且越不稳定。判定阈值越高，PDIV测试值越大很容易理解，然而升压速率越高导致PDIV值增加，以往多数人认为这是升压过程的电压过冲导致的。实际上，更确切的原因是升压速率越慢，绝缘层积累电荷的时间越长，达到相同的电荷量需要的外部电压要求就越低，其原理示意图如图5所示。假设，样线的真实局部放电起始电压为500 V，即施加500 V以上的电压，样线表面就会产生运动的电荷，在图5中用不同颜色的区块表示。采用图像分析软件换算相同面积下的PDIV数据，得到100 V/s的PDIVpeak（PDIV峰值）为900V，50 V/s的PDIVpeak为850V，25 V/s的PDIVpeak为825 V，10 V/s的PDIVpeak为730 V。可见升压速率越高，PDIVpeak越大。这里PDIVpeak是PDIVrms的1.414倍[9]。为了使图示更为清晰，图5选择了0.5 Hz的电压频率构建原理示意图，但正常测试的交流电压频率为50 Hz，此时不同升压速率下PDIV值的差异会显著减小。10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.F005图5升压过程电压波动示意图Fig.5Schematic diagram of voltage fluctuation during rising process of voltage此外，仪器的数据采集频率和取值计算公式同样也会影响测试结果，升压速率越慢，采集的数据点越多，其结果越稳定。综上，升压速率越慢，判定阈值越小，其结果越接近真实的PDIV值。因此，本文建议在实际测试中使用升压速率为10 V/s、判定阈值为10 pC作为PDIV测试的判定条件。2.2PDIV与漆膜厚度之间的关系PDIV的理论计算公式给出了漆膜厚度与PDIV之间的关系，但由于漆包扁线的漆膜厚度无法做到完全均匀，不同位置的漆膜厚度会有偏差，如图1所示，这就对漆包扁线的漆膜厚度设计以及产品品质管理造成了很大困难。本文对同款线样采用不同的组合方式分别制备PDIV测试样品，扁线宽边以Ac、Ad、Bc、Bd定位命名，如图6所示，则不同组合方式如图7所示。假设实际使用中是宽边堆叠嵌线，则有6种组合形式。根据实测的漆膜厚度统计这6种组合下的双边漆膜厚度，并采用10 V/s、10 pC作为测试条件，记录6种组合实测的PDIV值。对于AI和PI材料，分别选取相对介电常数最大值和最小值4.8、4.6和3.8、3.5作为理论测算用的相对介电常数，将其理论PDIV值与实际值进行对比，汇总在表1和表2中。10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.F006图6扁线宽边定位示意图Fig.6Edge positioning schematic of rectangular wire10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.F007图7用于扁线PDIV测试的不同组合形式Fig. 7Different kinds of combination form for PDIV test of rectangular wire10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.T001表1AI漆包扁线在不同组合方式下测得的PDIVrms值Tab.1PDIVrms values of AI enamelled retangular wire at different kinds of combination form组合方式组合最薄膜厚/mm双边膜厚对应的PDIVrms理论值/VPDIVrms实测值/Vεr=4.8εr=4.6（1）0.070559.2570.2576（2）0.062528.8539.3546（3）0.070559.2570.2575（4）0.075577.2588.6576（5）0.067548.0558.9546（6）0.068551.8562.755610.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.T002表2PI漆包扁线在不同组合方式下测得的PDIVrms值Tab.2PDIVrms values of PI enamelled retangular wire at different kinds of combination form组合方式组合最薄膜厚/mm双边膜厚对应的PDIVrms理论值/VPDIVrms实测值/Vεr=3.8εr=3.5（1）0.090699726695（2）0.084677703686（3）0.092706733736（4）0.094713741725（5）0.090699726717（6）0.087688715697由表1～2可知，对于AI漆包扁线，相对介电常数分别取值为4.8、4.6时，理论值与实测值有较好的对应关系；对于PI漆包扁线，相对介电常数分别取值为3.8、3.5时，理论值与实测值有较好的对应关系。轻微的数据偏差可能与实际双边膜厚错位或者产品膜厚波动有关。实验中留意到，测试的环境湿度、环境温度对样线PDIV的测试结果有明显的影响，但受限于实验条件，暂未获得更多结果进行分析。2.3贴合长度对PDIV测试结果的影响为了对比测试样线贴合长度对测试结果的影响，考虑到PDIV测试值与最小漆膜厚度有关，可以在两根样线之间增加PI绝缘膜，通过改变膜的覆盖面积来调整贴合长度。为了证明此方法的有效性，将AI漆包扁线全部包裹PI绝缘膜，测试得到的PDIVrms从不到600 V提高至1 235 V，说明PI绝缘膜的存在使局部放电的起始电压提高了600 V以上，能够有效起到阻碍局部放电的作用。通过此方法，将贴合长度调整为130、90、50 mm，并分别进行测量，结果如表3所示。10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2023.08.017.T003表3线样在不同贴合长度下的PDIVrms测试结果Tab.3PDIVrms values of wire samples at different fitting length贴合长度/mmAI漆包扁线PI漆包扁线1305777569057675550606766由表3可知，PDIV的测试结果与样线的贴合长度之间存着一定相关性，但保证足够的贴合距离数据就有足够高的可靠性。实验中有个别样品，即使贴合距离为50 mm，测试值也保持不变。根据以上测试的结果，在10 V/s、10 pC条件下进行测试，当贴合长度超过90 mm时，所得数据的可靠性较高。若判定阈值增加，贴合距离应该适当增加，最小贴合长度建议采用相同的方法进行实验确认。3结 论（1）根据局部放电测试仪的测试原理，测试过程的升压速率越低，判定阈值越小，数据可重现性越好，测试的结果越接近样线的PDIVrms理论值。因此，若是研究评估漆包线的性能差异，建议以升压速率为10 V/s、判定阈值为10 pC作为PDIV的测试条件。（2）同款线样进行PDIV测试，存在6种组合形式，因此需要根据电机用线的使用方式设计样线评价标准，检查产品品质差异造成的质量问题。（3）在PDIV测试中，以10 V/s、10 pC作为测试条件，根据PDIV测试结果和理论公式反算，AI漆包扁线的相对介电常数在4.8～4.6之间，PI漆包扁线的相对介电常数在3.8～3.5之间。（4）线样的贴合长度会影响测试结果，贴合的长度越短，测得的PDIV值越高。当测试长度超过90 mm时，测试结果的可靠性较高。