固體絕緣材料熱老化電氣特性的研究

徐以標

（連云港開放大學，江蘇 連云港 222000）

固體絕緣材料熱老化電氣特性的研究

徐以標

（連云港開放大學，江蘇 連云港 222000）

影響油浸式變壓器容量和尺寸大小的重要因素是其所用固體絕緣材料的電介質大小以及耐高溫的能力。筆者在本文中以聚酯薄膜、聚碳酸酯、聚苯硫醚為實驗的對象，在130 ℃下進行熱老化實驗，對這三種耐高溫材料老化前后各個階段的介電譜和擊穿強度進行測試。

固體；絕緣材料；熱老化電氣特性；研究

絕緣紙是當前油浸式變壓器使用的主要絕緣材料，其原料為天然纖維，耐高溫性能較差，一旦變壓器在運行的過程中溫度超過絕緣紙的耐高溫閥值，其就會發生高分子裂變，讓絕緣紙的性能大受影響，降低聚合度，讓絕緣紙老化速度加快，降低變壓器使用的年限。

1 電氣特性測試方法

表征絕緣材料耐電強度的電氣參數是擊穿場強。就變壓器而言，其中的絕緣材料介電常數的變化會導致主絕緣電廠分布發生改變，同時還會引起高低壓繞組對地電容和匝間電容發生改變，讓繞組波過程受到影響。所以，對變壓器來講，絕緣材料介電常數的大小以及其熱穩定性極為重要。除此之外，變壓器上使用絕緣材料的介質損耗要求比較嚴格，要是材料介質有較大的損耗，會導致局部高溫，致使材料被擊穿。

在外電場作用下描述電介質極化和損耗的重要參數有介電常數和介質損耗角正切，外電場溫度被二者影響可以說明電介質微觀結構的極化和松弛機制以及其之間相互作用的規律。

所以，對熱老化之前和之后進行試樣的測試，主要是進行介電常數、介質損耗和擊穿場強測試，查看這三個參數隨老化時間的變化情況。我們觀察更重要的目的是確定材料在老化時間內是否會出現急劇變化的情況以及隨著時間的推移找出變化的規律，對這些材料的老化壽命進行推測。

2 電氣特性測試結果及分析

2.1 聚酯薄膜

在室溫下，隨著時間的增加， 聚酯薄膜的ε在初期會不斷變大，240 h為節點，達到最大值，其后老化時間雖然在增加，但是ε值卻與之前相反，不斷減小。也就是說在不同的老化階段內ε值隨溫度的變化趨勢并不固定，不能籠統的說成隨著老化時間的增加ε值增加或者減小，但是不可否認在聚酯薄膜玻璃化溫度附近有一個快速上升的過程。

究其原因，筆者認為這不僅是化學老化或者是物理老化，而是兩者共同作用的結果。在老化初始階段，由于溫度在不斷增加，材料的分子鏈結構發生變化，由于分子長鏈的支化導致極性基團不斷增加，所以介電常數中取向極化的貢獻不斷增加，其外在表現就是介電常數增加。

由于老化在不斷加劇，化學反應持續進行，材料的分子鏈不斷支化、斷裂，階段常數也在繼續變大。同時，也出現了物理老化，通過鏈段的運動物理老化導致自由體積減少，其的減少讓材料的密度不斷升高，這讓取向極化變得更加困難，在介電常數中取向極化的貢獻不斷減少，所以，這就出現了介電常數在出現增加后變小的原因。

2.2 聚碳酸酯

在聚碳酸酯老化前后ε的變化不是很大，這也可以看出在高分子主鏈斷裂的過程中化學反應對聚碳酸酯老化的影響很小。在溫度較低的時候，隨著老化時間的推移，聚碳酸酯的介電常數呈現減小后再增加；在溫度較高的時候和未老化之前相比，老化后材料的ε較小。同時沒有老化和老化剛開始時候材料的ε隨著溫度的增加而增加，經過一段時間的老化后，ε隨著溫度的升高而下降。

聚碳酸酯材料的介電損耗隨老化時間的增加而降低，筆者認為這是受到物理老化的影響。在物理老化后，介質損耗稍微增加，但隨著老化時間的持續進行，介電損耗不斷降低。其主要原因如下：第一，老化時間加大，材料的雜質不斷降低，相應的在電導上的損耗就會不斷降低。第二，在側鏈中，聚碳酸酯的極性鍵較多，當主鏈斷裂之后，極性基團更容易極化，所以讓介電常數變大，介質損耗自然會減少。

2.3 聚苯硫醚

在老化后，聚苯硫醚介質損耗因數與溫度的關系出現較大的變化。其一在高溫區tan最大值有所降低，其二出現最大值的溫度上升了。介質損耗隨著老化時間的變化和介電常數相似，在溫度較高的時候，介質消耗最小對應的是老化時間最長，當經過480 h的老化時間后其介質損耗最大，同時老化時間最長的材料峰值只有一個，在130 ℃的時候，其介質損耗保持穩定。

3 結束語

絕緣紙在沒有經過熱老化前，隨著溫度的升高其相對電介常數以及介質損耗因數持續增加，在溫度比較低的情況下聚苯硫醚和聚酯薄膜的相對介電常數和介質損耗因數比較穩定，在溫度達到90 ℃時，增大較明顯，對聚碳酸酯來講其相對介電常數和介質損耗和溫度關系較小，幾乎保持不變。熱老化之后，和未老化前相比聚酯薄膜、聚苯硫醚材料的相對介電常數和介質損耗因數隨溫度的變化趨勢相似，超過90 ℃后介質損耗因數不斷變小，而聚碳酸酯的介電常數保持不變其損耗因素略有減小。

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［2］ 中華人民共和國機械電子工業部. JB/T 4059—1991聚酯薄膜絕緣紙柔軟復合材料［S］.

［3］ 中華人民共和國機械工業部.JB/T4061.1—199聚酯薄膜聚芳酰胺纖維紙柔軟復合材料［S］.

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Electrical characteristics of thermal aging of solid insulating materials

TM85

1009-797X （2015） 20-0082-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.019

徐以標（1969-），男，研究生學歷，講師，工程師，高級技師。

2015-09-16