探究直流電場(chǎng)和溫度場(chǎng)對(duì)環(huán)氧絕緣材料表面電氣強(qiáng)度的影響

張龍

摘 要 為了探究直流電場(chǎng)與溫度場(chǎng)對(duì)環(huán)氧絕緣材料表面電氣強(qiáng)度的影響，本文使用了直流試驗(yàn)裝置來測(cè)量長(zhǎng)期直流電場(chǎng)、溫度場(chǎng)下環(huán)氧絕緣材料的表面電氣強(qiáng)度與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，通過電容探頭來檢測(cè)表面電荷數(shù)據(jù)。結(jié)果表明二者大體呈現(xiàn)二次函數(shù)關(guān)系，由于存在表面電荷導(dǎo)致環(huán)氧絕緣材料的表面物理迅速老化。該結(jié)論具備學(xué)術(shù)意義，并且可以應(yīng)用到相應(yīng)領(lǐng)域中。

關(guān)鍵詞 直流電場(chǎng);溫度場(chǎng);環(huán)氧絕緣材料;表面電氣強(qiáng)度;表面電荷

引言

環(huán)氧絕緣材料在實(shí)際應(yīng)用過程中受到多種因素影響，比如電場(chǎng)、溫度場(chǎng)等外部環(huán)境條件，在這些影響因素的共同作用下，環(huán)氧絕緣材料容易老化并發(fā)生性狀變化，最為典型的就是電氣性能改變。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)在直流條件下推動(dòng)老化和性能變化的主要因素是電荷分布有關(guān)，因此我們重點(diǎn)研究了直流電場(chǎng)、溫度場(chǎng)綜合作用下環(huán)氧絕緣材料性能的變化。當(dāng)前國內(nèi)外已有的研究成果多是圍繞絕緣材料老化對(duì)性能的影響，比如在濕熱老化研究過程中發(fā)現(xiàn)濕熱老化大多是由于界面熱應(yīng)力破壞引起的，在空間電荷老化研究過程中發(fā)現(xiàn)空間電荷導(dǎo)致了油紙絕緣體系和低密度聚乙烯擊穿和沿面閃絡(luò)特性的下降，在對(duì)脈動(dòng)直流電壓下絕緣材料的電老化過程研究過程中發(fā)現(xiàn)，負(fù)電荷主導(dǎo)低程度老化，正電荷主導(dǎo)高程度老化，在研究表面電荷和閃絡(luò)特性過程中，研究人員提出了外形結(jié)構(gòu)原則，認(rèn)為涂層處理可以促使表面電荷消散，提高設(shè)備的可靠性[1]。

1 具體實(shí)踐過程與相應(yīng)的試驗(yàn)分析

1.1 原材料分析

為更好地進(jìn)行試驗(yàn)，探究直流電場(chǎng)與溫度場(chǎng)對(duì)環(huán)氧絕緣材料表面電氣強(qiáng)度的影響，我們選取了環(huán)氧澆注絕緣子來作為絕緣材料進(jìn)行試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)過程在溫度場(chǎng)與直流試驗(yàn)裝置二者的共同作用下進(jìn)行，主要進(jìn)行帶電試驗(yàn)結(jié)果分析，保證試樣表層進(jìn)行電氣強(qiáng)度測(cè)試。除此之外試驗(yàn)中原材料還包括有脂環(huán)族液態(tài)酸酐固化劑甲基四氫苯酐與電工填料氧化鋁。

1.2 試樣制備分析

想要實(shí)現(xiàn)澆注材料試樣的有效性，就應(yīng)該充分了解制備。主要內(nèi)容如下：①溫度：135℃;②質(zhì)量配比：為1∶3.3 ;③試樣混合均勻后進(jìn)行，脫氣處理的時(shí)間為2小時(shí);④二次試驗(yàn)的質(zhì)量配比設(shè)定為2.2∶1，最后進(jìn)行裝模處理，注意溫度保持125℃，嚴(yán)格控制固化條件，取得最終試樣。

1.3 測(cè)試方法分析

試驗(yàn)過程需要按照實(shí)際情況進(jìn)行分組處理，使用直流長(zhǎng)期帶電試驗(yàn)電極加載方式進(jìn)行安裝。具體條件如下：①圓電極直徑：3mm;②傾斜角度：45°;③電極間距：40mm;④電源：小型高壓直流穩(wěn)壓電源;⑤試驗(yàn)環(huán)境：0.4MPa SF 6。 試驗(yàn)過程中應(yīng)提前將電木裝置進(jìn)行安放，多數(shù)情況是安放在樣品架上，上述準(zhǔn)備工作全部完成后，才可以開展下一步的試驗(yàn)工作[2]。

（1）表面電氣強(qiáng)度測(cè)試。

試驗(yàn)過程首先應(yīng)保證是在直流條件下進(jìn)行試驗(yàn)，其次需要分別進(jìn)行室溫試驗(yàn)與高溫試驗(yàn)，溫度分別為（23±2）℃與（90±2）℃，最后進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比與分析。試驗(yàn)過程中，應(yīng)根據(jù)不同的實(shí)際情況進(jìn)行不同加熱時(shí)間的測(cè)量，合理控制加溫條件與加壓條件，充分利用計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行不同時(shí)間點(diǎn)的分別取樣工作，實(shí)現(xiàn)直流表面電氣強(qiáng)度測(cè)試。具體條件要求如下：①最大電壓幅值： 400kV ;②選用直流發(fā)生器;③控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試溫度為23℃，允許誤差±2℃;④整體試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境控制在0.4MPa SF 6。記錄試驗(yàn)過程中的表面閃絡(luò)電壓，將數(shù)值作為電氣強(qiáng)度的參考依據(jù)。另外整個(gè)試驗(yàn)過程應(yīng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行詳細(xì)的時(shí)間記錄作圖，試驗(yàn)過程中與試驗(yàn)結(jié)束后，及時(shí)繪制相應(yīng)分析曲線，用相應(yīng)的數(shù)值來盡量確保整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取所有數(shù)值、數(shù)據(jù)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)中的表面電荷測(cè)試。

①測(cè)試方法：電容探頭法;②主要測(cè)試儀器：移動(dòng)探頭;③取樣位置：測(cè)量試樣表面電位;④試驗(yàn)?zāi)康模韩@取試樣表面電荷密度。試驗(yàn)過程中與試驗(yàn)結(jié)束后及時(shí)繪制相應(yīng)的電荷密度—時(shí)間曲線，分析試驗(yàn)結(jié)果。

1.4 實(shí)踐過程中的試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）根據(jù)溫度-條件曲線，可得：①在直流電場(chǎng)下二者呈現(xiàn)二次函數(shù)關(guān)系。②在非直流電場(chǎng)條件下二者呈線性關(guān)系。

（2）溫度條件影響環(huán)氧絕緣材料表面電氣強(qiáng)度的降低速度[3]。

2 結(jié)束語

綜合全文所述，環(huán)氧絕緣材料表面電氣強(qiáng)度會(huì)受到直流電場(chǎng)與溫度場(chǎng)的影響，嚴(yán)重影響到設(shè)備的安全性、可靠性與其經(jīng)濟(jì)效益，想要避免這種影響的發(fā)生，需要在使用環(huán)氧絕緣材料過程中，充分重視直流電場(chǎng)與溫度場(chǎng)，合理運(yùn)用各種試驗(yàn)結(jié)果與研究結(jié)論，并且應(yīng)該及時(shí)按照實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)活動(dòng)，借此來獲取相應(yīng)的試驗(yàn)分析結(jié)果，結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，盡量降低不良影響，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，提高設(shè)備生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 邢照亮. GIS絕緣子表面電荷分布對(duì)沿面閃絡(luò)的影響[D]. 北京：華北電力大學(xué)，2013.

[2] 郝留成，楊保利，田浩，等. 特高壓盆式絕緣子工藝技術(shù)研究[J]. 絕緣材料，2014，47（5）：46-49.

[3] 楊保利，田浩.直流電壓下環(huán)氧絕緣材料電氣性能對(duì)表面電荷消散過程的影響[J].絕緣材料，2015，（08）：35-39.