針板電極下乙丙橡膠片局放特性研究

張自勤，項恩新，陳山,3，郭俊，唐偉超，段生江

（1.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明650217；2.云南電網有限責任公司德宏供電局，云南 德宏678400；3.云南電網有限責任公司楚雄大姚供電局，云南 大姚675400）

0 前言

乙丙橡膠電纜因其優良的柔韌性、防水性、耐熱等特性在煤礦工作的移動設備以及機車上應用廣泛[1-3]。乙丙橡膠電纜一般所處的運行環境比較惡劣，可能暴露在大濕度、強溫度的環境下，在電纜經過長時間運行后發生環境條件下的老化現象，從而產生局部缺陷，在這些微小缺陷中會產生局部放電并不斷增大,長此以往會對絕緣造成破壞，嚴重影響到了設備的安全穩定運行[4-10]。

目前已有許多關于乙丙橡膠電纜方面的研究，文獻[3]研究了實驗室老化條件下乙丙橡膠電纜的介電特性，文獻[4]研究了乙丙橡膠絕緣材料的沿面放電特性，對于理解乙丙橡膠電纜絕緣劣化的發展規律具有重要意義。本文搭建了乙丙橡膠片加壓實驗平臺，基于在電纜附件制作時容易產生的主絕緣劃傷、半導電微粒附著在主絕緣上以及主絕緣被金屬尖端刺入，分別設計了劃傷缺陷、金屬微粒缺陷以及尖刺缺陷，通過在這3種缺陷下進行測試得到對應的典型放電波形，發現金屬微粒缺陷對材料的影響最小，針刺缺陷對材料的影響最大。

1 實驗平臺搭建

為研究乙丙橡膠片在針板電極不同缺陷下的放電情況，搭建了針板電極的放電實驗平臺。

放電實驗平臺如圖1所示，包括可調交流電壓、試驗變壓器、高壓電阻R、分壓器的兩電容臂C1和C2、監測電壓表V、實驗裝置、HFCT 和數據采集裝置等，其中實驗裝置包括可拆卸針電極（針尖曲率半徑5μm）、接地銅柱體（半徑100 mm，厚度10 mm）及待測乙丙橡膠片，并將待測乙丙橡膠片浸入絕緣油中。進行該實驗的原理是：通過調壓器調壓改變試驗變壓器的二次側輸出，即改變施加在針板電極上的電壓，從而對乙丙橡膠試樣片施以不同的電壓來完成試驗。與此同時，在分壓器的兩電容臂之間接入監測電壓表來實時監測針板電極上的電壓大小，HFCT采集接地線上的電流，通過同軸電纜傳輸至數據采集裝置，其中HFCT 采樣頻帶為15 k-20 MHz，數據采集器采樣50 Ms/s。將針板電極以及乙丙橡膠試樣片浸入變壓器油以防止電暈發生，并通過更換乙丙橡膠試樣片來完成不同試樣的實驗。

圖1放電實驗平臺

2 乙丙橡膠片缺陷制作

所選用的試樣為經過硫化機硫化過后的乙丙橡膠片，其尺寸為100*100*2 mm，通過在乙丙橡膠片上人工制作3種缺陷，缺陷具體情況見圖2至圖4。

1）劃傷缺陷：在距離外邊10 mm 處，使用工具刀劃寬度為1 mm，深度為1 mm 的正方形溝壑，且制作兩片相同的乙丙橡膠材料缺陷，將兩乙丙橡膠片的缺陷面對缺陷面貼合待用。

2）金屬微粒缺陷：金屬微粒使用尺寸為8 mm*8 mm*1 mm 的導電膠帶代替。首先在乙丙橡膠片的最中心位置貼1片導電膠帶，然后在水平和垂直位置32 mm 處貼4片導電膠帶，最后在平行位置的4個角上貼上導電膠帶，將另一未做缺陷處理的乙丙橡膠片貼合待用。

圖2劃傷缺陷

圖3金屬微粒缺陷

3）尖刺缺陷：制作尖刺缺陷時將尖刺保留在乙丙橡膠片上，其大小為直徑1 mm、高2 mm 的柱體，其位置在制作金屬微粒缺陷的導電膠帶的正中心。將尖刺插入到乙丙橡膠片內，插入深度為1 mm，同時將另一乙丙橡膠片貼合，其被插入深度為1 mm。

圖4尖刺缺陷

3 測試及結果分析

3.1 測試過程

本文研究乙丙橡膠片在針板電極不同電壓下的各類缺陷放電特性。

按照圖1所示的方式進行實驗，分別對劃傷缺陷、金屬微粒缺陷和尖刺缺陷在針板電極下將電壓值從0增加到5 kV。記錄每種缺陷起始放電電壓以及放電波形。

3.2 測試結果及分析

通過對劃傷缺陷進行測試，在4.02 kV 時開始得到局放起始放電，繼續加壓至局放脈沖數量明顯，得到劃傷缺陷典型放電波形。

圖5劃傷缺陷典型放電波形

劃傷缺陷典型放電波形脈沖寬度較大，且放電幅值在負半軸出現了連續雙脈沖，長時間的局放會對絕緣產生影響，最后導致擊穿。

通過對金屬微粒缺陷進行測試，在4.50 kV時開始得到局放起始放電，繼續加壓至局放脈沖數量明顯，得到金屬微粒缺陷典型放電波形。

圖6金屬微粒缺陷典型放電波形

圖7針刺缺陷典型放電波形

金屬缺陷典型放電波形脈沖表現較為正常，未出現放電幅值較大且頻繁放電的問題，在三種缺陷中對絕緣材料的影響最小。

通過對針刺微粒缺陷進行測試，在4.34 kV時開始得到局放起始放電，繼續加壓至局放脈沖數量明顯，得到針刺缺陷典型放電波形。

針刺缺陷典型放電波形脈沖寬度最窄，但放電脈沖最多，通過絕緣材料轉移到的電子最為頻繁，在三種缺陷中對絕緣材料的影響最大。

以上是針對于乙丙橡膠材料在針板電極下的實驗室條件而言，對于具體的乙丙橡膠電纜在不同缺陷下的放電特性還需要進一步研究。

4 結束語

通過對3種缺陷下的放電波形進行比較，3種缺陷下的局放起始放電電壓基本一致，劃傷缺陷脈沖寬度大，且在負半軸表現出雙脈沖的特點，而針刺缺陷表現出較為密集的放電，對材料的影響最大，金屬缺陷對材料的影響最小。