固体绝缘材料热老化电气特性的研究

穆娟

摘要：油浸式变压器应用绝缘纸作为主要的绝缘材料，其不能够耐受高温。在变压器的运行温度超出了绝缘纸耐受温度的情况下，绝缘材料会逐步地变脆弱，进而降低聚合度，最终使变压器绝缘老化。而固体绝缘材料的耐高温能力与电介质大小决定了油浸式变压器的尺寸大小和容量多少。为此，本文对聚碳酸酯、聚酯薄膜、聚苯硫醚进行了试验，并且对测试的结果进行了简要地分析。

关键词：固体 绝缘材料 热老化 电气特性 测试

中图分类号：TM85 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）5（a）-0000-00

当前时期，油浸式变压器的主要绝缘材料是绝缘纸，其属于天然的纤维材料，缺少较强的耐高温性能，倘若变压器在工作的时候温度较高，那么高分子的裂变会出现，这会大大地影响其性能，进而使聚合度降低，加速绝缘纸的老化，最终降低变压器的应用寿命。

1固体绝缘材料热老化电气特性的测试

击穿场强是表征绝缘材料耐电强度之电气参数。针对变压器来讲，其绝缘材料介电常数的改变会造成主绝缘电场的分布出现变化，并且还会导致高低压绕组对匝间电容与对地电容出现变化，从而影响到 绕组波的过程。为此，针对变压器而言，绝缘材料的热稳定性和介电常数的大小非常关键。另外，所要求的变压器绝缘材料的介质损耗非常严格，倘若材料介质具备比较大的损耗，那么会造成局部的温度较高，导致击穿材料。基于外电场的影响下，对电介质损耗与极化关键参数的表述是介质损耗角与介电常数的正切，两者影响外电场的温度能够体现电介微观结构的松弛机制和极化以及其互相影响的变化规律。

为此，测试热老化之后与之前的试样，重点是测试其击穿场强、介质损耗、介电常数，以及查看这些参数基于老化时间的改变现状。我们进行观察的关键意义在于对材料是不是在老化时间之内发生迅速的改变进行确定，以及基于时间的推移而探究其规律，最终推测这一系列材料的老化寿命。

2固体绝缘材料热老化电气特性的测试结果及其研究

2.1介质损耗因数以及相对介电常数

2.1.1聚碳酸酯

针对各种热老化阶段聚碳酸酯介质损耗因数以及相对介电常数跟温度的改变关系来讲，老化前后的聚碳酸酯的相对介电常数的改变十分小，能够明确的是，化学反应导致的高分子主链断裂在聚碳酸酯老化时的影响不大。在较低温度的范围内，基于增加的老化时间，聚碳酸酯的介电常数首先变小而后变大；在高温的范围之内，老化之后材料的介电常数比没有变化情况下的都小。在老化初期和没有老化时期的材料的介电常数会在提升的温度影响下变大，之后会变小。老化初期的聚碳酸酯的介质损耗会在增加的时间的影响下变小，这属于物理变化的结果。在终结物理老化之后，会增加介质损耗，然而在进一步增加老化时间的影响下，介质损耗会不断地变小。

2.1.2聚酯薄膜

针对常温状况下聚酯薄膜相对介电常数基于老化时间的改变以及各种热老化时期介质损耗因数和介电常数基于温度的改变关系，测试的温度在20℃——130℃间的范围。室温下在老化初期聚酯薄膜的介电常数基于老化时间的增长而变大，在240小时到达最大的值，再基于进一步增加的老化时间下，介电常数的值变小。然而，在各种老化的时期，介电常数受到温度的改变而出现变化，并非受到老化时间的影响，并且在一个迅速提升的过程中出现在聚酯薄膜玻璃化温度附近。

究其原因，如此情况的引起基于物理老化和化学老化的一致影响。在老化的初始，因为提升了温度，材料的高分子构造出现支化与断裂，支化的分子长链会增加极性基团，为此取向极化会增加对介电常数的贡献，这体现为增加介电常数。基于老化的加剧，不间断地进行化学反应，高分子材料的分子构造不断地支化与断裂，这会增大介电常数。并且，也在进行物理老化，借助链段运动的物理老化会减小自由体积，进而增加材料的密度，这种情况下会增大取向极化的难度，最终减小了取向极化对介电常数的贡献。为此，在持续增加老化时间之后，介电常数会减小。针对老化前后聚酯薄膜介质损耗因素的改变能够明确的是，在增加老化时间的影响下，材料的介质损耗降低。在比较低的温度条件下，各种阶段的老化时间的介质损耗存在较小的不同，在较高温度的条件下则存在较大的不同，此规律也体现在相对介电常数中。这更加体现了关于物理老化所影响到的材料介电性能。在物理老化之后，增加了取向极化的难度，为此，减小了介质损耗与介电常数的损耗。尽管在各种老化的时间下，因为高分子链解裂，导致含量差异习惯的极性基团，可是因为增加了密度，所以难以出现取向极化，各种老化时间下，介质损耗和介电常数的不同体现得不显著。然而在高温的情况下，分子的运动降低了分子之间的作用力，进而降低了出现取向极化的困难，这种情况下增加了取向极化对介电常数的贡献，增加了极化损耗，各种老化时间下，介质损耗和介电常数间存在比较大的不同之处。

2.1.3聚苯硫醚

针对各种热老化时期聚苯硫醚介质损耗和介电常数基于温度的改变来讲，其介电常数基于温度的改变而出现了显著的变化。在低温区，老化初期的介电常数基于增加的老化时间而增大，然而基于进行的老化，降低了介电常数增加的幅度。在高温区，介电常数在增加的温度影响下增大，且斜率的变化规律是变大后变小。老化之后的聚苯硫醚的温度和介质损耗因数间的联系也出现了非常大的变化。先是在高温区的介质损耗因数的最大值降低，再者是向高温区移动了大概20℃的最大值的温度。基于老化时间的改变，介质损耗类似于相对介电常数。在高温区，老化时间最长的介质损耗最小，而480h的老化时间的介质损耗最大，老化时间最长的材料仅仅具备一个峰值，在130℃的时候不再升高介质损耗。

2.1.4绝缘纸

针对没有老化的绝缘纸的介质损耗因数和介电常数跟温度之间的联系来讲，老化绝缘纸的介质损耗因数和介电常数在升高的温度影响下而增大。跟前几种聚合物试样的测试结果进行比较，能够发现没有老化的醚材料的介质损耗因数是最大的。比较低的介电常数可以使油纸绝缘当中分布的电场大大地优化，以及使油浸式变压器的工作状况优化，比较低的介质损耗因数可以使输变电装置的发热降低。

2.2工频击穿场强

在老化前后，三种聚合物材料的击穿场强存在比较小的改变，而聚碳酸酯是稍微提升，聚苯硫醚与聚酯薄膜都降低，其范围变化不大。在热老化720h之后，击穿场强会大大地降低，而在1440h之后，向没有老化的值附件恢复。

3 结语

总而言之，纵观聚苯硫醚、聚酯薄膜、聚碳酸酯这几种材料的聚合物三种材料的热老化前后的介电特性改变现状，能够明确的是常用绝缘纸板的替换材料是聚碳酸酯。

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