阻燃交联聚烯烃高温绝缘电阻测量研究

宋成伟，张小辉

（1.辽宁省产品质量监督检验院（国家电线电缆中心（辽宁）），辽宁 沈阳 110022；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

阻燃交联聚烯烃高温绝缘电阻测量研究

宋成伟1，张小辉2

（1.辽宁省产品质量监督检验院（国家电线电缆中心（辽宁）），辽宁 沈阳 110022；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

分析了阻燃交联聚烯烃绝缘材料的电导机理以及高温绝缘电阻的测量模型。分别采用正接法和反接法测试，根据测量结果，确定合理的测量方式。

高温绝缘电阻；阻燃交联聚烯烃；电介质；正接法；反接法

阻燃交联聚烯烃绝缘材料通过烯烃类基体材料配合阻燃剂共混，在一定温度下由交联剂及交联引发产生聚烯烃自由基，从而发生一系列快速聚合反应，生成具有三维网状结构的交联聚烯烃，使链段间形成C⁃C键，增强了高分子链段间、分子间的作用力，增大了离子、自由电子迁移的势垒。同时，交联使离子的活化能提高，体现出了较高的极限使用温度［1］。将绝缘材料长期使用的极限温度进行分类，按照温度大小排列分别为：Y、A、E、B、F、H和 C。其允许工作温度分别为：90℃、105℃、120℃、130℃、155℃、180℃和180℃以上［2］，因此，长期使用的极限温度A级以上绝缘结构必须采用耐高温线缆。产品标准 JB/T 10491、UL subject758⁃style3478/tyle3271均采用阻燃交联聚烯烃绝缘材料作为绝缘介质。

绝缘电阻是反映电线电缆产品绝缘特性的主要指标，它反映了线缆产品承受电击穿或热击穿能力的大小，与绝缘的介质损耗以及绝缘材料在工作状态下的逐步劣化等均存在极为密切的关系，在高温下绝缘系统电介质材料中的离子、自由电子在热的作用下，迁移的势垒改变，电导增大，进而引发热击穿或材料加速老化。固体绝缘电介质的电导是由于电介质基本物质以及其中所含杂质的离子热离解所引起的，离子的热离解能力随着温度的升高而增大，导致绝缘介质绝缘电阻降低，并且随温度呈指数变化［3］。高温时绝缘材料的绝缘电阻测量变得十分有必要，更能表征材料在使用温度下的介电性能。

1 阻燃交联聚烯烃高温绝缘电阻电导电流机理分析

绝缘系统中绝缘材料（电介质）是不导电的物质，但并不是绝对的不导电，在直流电压作用下，电介质中有微弱的电流流过。在电场作用下，电解质能产生电流是由于电介质中存在能自由迁移的带电粒子，称为载流子。载流子在电场作用下（正电荷沿电场方向，负电荷沿电场反方向）定向移动形成电流。固体绝缘中的载流子，包括离子和电子，在弱电场作用下，主要是离子电导。对非晶有机固体电介质而言，通常不存在本征离子，导电离子来源于杂质［3-4］。烯烃类基体材料呈现一定的结晶性，但共混交联后，破坏了结晶性，成为非结晶有机固体电介质，同时，阻燃交联聚烯烃绝缘材料中添加阻燃剂，各种加工助剂之类的物质［5］，而且在原材料的运输、储存中，可能还会掺有杂质，因此，阻燃交联聚烯烃电线中离子电导占主要部分。

2 试验部分

2.1 试验设备及材料

仪器为ZC-90E绝缘电阻测试仪、烘箱；试验样品为WDZ-DCYJ-135，0.5 mm2，长度10 m；材料为铜丝编织网、耐高温聚酯薄膜带、电木板。

2.2 制样

根据标准截取试样1.4 m，采用铜丝编织网套紧在中部1 m长的位置上，同时，采用耐高温聚脂薄膜缠绕紧实，使铜丝编织网紧密地与电线接触。以导体、铜编织网为电极，当施加直流电压时，就会形成同轴圆柱直流电场。为了防止消除表面电阻对测量数据的影响，在铜丝编织网两端距离1 mm处绑扎铜丝编织网，绑扎长度为10 mm［6］。测试样品制取如图1所示，分别在铜编织电极、保护电极接引出线，以备测量和接地使用。

图1 测试样品制取示意图

2.3 测试仪器及接线方式

电线电缆绝缘电阻测量原理采用直流比较法和电压—电流法［7］，直流比较法的测量范围为105～2 ×1015，电压—电流法测量范围为104～2×1016。本次研究采用电压—电流法也称为伏安法，制取试验样品示意图如图1所示，可以看出测量结构模型近似三电极结构，测试基本原理如图2所示。

图2 测量体积电阻的伏安法原理图

测试仪器目前有悬浮输出和非悬浮输出两类，而接线方式分为正接法和反接法。对于悬浮输出类设备，高压输出端对地悬浮，在采用水浴作为电极测量90℃及以下绝缘电阻时，宜采用悬浮输出类，采用反接线法消除干扰电流，提高测量准确性。而高温绝缘（＞90℃）时，在加热烘箱内进行测量，不存在水电极对地呈负极性微电流，空气是由氧、氮、水蒸气、二氧化碳等多种气体组成的气体混合物，在正常情况下，气体分子不带电（显中性），但在高温下，受热或强电场的作用下，空气中的气体分子会失去一些电子，即所谓空气热电离，存在空间电荷，并随着温度的升高，空间电荷增多［8］。在测量高电阻电介质时，除了外界的电磁干扰外，空气中空间电荷也会带来干扰，在高绝缘电阻测量试验中，人随意走动会带来测试结果的波动，空间电荷流入测量系统。

采用型号为ZC-90E的绝缘电阻测试仪，该测试仪可以工作于对地悬浮状态，即输出端对地悬浮，输出电压为100 V、250 V、500 V、1000 V。本文采用了正接法和反接法两种接线方式进行测量，接线方式如图3所示。

图3 测量接线方式

3 测量步骤

将电木板放于烘箱内，将制作好的样品放于电木板之上，将测量接线在烘箱测量空引出，将保护电极引出线与箱体连接直接接至实验室接地盒，形成屏蔽空间，防止箱体外空间电荷及电磁干扰。

试验烘箱升温至135℃，温度波动范围为±2℃，置于该温度下2 h。采用绝缘电阻测试仪（ZC -90E），通过正接法和反接法分别测量，测试电压为250 V，1 min读数，每次测量间隔为30 min，测量一次数据后，将被测量系统短接，有助于极化电荷的复合，达到充分放电，防止累积电荷对其测量数据的影响。

4 数据分析

利用不同接线方式，即正接法和反接法分别对试样进行测量，测量数据如表1所示。

表1 不同接线方式测得的绝缘电阻 107Ω

从测量数据可以看出，反接法测量系统数值要略高于正接法测量系统。正接法和反接法的区别在于2个（内、外）极板电极极性的改变和测量端与热空气直接接触及与热空气隔离。在研究测试中，绝缘电阻的测量电压采用直流电压，绝缘介质内部属于直流静电场，在极板的两侧积累了不同的正、负电荷，由于空气在高温下，分子运动加速，增大碰撞几率，空气电离度增大，增加了空间电荷，空间电荷定向流动形成干扰电流引入到测量系统中。

5 结束语

对低烟无卤交联绝缘烯烃绝缘系统高温绝缘电阻的电导机理以及对其高温绝缘电阻的测量，提出了包括试样制备、测量设备和接线方式的具体方案。通过试验数据给出建议，针对悬浮输出测量设备应采用反接法接线，以降低空间电荷的干扰，提高测量准确性。

［1］家田正之.电气绝缘工学及其在电气设备中的应用 ［M］.北京：机械工业出版社，1982：39-77.

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［8］王继梅，冀志江，隋同波，等.空气负离子与温湿度的关系 ［J］.环境科学研究，2004，17（2）：68-70.

Study on Measurement of High⁃temperature Insulation Resistance of Flame Retardant XLPO

SONG Chengwei1，ZHANG Xiaohui2
（Liaoning Institute of Product Quality Supervision＆Insperction，National Quality Supervision and Testing Center for Cable and Wire（Liaoning）），Shenyang，Liaoning 110022，China；2.Electric Power Researoh Instituee of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

The paper analyzes the electrical conductivity mechanism of flame retardant XLPO insulation and the measurement model of high⁃temperature insulation resistance.Positive connection method and opposition connection method are used on test of the insulation resistance，different connection has different measurement results.The reasonable measurement method is also proposed is this paper.

high⁃temperature insulation resistance；flame retardant XLPO；dielectric；positive connection method；opposition con⁃nection method

TM934.1

A

1004-7913（2017）03-0013-03

宋成伟（1982），男，硕士，工程师，从事电线电缆绝缘结构及检验、检测技术研究。

2016-12-21）