针板电极下乙丙橡胶片局放特性研究

张自勤，项恩新，陈山,3，郭俊，唐伟超，段生江

（1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明650217；2.云南电网有限责任公司德宏供电局，云南 德宏678400；3.云南电网有限责任公司楚雄大姚供电局，云南 大姚675400）

0 前言

乙丙橡胶电缆因其优良的柔韧性、防水性、耐热等特性在煤矿工作的移动设备以及机车上应用广泛[1-3]。乙丙橡胶电缆一般所处的运行环境比较恶劣，可能暴露在大湿度、强温度的环境下，在电缆经过长时间运行后发生环境条件下的老化现象，从而产生局部缺陷，在这些微小缺陷中会产生局部放电并不断增大,长此以往会对绝缘造成破坏，严重影响到了设备的安全稳定运行[4-10]。

目前已有许多关于乙丙橡胶电缆方面的研究，文献[3]研究了实验室老化条件下乙丙橡胶电缆的介电特性，文献[4]研究了乙丙橡胶绝缘材料的沿面放电特性，对于理解乙丙橡胶电缆绝缘劣化的发展规律具有重要意义。本文搭建了乙丙橡胶片加压实验平台，基于在电缆附件制作时容易产生的主绝缘划伤、半导电微粒附着在主绝缘上以及主绝缘被金属尖端刺入，分别设计了划伤缺陷、金属微粒缺陷以及尖刺缺陷，通过在这3种缺陷下进行测试得到对应的典型放电波形，发现金属微粒缺陷对材料的影响最小，针刺缺陷对材料的影响最大。

1 实验平台搭建

为研究乙丙橡胶片在针板电极不同缺陷下的放电情况，搭建了针板电极的放电实验平台。

放电实验平台如图1所示，包括可调交流电压、试验变压器、高压电阻R、分压器的两电容臂C1和C2、监测电压表V、实验装置、HFCT 和数据采集装置等，其中实验装置包括可拆卸针电极（针尖曲率半径5μm）、接地铜柱体（半径100 mm，厚度10 mm）及待测乙丙橡胶片，并将待测乙丙橡胶片浸入绝缘油中。进行该实验的原理是：通过调压器调压改变试验变压器的二次侧输出，即改变施加在针板电极上的电压，从而对乙丙橡胶试样片施以不同的电压来完成试验。与此同时，在分压器的两电容臂之间接入监测电压表来实时监测针板电极上的电压大小，HFCT采集接地线上的电流，通过同轴电缆传输至数据采集装置，其中HFCT 采样频带为15 k-20 MHz，数据采集器采样50 Ms/s。将针板电极以及乙丙橡胶试样片浸入变压器油以防止电晕发生，并通过更换乙丙橡胶试样片来完成不同试样的实验。

图1放电实验平台

2 乙丙橡胶片缺陷制作

所选用的试样为经过硫化机硫化过后的乙丙橡胶片，其尺寸为100*100*2 mm，通过在乙丙橡胶片上人工制作3种缺陷，缺陷具体情况见图2至图4。

1）划伤缺陷：在距离外边10 mm 处，使用工具刀划宽度为1 mm，深度为1 mm 的正方形沟壑，且制作两片相同的乙丙橡胶材料缺陷，将两乙丙橡胶片的缺陷面对缺陷面贴合待用。

2）金属微粒缺陷：金属微粒使用尺寸为8 mm*8 mm*1 mm 的导电胶带代替。首先在乙丙橡胶片的最中心位置贴1片导电胶带，然后在水平和垂直位置32 mm 处贴4片导电胶带，最后在平行位置的4个角上贴上导电胶带，将另一未做缺陷处理的乙丙橡胶片贴合待用。

图2划伤缺陷

图3金属微粒缺陷

3）尖刺缺陷：制作尖刺缺陷时将尖刺保留在乙丙橡胶片上，其大小为直径1 mm、高2 mm 的柱体，其位置在制作金属微粒缺陷的导电胶带的正中心。将尖刺插入到乙丙橡胶片内，插入深度为1 mm，同时将另一乙丙橡胶片贴合，其被插入深度为1 mm。

图4尖刺缺陷

3 测试及结果分析

3.1 测试过程

本文研究乙丙橡胶片在针板电极不同电压下的各类缺陷放电特性。

按照图1所示的方式进行实验，分别对划伤缺陷、金属微粒缺陷和尖刺缺陷在针板电极下将电压值从0增加到5 kV。记录每种缺陷起始放电电压以及放电波形。

3.2 测试结果及分析

通过对划伤缺陷进行测试，在4.02 kV 时开始得到局放起始放电，继续加压至局放脉冲数量明显，得到划伤缺陷典型放电波形。

图5划伤缺陷典型放电波形

划伤缺陷典型放电波形脉冲宽度较大，且放电幅值在负半轴出现了连续双脉冲，长时间的局放会对绝缘产生影响，最后导致击穿。

通过对金属微粒缺陷进行测试，在4.50 kV时开始得到局放起始放电，继续加压至局放脉冲数量明显，得到金属微粒缺陷典型放电波形。

图6金属微粒缺陷典型放电波形

图7针刺缺陷典型放电波形

金属缺陷典型放电波形脉冲表现较为正常，未出现放电幅值较大且频繁放电的问题，在三种缺陷中对绝缘材料的影响最小。

通过对针刺微粒缺陷进行测试，在4.34 kV时开始得到局放起始放电，继续加压至局放脉冲数量明显，得到针刺缺陷典型放电波形。

针刺缺陷典型放电波形脉冲宽度最窄，但放电脉冲最多，通过绝缘材料转移到的电子最为频繁，在三种缺陷中对绝缘材料的影响最大。

以上是针对于乙丙橡胶材料在针板电极下的实验室条件而言，对于具体的乙丙橡胶电缆在不同缺陷下的放电特性还需要进一步研究。

4 结束语

通过对3种缺陷下的放电波形进行比较，3种缺陷下的局放起始放电电压基本一致，划伤缺陷脉冲宽度大，且在负半轴表现出双脉冲的特点，而针刺缺陷表现出较为密集的放电，对材料的影响最大，金属缺陷对材料的影响最小。