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固體絕緣材料介電常數(shù)與介電強(qiáng)度在各行業(yè)的應(yīng)用

閱讀:2237發(fā)布時間:2023-4-7

1、固體絕緣材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前在油浸式變壓器中普遍使用絕緣紙以及絕緣紙板作為基本絕緣絕緣紙的主要成分是纖維素絕緣紙分子內(nèi)含有大量的無水右旋糖環(huán)和弱的C-O鍵及糖苷鍵,,熱穩(wěn)定性比油中的碳?xì)滏I弱,,并能在較低的溫度下重新化合,。聚合物裂解的有效溫度高于105℃聚合物熱解(全裂解和碳化)溫度高于300℃生成水的同時,,生成大量的COCO2及少量烴類氣體和糠醛化合物,。

目前在油浸式電力變壓器中常用的固體絕緣有電話紙皺紋紙和絕緣紙板,。為了提高絕緣紙的耐熱性,,國外在絕緣紙改性方面做了大量研究工作出現(xiàn)了多種改性的耐熱絕緣紙,。如將紙漿在有堿性觸媒的條件下使纖維素與氰乙烯起化學(xué)反應(yīng)(以及對紙進(jìn)行醋酸處理,,即在紙漿中加入35%左右醋酸)可得到耐熱性大為提高的絕緣紙,。在普通的纖維分子中,,最容易老化的是第一羥基而在氰化紙中,,第一羥基被氰乙烯置換了,。研究表明經(jīng)氰化處理的絕緣紙,,使用溫度可提高20℃,,如果使用溫度不變則可延長使用壽命,,并且采用這種紙可減輕變壓器的重量,。還有在紙漿中添加一系列安定劑的方法來提高絕緣紙的熱穩(wěn)定性如用一種或多種含氮化合物改性天然纖維提高纖維中的含氮量,,使天然纖維穿上一層含氮的隔熱服",,從而防止纖維素氧化降解

日本還研制了各種改良的絕緣紙板,。考慮到絕緣紙和絕緣紙板的介電常數(shù)εz45左右,,比變壓器油的介電常數(shù)εy=2.2高出一倍以上在電場作用下,,復(fù)合絕緣中分擔(dān)的場強(qiáng)與介電常數(shù)成反比,,故油中場強(qiáng)比紙板中場強(qiáng)高得多,,而油的電氣強(qiáng)度低于紙板因此,,易在油中發(fā)生局部放電,,劣化油的品質(zhì)為了使變壓器油,、紙絕緣的電氣強(qiáng)度得到充分利用,,降低紙板中的介電常數(shù)可在木質(zhì)纖維中摻合適當(dāng)組分的合成樹脂纖維制成紙板,。目前采用的合成樹脂為聚甲烯戊烷(介電常數(shù)為2.12)纖維與木質(zhì)纖維摻合成原料制成白紙板,,稱為PMP紙板PMP紙板中摻合樹脂纖維一般在15%左右,,新紙板的介電常數(shù)應(yīng)低于3.5,,而其他電氣機(jī)械性能均無影響,。

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2,、聚合物固體絕緣材料應(yīng)用

2.1聚合物固體絕緣材料簡述

聚合物是指具有非常大的分子量的化合物,分子間由結(jié)構(gòu)單位或單體經(jīng)由共價(jià)鍵連接在一起,。高聚物的分子比低分子有機(jī)化合物的分子大得多,。一般有機(jī)化合物的相對分子質(zhì)量不超過1000而高聚物的相對分子質(zhì)量可高達(dá)104106,。由于高聚物的相對分子質(zhì)量很大,,所以在物理化學(xué)和力學(xué)性能上與低分子化合物有很大差異,。常用的6種聚合物是聚乙烯,、聚丙烯聚氯乙烯,、聚對苯二甲酸乙二酯,、聚苯乙烯和聚碳酸酯6種材料占了聚合物與塑膠材料98%的比例,。聚合物材料還沒有在油浸式變壓器中廣泛應(yīng)用,,研究分析表明以下幾種聚合物有良好的應(yīng)用前景:

聚四氟乙烯:由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物,,有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性,,電絕緣性良好抗老化,,能在180℃250℃的溫度下長期工作,,在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低而且擊穿電壓,、體積電阻率和耐電弧性都較高,。不溶于強(qiáng)酸,、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑能耐強(qiáng)氧化劑的腐蝕,。

聚酯薄膜:長期使用溫度可達(dá)120℃,,吸水率很低電絕緣性能優(yōu)良,,介電常數(shù)在3.3左右,,介電損耗很低電性能在較寬的頻率范圍內(nèi)比較穩(wěn)定,,有較高的絕緣電阻和擊穿電壓,,擊穿電壓在130℃時為100MV/m其介電常數(shù)為3.04.0,,介質(zhì)損耗因數(shù)為0.005%,,工作溫度為60℃120℃,。

聚碳酸酯可在-100℃~140℃范圍內(nèi)使用,,吸水率低在較大的溫度范圍內(nèi)電性能良好,,介電常數(shù)約為3.1,,有較高的強(qiáng)度和剛性抗沖擊和耐蠕變性能優(yōu)異,。

2.2聚合物固體絕緣材料電氣特性試驗(yàn)

變壓器用絕緣材料必須在絕緣電阻介電常數(shù)和介質(zhì)損耗擊穿強(qiáng)度等方面滿足一定的特性,,即有較低的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗,,并且材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗隨著溫度的變化較為穩(wěn)定本文就介電常數(shù),、介質(zhì)損耗因數(shù)和工頻擊穿強(qiáng)度研究聚合物材料的性能,。實(shí)驗(yàn)材料為直徑15mm厚度0.5mm的聚酯薄膜,、聚碳酸酯和聚四氟乙烯圓形薄片,。分別測試材料介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因素結(jié)果見圖16所示

2.2.1介電常數(shù)與介質(zhì)損耗因數(shù)測試

(1)聚四氟乙烯

image.png 

 

2)聚酯薄膜

 

image.png 

image.png 

2.2.2擊穿強(qiáng)度測試

擊穿強(qiáng)度表征的是絕緣材料的固有特性,,但是由于在直流、工頻和脈沖電壓下電介質(zhì)擊穿的機(jī)理各不相同,,其相應(yīng)的擊穿強(qiáng)度就存在很多的差異,。一般認(rèn)為工頻電壓對絕緣材料的考驗(yàn)要比直流和脈沖嚴(yán)格因此在本論文中只研究絕緣材料的工頻擊穿強(qiáng)度,。

在聚合物電老化的過程中聚合物材料將會發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)變化,,引入更多的缺陷導(dǎo)致擊穿強(qiáng)度下降,。

考慮到試樣本身性能的分散性和擊穿實(shí)驗(yàn)中各種偶然因素的影響每一種試樣取了5,,5個試樣擊穿強(qiáng)度的算術(shù)平均值作為材料的擊穿強(qiáng)度,。

實(shí)驗(yàn)時升壓方式選擇的是逐級升壓法對于所選的4種聚合物材料,,嚴(yán)格按照GBT_1408.1-2006_絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法第1部分_工頻下試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,。測試結(jié)果如表1所示測試溫度為常溫,。

image.png 

3,、結(jié)論

(1)在常溫下,,聚四氟乙烯,、聚酯薄膜和聚碳酸酯的基本電氣參數(shù)都比絕緣紙好,聚酯薄膜在90°左右介電常數(shù)和介質(zhì)損耗明顯增大,,聚四氟乙烯和聚碳酸酯的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗基本不受溫度影響,。

(2)研究發(fā)現(xiàn)在變壓器油中熱老化后,,聚四氟乙烯的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗均增大;聚酯薄膜和聚碳酸酯的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗均減小,。聚四氟乙烯聚酯薄膜,、擊穿強(qiáng)度均降低;聚碳酸酯的擊穿強(qiáng)度提高,。


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