對比分析兩種薄膜材料的工頻擊穿電壓

1試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)材料

PC薄膜、PET薄膜和芳香纖維絕緣紙均由杜邦公司生產(chǎn)，厚度均為0.5mm。PC薄膜可在-100～125℃內(nèi)使用，吸水率低，能在較大的溫度范圍內(nèi)保持良好的電性能，相對介電常數(shù)約為3.1。PET薄膜具有較高的絕緣電阻和擊穿電壓，其擊穿電壓在130℃時(shí)為100MV/m，其介電常數(shù)為3.0～3.4，介質(zhì)損耗因數(shù)為0.005%，工作溫度為-60～120℃；絕緣紙，NOMEX410型，經(jīng)過軋光，具有較高的固有介電強(qiáng)度、機(jī)械韌性、柔性和回彈性，與變壓器油構(gòu)成油紙復(fù)合絕緣，其相對介電常數(shù)為4；試驗(yàn)礦物油，25號昆侖變壓器油，中國石油天然氣股份有限公司克拉瑪依潤滑油廠生產(chǎn)，其閃點(diǎn)大約為140℃。

1.2工頻擊穿電壓試驗(yàn)

擊穿電壓按照GB/T1408.1—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)》進(jìn)行測試。采用變壓器油作為周圍媒質(zhì)，測試3種材料在電熱老化不同階段的工頻擊穿電壓，試驗(yàn)電極選擇等直徑（?25mm）電極。

2結(jié)果與討論

2.1擊穿電壓

90℃、110℃以及130℃3個(gè)老化溫度下，絕緣紙、PC薄膜、PET薄膜的工頻擊穿電壓隨老化時(shí)間的變化規(guī)律分別如圖2～4所示。

從圖2可以看出，芳香纖維絕緣紙?jiān)?/span>90℃、110℃以及130℃3個(gè)老化溫度下，擊穿電壓隨老化溫度的變化是波動的，沒有單調(diào)的增長或降低趨勢。老化初期3個(gè)老化溫度下的擊穿電壓均有不同程度的降低，90℃老化后的擊穿電壓降低最小，130℃老化后的擊穿電壓降低最多；隨著老化時(shí)間的延長，擊穿電壓呈時(shí)升時(shí)降的波動變化，但是波動范圍很小。老化300天后3個(gè)老化溫度下油浸芳香纖維絕緣紙的擊穿電壓仍然很高，較未老化時(shí)的擊穿電壓降幅不超過1.2kV。其原因是浸油后的芳香纖維絕緣紙與變壓器油組成了油-紙復(fù)合絕緣系統(tǒng)，而芳香纖維絕緣紙和變壓器油介電常數(shù)相差較大，隨著老化時(shí)間的延長，芳香纖維絕緣紙自身纖維的變化導(dǎo)致其浸油率的變化，進(jìn)而影響油紙絕緣系統(tǒng)內(nèi)電場分布情況的變化，導(dǎo)致其擊穿電壓受絕緣破壞程度和老化溫度的影響較小。

從圖3可以看出，PC薄膜的擊穿電壓在老化初期隨著老化溫度升高而降低；在老化中后期情況相反，隨著老化時(shí)間的延長，130℃老化試樣的擊穿電壓最大，90℃老化試樣的擊穿電壓最小。130℃老化試樣的擊穿電壓隨老化時(shí)間的延長呈先降低后上升最后穩(wěn)定在21.6kV左右；90℃與110℃老化試樣的擊穿電壓隨老化時(shí)間的延長有上下波動的現(xiàn)象，波動幅度很小。其原因是聚碳酸酯具有較好的耐高溫性能，90℃和110℃基本沒有老化，材料浸油并不明顯；130℃下其絕緣結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，浸油率增加引起擊穿電壓升高。

從圖4可以看出，3個(gè)不同老化溫度下PET薄膜擊穿電壓隨老化時(shí)間的增加均先減小后增大，老化300天后3個(gè)溫度下擊穿電壓差別不大。隨著老化時(shí)間的延長，絕緣結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，浸油率的變化導(dǎo)致了上述結(jié)果。

比較圖2～4，3個(gè)老化溫度下3種材料在老化前期（0～90天）的擊穿電壓均下降，老化中后期（120～300天）的擊穿電壓呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢。這是由于老化前期材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本沒有發(fā)生變化，且浸油不夠充分，內(nèi)部仍有較多擊穿電壓較低的氣隙，而材料本身發(fā)生部分老化，因此擊穿電壓較未老化時(shí)降低；老化中后期絕緣材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了不同程度的破壞，增加了材料的浸油率，使氣隙變成了具有較高擊穿電壓的“油隙"，改善了油-絕緣材料的電場分布，提高了絕緣系統(tǒng)的起暈電壓，隨著老化程度的增加其擊穿電壓并沒有明顯降低，因此擊穿電壓不能用來作為表征絕緣材料老化程度的參量。但絕緣材料擊穿電壓的高低可以直接表征其電氣強(qiáng)度，未老化時(shí)3種絕緣材料的擊穿電壓誤差范圍為±5%。3個(gè)老化溫度下老化后聚碳酸酯的擊穿電壓最大，芳香纖維絕緣紙次之，聚酯薄膜最小。因此，聚碳酸酯薄膜具有更好的電氣強(qiáng)度。