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固體絕緣材料介電常數介質損耗測試儀應用現狀

更新時間:2023-09-14      點擊次數:626

1、固體絕緣材料的應用現狀

當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。絕緣紙分子內含有大量的無水右旋糖環和弱的C-O鍵及糖苷鍵,熱穩定性比油中的碳氫鍵弱,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(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。

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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反應(以及對紙進行醋酸處理,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εz45左右,比變壓器油的介電常數εy=2.2高出一倍以上。在電場作用下,復合絕緣中分擔的場強與介電常數成反比,故油中場強比紙板中場強高得多,而油的絕緣擊穿電壓低于紙板,因此,易在油中發生局部放電,劣化油的品質。為了使變壓器油、紙絕緣的絕緣擊穿電壓得到充分利用,降低紙板中的介電常數,可在木質纖維中摻合適當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(介電常數為2.12)纖維與木質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,新紙板的介電常數應低于3.5,而其他電氣、機械性能均無影響。

2、聚合物固體絕緣材料應用

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,分子間由結構單位或單體經由共價鍵連接在一起。高聚物的分子比低分子有機化合物的分子大得多。一般有機化合物的相對分子質量不超過1000,而高聚物的相對分子質量可高達104106。由于高聚物的相對分子質量很大,所以在物理、化學和力學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用,研究分析表明,以下幾種聚合物有良好的應用前景:

聚四氟乙烯:由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物,有優良的化學穩定性,電絕緣性良好,抗老化,能在180℃250℃的溫度下長期工作,在較寬頻率范圍內的介電常數和介電損耗都很低,而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。不溶于強酸、強堿和有機溶劑,能耐強氧化劑的腐蝕。

聚酯薄膜:長期使用溫度可達120℃,吸水率很低,電絕緣性能優良,介電常數在3.3左右,介電損耗很低,電性能在較寬的頻率范圍內比較穩定,有較高的絕緣電阻和擊穿電壓,擊穿電壓在130℃時為100MV/m,其介電常數為3.04.0,介質損耗因數為0.005%,工作溫度為60℃120℃。

聚碳酸酯可在-100℃~140℃范圍內使用,吸水率低,在較大的溫度范圍內電性能良好,介電常數約為3.1,有較高的強度和剛性,抗沖擊和耐蠕變性能優異。

2.2聚合物固體絕緣材料電氣特性試驗

變壓器用絕緣材料必須在絕緣電阻、介電常數和介質損耗擊穿電壓強度等方面滿足一定的特性,即有較低的介電常數和介質損耗,并且材料的介電常數和介質損耗隨著溫度的變化較為穩定。本文就介電常數、介質損耗因數和工頻擊穿電壓強度研究聚合物材料的性能。實驗材料為直徑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和介質損耗因素結果見圖16所示。

2.2.1介電常數與介質損耗因數測試

(1)聚四氟乙烯

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2)聚酯薄膜

 

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