固體絕緣材料熱老化電氣特性的研究

穆娟

摘要：油浸式變壓器應用絕緣紙作為主要的絕緣材料，其不能夠耐受高溫。在變壓器的運行溫度超出了絕緣紙耐受溫度的情況下，絕緣材料會逐步地變脆弱，進而降低聚合度，最終使變壓器絕緣老化。而固體絕緣材料的耐高溫能力與電介質大小決定了油浸式變壓器的尺寸大小和容量多少。為此，本文對聚碳酸酯、聚酯薄膜、聚苯硫醚進行了試驗，并且對測試的結果進行了簡要地分析。

關鍵詞：固體 絕緣材料 熱老化 電氣特性 測試

中圖分類號：TM85 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）5（a）-0000-00

當前時期，油浸式變壓器的主要絕緣材料是絕緣紙，其屬于天然的纖維材料，缺少較強的耐高溫性能，倘若變壓器在工作的時候溫度較高，那么高分子的裂變會出現，這會大大地影響其性能，進而使聚合度降低，加速絕緣紙的老化，最終降低變壓器的應用壽命。

1固體絕緣材料熱老化電氣特性的測試

擊穿場強是表征絕緣材料耐電強度之電氣參數。針對變壓器來講，其絕緣材料介電常數的改變會造成主絕緣電場的分布出現變化，并且還會導致高低壓繞組對匝間電容與對地電容出現變化，從而影響到 繞組波的過程。為此，針對變壓器而言，絕緣材料的熱穩定性和介電常數的大小非常關鍵。另外，所要求的變壓器絕緣材料的介質損耗非常嚴格，倘若材料介質具備比較大的損耗，那么會造成局部的溫度較高，導致擊穿材料。基于外電場的影響下，對電介質損耗與極化關鍵參數的表述是介質損耗角與介電常數的正切，兩者影響外電場的溫度能夠體現電介微觀結構的松弛機制和極化以及其互相影響的變化規律。

為此，測試熱老化之后與之前的試樣，重點是測試其擊穿場強、介質損耗、介電常數，以及查看這些參數基于老化時間的改變現狀。我們進行觀察的關鍵意義在于對材料是不是在老化時間之內發生迅速的改變進行確定，以及基于時間的推移而探究其規律，最終推測這一系列材料的老化壽命。

2固體絕緣材料熱老化電氣特性的測試結果及其研究

2.1介質損耗因數以及相對介電常數

2.1.1聚碳酸酯

針對各種熱老化階段聚碳酸酯介質損耗因數以及相對介電常數跟溫度的改變關系來講，老化前后的聚碳酸酯的相對介電常數的改變十分小，能夠明確的是，化學反應導致的高分子主鏈斷裂在聚碳酸酯老化時的影響不大。在較低溫度的范圍內，基于增加的老化時間，聚碳酸酯的介電常數首先變小而后變大；在高溫的范圍之內，老化之后材料的介電常數比沒有變化情況下的都小。在老化初期和沒有老化時期的材料的介電常數會在提升的溫度影響下變大，之后會變小。老化初期的聚碳酸酯的介質損耗會在增加的時間的影響下變小，這屬于物理變化的結果。在終結物理老化之后，會增加介質損耗，然而在進一步增加老化時間的影響下，介質損耗會不斷地變小。

2.1.2聚酯薄膜

針對常溫狀況下聚酯薄膜相對介電常數基于老化時間的改變以及各種熱老化時期介質損耗因數和介電常數基于溫度的改變關系，測試的溫度在20℃——130℃間的范圍。室溫下在老化初期聚酯薄膜的介電常數基于老化時間的增長而變大，在240小時到達最大的值，再基于進一步增加的老化時間下，介電常數的值變小。然而，在各種老化的時期，介電常數受到溫度的改變而出現變化，并非受到老化時間的影響，并且在一個迅速提升的過程中出現在聚酯薄膜玻璃化溫度附近。

究其原因，如此情況的引起基于物理老化和化學老化的一致影響。在老化的初始，因為提升了溫度，材料的高分子構造出現支化與斷裂，支化的分子長鏈會增加極性基團，為此取向極化會增加對介電常數的貢獻，這體現為增加介電常數。基于老化的加劇，不間斷地進行化學反應，高分子材料的分子構造不斷地支化與斷裂，這會增大介電常數。并且，也在進行物理老化，借助鏈段運動的物理老化會減小自由體積，進而增加材料的密度，這種情況下會增大取向極化的難度，最終減小了取向極化對介電常數的貢獻。為此，在持續增加老化時間之后，介電常數會減小。針對老化前后聚酯薄膜介質損耗因素的改變能夠明確的是，在增加老化時間的影響下，材料的介質損耗降低。在比較低的溫度條件下，各種階段的老化時間的介質損耗存在較小的不同，在較高溫度的條件下則存在較大的不同，此規律也體現在相對介電常數中。這更加體現了關于物理老化所影響到的材料介電性能。在物理老化之后，增加了取向極化的難度，為此，減小了介質損耗與介電常數的損耗。盡管在各種老化的時間下，因為高分子鏈解裂，導致含量差異習慣的極性基團，可是因為增加了密度，所以難以出現取向極化，各種老化時間下，介質損耗和介電常數的不同體現得不顯著。然而在高溫的情況下，分子的運動降低了分子之間的作用力，進而降低了出現取向極化的困難，這種情況下增加了取向極化對介電常數的貢獻，增加了極化損耗，各種老化時間下，介質損耗和介電常數間存在比較大的不同之處。

2.1.3聚苯硫醚

針對各種熱老化時期聚苯硫醚介質損耗和介電常數基于溫度的改變來講，其介電常數基于溫度的改變而出現了顯著的變化。在低溫區，老化初期的介電常數基于增加的老化時間而增大，然而基于進行的老化，降低了介電常數增加的幅度。在高溫區，介電常數在增加的溫度影響下增大，且斜率的變化規律是變大后變小。老化之后的聚苯硫醚的溫度和介質損耗因數間的聯系也出現了非常大的變化。先是在高溫區的介質損耗因數的最大值降低，再者是向高溫區移動了大概20℃的最大值的溫度。基于老化時間的改變，介質損耗類似于相對介電常數。在高溫區，老化時間最長的介質損耗最小，而480h的老化時間的介質損耗最大，老化時間最長的材料僅僅具備一個峰值，在130℃的時候不再升高介質損耗。

2.1.4絕緣紙

針對沒有老化的絕緣紙的介質損耗因數和介電常數跟溫度之間的聯系來講，老化絕緣紙的介質損耗因數和介電常數在升高的溫度影響下而增大。跟前幾種聚合物試樣的測試結果進行比較，能夠發現沒有老化的醚材料的介質損耗因數是最大的。比較低的介電常數可以使油紙絕緣當中分布的電場大大地優化，以及使油浸式變壓器的工作狀況優化，比較低的介質損耗因數可以使輸變電裝置的發熱降低。

2.2工頻擊穿場強

在老化前后，三種聚合物材料的擊穿場強存在比較小的改變，而聚碳酸酯是稍微提升，聚苯硫醚與聚酯薄膜都降低，其范圍變化不大。在熱老化720h之后，擊穿場強會大大地降低，而在1440h之后，向沒有老化的值附件恢復。

3 結語

總而言之，縱觀聚苯硫醚、聚酯薄膜、聚碳酸酯這幾種材料的聚合物三種材料的熱老化前后的介電特性改變現狀，能夠明確的是常用絕緣紙板的替換材料是聚碳酸酯。

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