針板電極下乙丙橡膠片局放特性研究

張自勤，項(xiàng)恩新，陳山,3，郭俊，唐偉超，段生江

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明650217；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司德宏供電局，云南 德宏678400；3.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄大姚供電局，云南 大姚675400）

0 前言

乙丙橡膠電纜因其優(yōu)良的柔韌性、防水性、耐熱等特性在煤礦工作的移動設(shè)備以及機(jī)車上應(yīng)用廣泛[1-3]。乙丙橡膠電纜一般所處的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，可能暴露在大濕度、強(qiáng)溫度的環(huán)境下，在電纜經(jīng)過長時間運(yùn)行后發(fā)生環(huán)境條件下的老化現(xiàn)象，從而產(chǎn)生局部缺陷，在這些微小缺陷中會產(chǎn)生局部放電并不斷增大,長此以往會對絕緣造成破壞，嚴(yán)重影響到了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行[4-10]。

目前已有許多關(guān)于乙丙橡膠電纜方面的研究，文獻(xiàn)[3]研究了實(shí)驗(yàn)室老化條件下乙丙橡膠電纜的介電特性，文獻(xiàn)[4]研究了乙丙橡膠絕緣材料的沿面放電特性，對于理解乙丙橡膠電纜絕緣劣化的發(fā)展規(guī)律具有重要意義。本文搭建了乙丙橡膠片加壓實(shí)驗(yàn)平臺，基于在電纜附件制作時容易產(chǎn)生的主絕緣劃傷、半導(dǎo)電微粒附著在主絕緣上以及主絕緣被金屬尖端刺入，分別設(shè)計了劃傷缺陷、金屬微粒缺陷以及尖刺缺陷，通過在這3種缺陷下進(jìn)行測試得到對應(yīng)的典型放電波形，發(fā)現(xiàn)金屬微粒缺陷對材料的影響最小，針刺缺陷對材料的影響最大。

1 實(shí)驗(yàn)平臺搭建

為研究乙丙橡膠片在針板電極不同缺陷下的放電情況，搭建了針板電極的放電實(shí)驗(yàn)平臺。

放電實(shí)驗(yàn)平臺如圖1所示，包括可調(diào)交流電壓、試驗(yàn)變壓器、高壓電阻R、分壓器的兩電容臂C1和C2、監(jiān)測電壓表V、實(shí)驗(yàn)裝置、HFCT 和數(shù)據(jù)采集裝置等，其中實(shí)驗(yàn)裝置包括可拆卸針電極（針尖曲率半徑5μm）、接地銅柱體（半徑100 mm，厚度10 mm）及待測乙丙橡膠片，并將待測乙丙橡膠片浸入絕緣油中。進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的原理是：通過調(diào)壓器調(diào)壓改變試驗(yàn)變壓器的二次側(cè)輸出，即改變施加在針板電極上的電壓，從而對乙丙橡膠試樣片施以不同的電壓來完成試驗(yàn)。與此同時，在分壓器的兩電容臂之間接入監(jiān)測電壓表來實(shí)時監(jiān)測針板電極上的電壓大小，HFCT采集接地線上的電流，通過同軸電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集裝置，其中HFCT 采樣頻帶為15 k-20 MHz，數(shù)據(jù)采集器采樣50 Ms/s。將針板電極以及乙丙橡膠試樣片浸入變壓器油以防止電暈發(fā)生，并通過更換乙丙橡膠試樣片來完成不同試樣的實(shí)驗(yàn)。

圖1放電實(shí)驗(yàn)平臺

2 乙丙橡膠片缺陷制作

所選用的試樣為經(jīng)過硫化機(jī)硫化過后的乙丙橡膠片，其尺寸為100*100*2 mm，通過在乙丙橡膠片上人工制作3種缺陷，缺陷具體情況見圖2至圖4。

1）劃傷缺陷：在距離外邊10 mm 處，使用工具刀劃寬度為1 mm，深度為1 mm 的正方形溝壑，且制作兩片相同的乙丙橡膠材料缺陷，將兩乙丙橡膠片的缺陷面對缺陷面貼合待用。

2）金屬微粒缺陷：金屬微粒使用尺寸為8 mm*8 mm*1 mm 的導(dǎo)電膠帶代替。首先在乙丙橡膠片的最中心位置貼1片導(dǎo)電膠帶，然后在水平和垂直位置32 mm 處貼4片導(dǎo)電膠帶，最后在平行位置的4個角上貼上導(dǎo)電膠帶，將另一未做缺陷處理的乙丙橡膠片貼合待用。

圖2劃傷缺陷

圖3金屬微粒缺陷

3）尖刺缺陷：制作尖刺缺陷時將尖刺保留在乙丙橡膠片上，其大小為直徑1 mm、高2 mm 的柱體，其位置在制作金屬微粒缺陷的導(dǎo)電膠帶的正中心。將尖刺插入到乙丙橡膠片內(nèi)，插入深度為1 mm，同時將另一乙丙橡膠片貼合，其被插入深度為1 mm。

圖4尖刺缺陷

3 測試及結(jié)果分析

3.1 測試過程

本文研究乙丙橡膠片在針板電極不同電壓下的各類缺陷放電特性。

按照圖1所示的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別對劃傷缺陷、金屬微粒缺陷和尖刺缺陷在針板電極下將電壓值從0增加到5 kV。記錄每種缺陷起始放電電壓以及放電波形。

3.2 測試結(jié)果及分析

通過對劃傷缺陷進(jìn)行測試，在4.02 kV 時開始得到局放起始放電，繼續(xù)加壓至局放脈沖數(shù)量明顯，得到劃傷缺陷典型放電波形。

圖5劃傷缺陷典型放電波形

劃傷缺陷典型放電波形脈沖寬度較大，且放電幅值在負(fù)半軸出現(xiàn)了連續(xù)雙脈沖，長時間的局放會對絕緣產(chǎn)生影響，最后導(dǎo)致?lián)舸?/p>

通過對金屬微粒缺陷進(jìn)行測試，在4.50 kV時開始得到局放起始放電，繼續(xù)加壓至局放脈沖數(shù)量明顯，得到金屬微粒缺陷典型放電波形。

圖6金屬微粒缺陷典型放電波形

圖7針刺缺陷典型放電波形

金屬缺陷典型放電波形脈沖表現(xiàn)較為正常，未出現(xiàn)放電幅值較大且頻繁放電的問題，在三種缺陷中對絕緣材料的影響最小。

通過對針刺微粒缺陷進(jìn)行測試，在4.34 kV時開始得到局放起始放電，繼續(xù)加壓至局放脈沖數(shù)量明顯，得到針刺缺陷典型放電波形。

針刺缺陷典型放電波形脈沖寬度最窄，但放電脈沖最多，通過絕緣材料轉(zhuǎn)移到的電子最為頻繁，在三種缺陷中對絕緣材料的影響最大。

以上是針對于乙丙橡膠材料在針板電極下的實(shí)驗(yàn)室條件而言，對于具體的乙丙橡膠電纜在不同缺陷下的放電特性還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)束語

通過對3種缺陷下的放電波形進(jìn)行比較，3種缺陷下的局放起始放電電壓基本一致，劃傷缺陷脈沖寬度大，且在負(fù)半軸表現(xiàn)出雙脈沖的特點(diǎn)，而針刺缺陷表現(xiàn)出較為密集的放電，對材料的影響最大，金屬缺陷對材料的影響最小。