絕緣材料電痕特性研究現狀

       從發現有機絕緣材料表面電痕破壞的那一刻開始?人們就開始對其特性進行研究?縱橫本研究的發展趨勢?關于絕緣擊穿現象研究的新動向大概可分為以下三個方向:

(1)絕緣擊穿機理的研究;

(2)標準試驗法的研究;

(3)絕緣擊穿與環境因素影響的研究。

指出在濕潤環境下?電痕破壞的過程一般可以表示為:①材料表面潮濕和污染;②由于焦耳熱而形成干燥帶;③在干燥帶間開始電暈放電;④碳路開始形成;⑤由于閃絡放電(微小電弧放電)而使碳路進一步發;⑥最終電痕破壞。

       材料自身種類的不同?也會對電痕的特性產生極為重要的影響。文獻指出?高分子有機絕緣材料分為兩類?一類為像聚氯乙烯?聚乙烯?聚丙烯?聚四氟乙烯等這樣的“熱塑性”材料?即他們能被融化;另一類為像酚醛樹脂?環氧樹脂等這樣的“熱固性”材料?即它們不能被融化?而只能被化學降解。熱塑性材料的特點是擁有很長的分子鏈?但不相連?而熱固性材料卻擁有堅固的分子鏈。兩種材料的碳路都是起始于地電極?然后逐步發展到高壓電極?但兩種材料的碳路特性是不同的。碳路一旦形成?直到電痕破壞?對于EX(環氧樹脂)樣品(熱固性材料)來說?其碳路是連續的?而且接近地電極的碳路比上升到高壓端的更寬;相反?PC(聚碳酸酷)樣品(熱塑性材料)的碳路在一些地方是間斷的?而且碳路發展的頂部也比接近地電極的寬。

       在實際應用高分子絕緣材料前?為了保證其使用的安全性和可靠性?我們必須知道它在室外環境下的耐電痕特性?所以在實驗室中建立一套對其電痕和侵蝕特性進行正確的評估試驗方法就變得極其重要。現行的評估試驗方法有很多種?例如斜板法(工EC60587試驗方法)?塵霧法(ASTMD2132一62T試驗方法)?及旋轉水輪法和工Ec60112法「14一23」。上述幾種方法各有優缺點?工Ec60112對耐絕緣性較弱的絕緣材料(由于此類材料的絕緣擊穿時間較短)評估精確度較低?評估范圍有一定的局限性?但是試驗時間短。ASTMDZ132一62T有著與前者相反的特點。工EC60587彌補了以上的不足?但不適用于有些易溶材料(例如聚乙烯)。所以人們也在對現有的方法進行改進?以便更好更準確地模擬現實的外界環境。

      表面電痕破壞要受到外界環境因素的影響?所以研究外界環境對有機絕緣材料的電痕破壞的影響就變的非常重要了。

      絕緣材料所處的環境一般都存在磁場?所以研究磁場對絕緣材料表面放電的影響是極為重要的。文獻分析了磁場和電場所成的角度對放電及絕緣強度的影響的關系。該文結果顯示磁場與電場所成的為0度?180度?360度時?磁場對絕緣表面的放電沒有影響?這是由于當兩個場的方向平行時?電子不受磁場力的影響;當兩個場所成90度時?電子受到與絕緣表面垂直且方向向外的力?使得很難撞擊到材料表面?所以材料的絕緣強度變大;相對應的?當兩個場所成為

270度時?電子受到與絕緣表面垂直且方向向內的外力?不斷地撞擊材料表面?所以材料的絕緣強度變小。同時?磁場強度越大?磁場對材料表面的放電影響也越大。

       太空及核電站的絕緣材料要受到輻射線照射的影響。文獻采用工Ec60112國際試驗法對射線照射后的多種絕緣材料樣品進行了測試?結果發現受放射線照射后分子結構起降解反應的材料?例如聚丁烯對苯二酸鹽的CT工值減小。受放射線照射后分子結構起交鏈反應的材料?例如聚乙烯的耐絕緣性一般來說將增強。紫外線照射是影響有機材料老化的重要因素之一。文獻按照工Ec60587實驗法?采用含有三種不同成分添加劑的環氧樹脂作為試樣?研究紫外線照射對其絕緣強度的影響。結果表明三種環氧樹脂試樣的絕緣擊穿時間具有相同的變化趨勢:在紫外線照射下?開始漏電痕跡擊穿的時間隨照射時間增加而增加?但照射到一定時間后?其擊穿時間反而縮短?該文作者指出:隨著紫外線照射時間的增加?絕緣試樣里的碳原子因氣化而流失?在試樣表面產生細微裂痕?切斷了高分子與填充物之間的連接及其分子的化學鍵?從而影響了試樣的漏電痕跡擊穿時間。

       近代工業對大氣的嚴重污染使雨水的酸性增加?電力設備在戶外使用時會受到酸雨的影響。文獻使用人工酸雨對聚苯乙烯絕緣強度的影響進行了試驗研究。結果顯示隨著酸雨作用時間的增加?聚苯乙烯的漏電痕跡擊穿時間減少?該文作者同時指出:聚苯乙烯的老化速度主要和酸雨的離子濃度、PH值和導電率有關?只有酸性很強和導電率很高的酸雨才可以影響聚苯乙烯的絕緣性?而實際雨水中的離子濃度不足以導致材料表面侵蝕?因此聚苯乙烯可使用于酸雨地區。由于絕緣材料所處的真實環境各不相同?附著在材料表面的電解液的成分也有很大的差別?如在沿海地區?液滴所含的鹽份就大?而在重工業城市?所含酸性就強。而電解液的成分不同將會影響到其對材料表面放電的影響?所以分析不同電解液對材料的影響是很重要的。文獻對此進行了詳細論述。該文通過A類試驗液為含0.IcyoNH4CI的水溶液?其23℃的電阻率為395。·Cm和B類試驗

液為0.1%NH4C+0.5%C4HgCloH6SO3Na?其23oC的電阻率為213。·Cm?對EX?PS?PL?PC四種絕緣材料的CT工值及接觸角的影響來說明其重要性。結果顯示B類試驗液下的接觸角在四種絕緣材料中都比A類試驗液小?CT工值也小。氣壓和溫度是外界環境變化中常見也重要的兩個因素?氣壓的變化一方面會影響到局部放電的起始電壓?另一方面會對絕緣材料表面碳的析出與存在方式產生很大的影響;溫度的變化會改變各種微觀粒子的熱動能?同時會改變氣體單位體積的密度?進而影響局部放電的特性。氣壓和溫度的同時變化是本論文所論述的重點?下文中將做詳細的分析。近些年來國際上對添加阻燃劑的有機絕緣材料的研究主要從防火安全的角度考慮阻燃劑對材料的影響?文獻指出添加阻燃劑能夠延遲材料的起始閃絡時間和延緩火的傳播速度?從而降低火災的危險度。