绝缘材料电痕特性研究现状
从发现有机绝缘材料表面电痕破坏的那一刻开始人们就开始对其特性进行研究纵横本研究的发展趋势关于绝缘击穿现象研究的新动向大概可分为以下三个方向:
(1)绝缘击穿机理的研究;
(2)标准试验法的研究;
(3)绝缘击穿与环境因素影响的研究。
指出在湿润环境下电痕破坏的过程一般可以表示为:①材料表面潮湿和污染;②由于焦耳热而形成干燥带;③在干燥带间开始电晕放电;④碳路开始形成;⑤由于闪络放电(微小电弧放电)而使碳路进一步发;⑥最终电痕破坏。
材料自身种类的不同也会对电痕的特性产生极为重要的影响。文献指出高分子有机绝缘材料分为两类一类为像聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯聚四氟乙烯等这样的“热塑性”材料即他们能被融化;另一类为像酚醛树脂环氧树脂等这样的“热固性”材料即它们不能被融化而只能被化学降解。热塑性材料的特点是拥有很长的分子链但不相连而热固性材料却拥有坚固的分子链。两种材料的碳路都是起始于地电极然后逐步发展到高压电极但两种材料的碳路特性是不同的。碳路一旦形成直到电痕破坏对于EX(环氧树脂)样品(热固性材料)来说其碳路是连续的而且接近地电极的碳路比上升到高压端的更宽;相反PC(聚碳酸酷)样品(热塑性材料)的碳路在一些地方是间断的而且碳路发展的顶部也比接近地电极的宽。
在实际应用高分子绝缘材料前为了保证其使用的安全性和可靠性我们必须知道它在室外环境下的耐电痕特性所以在实验室中建立一套对其电痕和侵蚀特性进行正确的评估试验方法就变得极其重要。现行的评估试验方法有很多种例如斜板法(工EC60587试验方法)尘雾法(ASTMD2132一62T试验方法)及旋转水轮法和工Ec60112法「14一23」。上述几种方法各有优缺点工Ec60112对耐绝缘性较弱的绝缘材料(由于此类材料的绝缘击穿时间较短)评估精确度较低评估范围有一定的局限性但是试验时间短。ASTMDZ132一62T有着与前者相反的特点。工EC60587弥补了以上的不足但不适用于有些易溶材料(例如聚乙烯)。所以人们也在对现有的方法进行改进以便更好更准确地模拟现实的外界环境。
表面电痕破坏要受到外界环境因素的影响所以研究外界环境对有机绝缘材料的电痕破坏的影响就变的非常重要了。
绝缘材料所处的环境一般都存在磁场所以研究磁场对绝缘材料表面放电的影响是极为重要的。文献分析了磁场和电场所成的角度对放电及绝缘强度的影响的关系。该文结果显示磁场与电场所成的为0度180度360度时磁场对绝缘表面的放电没有影响这是由于当两个场的方向平行时电子不受磁场力的影响;当两个场所成90度时电子受到与绝缘表面垂直且方向向外的力使得很难撞击到材料表面所以材料的绝缘强度变大;相对应的当两个场所成为
270度时电子受到与绝缘表面垂直且方向向内的外力不断地撞击材料表面所以材料的绝缘强度变小。同时磁场强度越大磁场对材料表面的放电影响也越大。
太空及核电站的绝缘材料要受到辐射线照射的影响。文献采用工Ec60112国际试验法对射线照射后的多种绝缘材料样品进行了测试结果发现受放射线照射后分子结构起降解反应的材料例如聚丁烯对苯二酸盐的CT工值减小。受放射线照射后分子结构起交链反应的材料例如聚乙烯的耐绝缘性一般来说将增强。紫外线照射是影响有机材料老化的重要因素之一。文献按照工Ec60587实验法采用含有三种不同成分添加剂的环氧树脂作为试样研究紫外线照射对其绝缘强度的影响。结果表明三种环氧树脂试样的绝缘击穿时间具有相同的变化趋势:在紫外线照射下开始漏电痕迹击穿的时间随照射时间增加而增加但照射到一定时间后其击穿时间反而缩短该文作者指出:随着紫外线照射时间的增加绝缘试样里的碳原子因气化而流失在试样表面产生细微裂痕切断了高分子与填充物之间的连接及其分子的化学键从而影响了试样的漏电痕迹击穿时间。
近代工业对大气的严重污染使雨水的酸性增加电力设备在户外使用时会受到酸雨的影响。文献使用人工酸雨对聚苯乙烯绝缘强度的影响进行了试验研究。结果显示随着酸雨作用时间的增加聚苯乙烯的漏电痕迹击穿时间减少该文作者同时指出:聚苯乙烯的老化速度主要和酸雨的离子浓度、PH值和导电率有关只有酸性很强和导电率很高的酸雨才可以影响聚苯乙烯的绝缘性而实际雨水中的离子浓度不足以导致材料表面侵蚀因此聚苯乙烯可使用于酸雨地区。由于绝缘材料所处的真实环境各不相同附着在材料表面的电解液的成分也有很大的差别如在沿海地区液滴所含的盐份就大而在重工业城市所含酸性就强。而电解液的成分不同将会影响到其对材料表面放电的影响所以分析不同电解液对材料的影响是很重要的。文献对此进行了详细论述。该文通过A类试验液为含0.IcyoNH4CI的水溶液其23℃的电阻率为395。·Cm和B类试验
液为0.1%NH4C+0.5%C4HgCloH6SO3Na其23oC的电阻率为213。·Cm对EXPSPLPC四种绝缘材料的CT工值及接触角的影响来说明其重要性。结果显示B类试验液下的接触角在四种绝缘材料中都比A类试验液小CT工值也小。气压和温度是外界环境变化中常见也重要的两个因素气压的变化一方面会影响到局部放电的起始电压另一方面会对绝缘材料表面碳的析出与存在方式产生很大的影响;温度的变化会改变各种微观粒子的热动能同时会改变气体单位体积的密度进而影响局部放电的特性。气压和温度的同时变化是本论文所论述的重点下文中将做详细的分析。近些年来国际上对添加阻燃剂的有机绝缘材料的研究主要从防火安全的角度考虑阻燃剂对材料的影响文献指出添加阻燃剂能够延迟材料的起始闪络时间和延缓火的传播速度从而降低火灾的危险度。
