高压电器用耐SF_6新型绝缘材料的研究进展.pdf

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1、年绝缘材料通讯第期高压电器用耐新型绝缘材料的研究进展张显友陈伟哈尔滨理工大学材料科学与工程学院摘要本文介绍了高压电器用耐。新型绝缘材料的研究进展,重点讲述了纤维缠绕绝缘材料的发展状况分析了电弧分解物对绝缘材料的腐蚀机理,并介绍了减少局部放电、提高耐受电压的措施。叙词耐。绝缘材料纤维缠绕腐蚀机理局部放电前言随着现代高 电压、大电网进入密集市区,电器设备日趋小型化、轻量化、高性能化,组合电器是适应现代电力工业发展的先进输变电设 备。绝缘变电站 包括 电器开关、电缆、变压器等设备,在大城市和地下安装具有许多优点。绝缘的电器设备所用绝缘材料除结构设计因素外,主要取决于所用绝缘材料的性能。组合 电器 用

2、绝缘制件如绝缘拉杆、绝缘支柱 和灭弧筒国外年代就已经产业 化,较为先进的厂家有瑞士的公 司和公 司。所 用的绝缘材料基本上解决了电弧分解物腐蚀的问题川,如法 国的引拔棒,里面是玻璃纤维外层 包绕聚醋布,瑞士公司制造的。组合 电器用绝缘管也是 聚醋布的阁。同时各种高性能材料的开 发一。和各种 新 技术,的采 用,大大加快了 电力工 业高压 化的发展步伐。耐新型绝缘材料进展环氧树脂年,国外公开双酚型环氧树脂的专利,年实现 了工业 化以来,环氧树脂就被广泛应用。环氧树脂是一种性能优良的热固性树脂,与有机酸醉等固化剂反应成体型高分子固化物,具有优良的物理性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能。环氧树脂浇注体

3、系所用 固化剂,氧化 铝填 料等的 研 究已经成熟一。为改善环氧树脂固化物的韧性,国外主要采用添加饱和树脂、“海岛结构”式困、丙烯酸与环氧树脂反应川、降低 固化 物交联密度等方法来增韧,取得 了很大的进展。在设备 中,导体与外壳的绝缘依靠气体介质以及支撑的固体绝缘件,因此,被允许的最大场强决定于浇注树脂支撑件中能容许的最大场强。特别是近年来环氧树脂浇注绝缘件在高压电器上 的应用,除了要求快固化、低应力、耐热外,还要求高纯化。环氧树脂的主要 杂质是有机氯,它严重影响固化物 的稳定性和绝缘材料的电气性能。美国专利习制备了结合 氯 仅 为,水 解氯仅为的高纯 环氧树脂。日本专利也制成了总 含氯仅 为

4、的高纯环氧树脂,为超高压电器设备应用创造了条件。我国也把开发高纯、分子量均匀的环氧树脂作为“九五”规划目标之一为输变电设备做技术准备。不饱和聚醋年美国出现 了玻璃纤维增强塑料,不饱和聚酷开始大规模生产。年短切纤维增强的不饱和聚酷料团首次在英国使用、,不 久玻 璃纤 维取代了动物纤 维做成料团,并成功地用 于模塑电器灭弧罩等。年代又出现 了片状不饱和聚醋玻璃纤维年绝缘材料通讯第期塑料。和具有高的 力学性能、电气性能、阻燃性能和模塑工艺性能,广泛用 于中高压 电气产品中的绝缘件、结构件,而且、具有环氧树脂无可比拟 的耐 电弧性和耐漏电性。英国的一、日本 的一、美国的应用于高压绝缘件。而且,瑞士采用

5、的不饱和聚醋制作灭弧筒。近年来国外主要开发和应用低收缩性、阻燃、强韧、低挥发、耐腐蚀性树脂川,如美国的,日本的树脂,大大丰富了不饱和聚醋的品种,扩大了不饱和 聚醋在 电器设备中的应用范围。聚四旅乙烯塑料对于断路器用喷口材料、灭弧筒,除要求优良的电绝缘性能、机械性能外,更主要的是耐电弧烧蚀和耐电弧分解物腐蚀。国外已经开发出氧化铝填料的聚四氟乙烯复合绝缘材料。最近发展 了智能式断路器产气式喷口材料,西门子、等已经在断路器中使用。该材料与产气负荷开关所用的以三聚氰胺为基料 的产气材料不同,其基料为聚四氟乙烯。聚四氟乙烯塑料 由于具有极高的 耐热级和耐电弧性 达以上 而不炭化形成导 电通道,广泛应用于

6、灭弧筒、断路 器中,如美国专利采用玻璃纤维缠绕筒 内粘贴聚四氟乙烯薄膜,具有优良的耐电弧性和耐。分解物的能力。耐。绝绕绝缘材料电器设备用绝缘材料不仅要求有优良的电绝缘性能,而且须具有一定的机械强度,如绝缘拉杆、绝缘支撑件不仅具有绝缘功能,而且具有结构件功能。为满足高机械性能的要求,各国都开发了各种纤维纱、纤维布、涤纶布增强的棒状、管状成型绝缘件。最先是在年采用石棉增强酚醛树脂绝缘件应用于 电器设备中,年开发了玻璃纤维增强 不饱和 聚醋绝缘材料。目前,纤维增强绝缘材料以其优良的机械性能广泛用于开关、灭弧室、断路器中。耐。真空浸胶环氧玻璃布管、耐真空浸胶环氧玻璃纱棒、真空浸胶环氧涤纶布管、以及浸胶

7、缠绕管等绝缘件发展迅速,其中又 以缠绕绝缘材料尤为突出。将一束或几束连续纤维 纱、布、带浸以胶粘剂后,有规律地缠绕在芯模上,再经固化脱模即得到缠绕绝缘件。它具有可设计性,通过正确地选择胶粘剂和纤维布,配合合理的缠绕技术,可使制品的形状和性能达到使用要求。年代中期出现纤维缠绕技术,年在美国申报专利,年代是纤维缠绕发展的最快时期,其后时间发展较慢,进入年代,发展速度又明显加快,进入 新的发展阶段。目前,纤维缠绕技术主要有纤维丝缠绕、带缠绕、平面缠绕等。特别是带缠绕制品,致密结实,含胶量易于控制,力学性能优于纤维丝缠绕制品采用带缠绕成型、新型固化技术如红外加热、微波加热、电子束周化等制成的绝缘件既具

8、有优良的机械性能,又具有优良的电性能。分解物及其腐蚀机理气体化学性质稳定,下也不分解,超过时,分子 就要分解,其 电弧分 解物,、等。反应式一一,其中是强活性化合物,在水存在下生成氢氟酸,它不仅腐蚀金属件,而且会侵蚀绝缘材料,导致绝缘损坏。玻璃纤维增强树脂基复合材料的腐蚀主要有物理腐蚀和化学腐蚀。由于树脂与介质发生吸附作用,介质分子依靠渗透、扩散进入树脂基体内部,破坏分子间次价键,使树脂膨胀同时介质的渗入导致局部放电,最终导致绝缘破坏。随着树脂基体的破坏,介质渗透到玻璃纤维与树脂的界面,使树脂与纤维粘结力下降。而且氢氟酸与玻璃纤维中的反应生成,进 而 生成。同时在酸的作用下玻璃纤维中的“、“发

9、生电离、迁移至玻璃纤维表面,形成不溶 性复合离子习,年绝缘材料通讯第期既形成了裂纹,又降低 了表面电阻,增加泄漏电流,导致介电性能劣化。分解物 对绝缘材料的影响时,其材料稳定性大小顺序为一,一,一醋基氨 基缩醛含硅 材料。在、等酸性条 件下,树脂 中的酷基发生水解反应十二二一之此反 应为一可逆反应,反应平衡后 不再继续而停留在材料表面,只要表面富树脂层足够厚,就可以起到抗腐蚀作用,这是聚酷比环氧树脂耐酸性腐蚀的主要原因,间苯二 酚 型不饱和聚醋绝缘材料具有很好的耐。分解物腐蚀的能力。区域引入一种限制电场的物质,可以降低界面 处的电荷集中,从而降低局部放电。日本和向材料 中加入的染料和,局部放

10、电量 下降。红外加热、微波加热和电子束等新型固化技术的采用,不仅可以缩短 固化 周期、改善树脂固化前流动性、固化均匀性、提高力学性能,而且可以减少固化中的挥发物、制约气泡形成,降低局部放 电。特别是在线固化监测技术,通过占一、占一时间 对应关系的测量实现实时监测,提高固化物的各种性能。降低局部放电、提高耐受电压绝缘支撑件经常采用氧化铝增强的环氧树脂浇注成型,其 电气强度高于纤维增强绝缘件,但是浇注的绝缘件的机械性能不足。纤维增强材 料 由于其各向异性,形成缺陷习如孔洞、纤 维 脱 粘、层 间脱粘的可 能性较大,而且纤维与基体的界面也是弱点区域,直接导致局部放电。局部放 电对于有机绝缘材料的劣化

11、机理是多方面 的,局部放 电产生的高能粒子、腐蚀性物质、局部温升等使绝缘材料击穿。局部放电产生的高频电流脉冲和电磁波 幅射,可能干扰甚 至 导致配电系统的误动作,。目前,许多科学工作者正 在从 事降低局部放 电,提高绝缘材料耐受电压的研 究工作。通 过选用 低挥发份或 无挥发份原料如酸醉固化剂、原料的干燥处理、工 艺和适当的成型 压力、冷却速率等来降低制品内的气孔,减少 因气孔 引起的局部电场集中。局部放电总是沿着未润湿的纤维表面发展,采用合适的偶联剂对纤维布 等增强物进行处理可以有效地降低局部放电,提高耐电压性能。瑞士的,提出在界面展望随着 电力工业的超高压化,耐新型绝缘材料将发挥越来越重要

12、的作用。高纯环氧树脂和缠绕聚醋绝缘件的开发与应用,以及新技术、新工艺的采用,将大大改善绝缘材料的性能、降低局部放电、提高绝缘材料的耐电压等级,促进 电力工业的发展。参考文献压卯一,周华梁 新型环载树脂填料氧化铝的应用研究绝缘材料通讯赵世琦环暇树脂浇注料的改进途径绝缘材料通讯,赵峰俊等 电器用环氧树脂灌封胶粘剂的研究中国胶粘剂,玩年绝缘材料通讯第期,曰今自,一,压,孙庆宝纤维续绕技术进人新的高速发展阶段纤维复合材料,一三,伴,甲与以一,巫松祯 电器绝缘材料科学与工程西安交通大学出版杜,朱德恒,严璋高电压绝缘清华大学出版社,艳,奈去资鑫姿去杏夯资去紊秦寮兴紊鑫奈案去会紊寮寮寮寮去奉去资豢姿去奈办寮

13、寮资染寮安寮寮朱寮兴盛姿夯紊央寮寮资鑫寮鑫来兴资去去鑫鑫夯紊奈寮寮绝缘材料通讯创刊于年,是我国绝缘材料与绝缘技术领域唯一的专业学术期刊,其重要的作用和影响使其成为我国中文核心期刊以及科技论文统计用刊,被几大重要的 电工、材料、化学类文摘、数据库收录。本刊读者量大,面广,影响久远,不仅是作者发表研究成果、交流学术观点、知识经验 的论坛,也是企业宣传促销产品,创建名牌,传播企业精神文化,竖立企业形象的舞台。本刊热忱欢迎广大科研、教学、管理、营销、生产人员在本 刊发表文章,内容包括 电介质基础理论,电气电子绝缘材料、绝缘技术、工艺方法、检测分析、测试仪器设备、工艺装备、标准化工作、质量管理、环境保护、国内外市场分析等方面的研究论文、研究报告、评论、综述、以及学术信息动态报导、专题讲座、知识经验介绍、有重要参考价值 的译 文等等。本刊也热忱欢迎国内外企业、个人在本 刊发布广告或信息,包括推广绝缘材料及原材料,通用及专用设备、分析测试仪器设备,寻求技术转让、出版物、征求合资、合作、代理、人才等信息。牵寮辛寮带案姿介奋寮旁辛介介去介奈寮舟寮崔寮奋索错介带兴奋寮舟介我秦帝介杏介祥案雄介带牛吝介介介紊夺奋介拼寮介寮奋介鑫会祥介套寮带今去夺