對比分析兩種薄膜材料的工頻擊穿電壓

1試驗

1.1試驗材料

PC薄膜、PET薄膜和芳香纖維絕緣紙均由杜邦公司生產，厚度均為0.5mm。PC薄膜可在-100～125℃內使用，吸水率低，能在較大的溫度范圍內保持良好的電性能，相對介電常數約為3.1。PET薄膜具有較高的絕緣電阻和擊穿電壓，其擊穿電壓在130℃時為100MV/m，其介電常數為3.0～3.4，介質損耗因數為0.005%，工作溫度為-60～120℃；絕緣紙，NOMEX410型，經過軋光，具有較高的固有介電強度、機械韌性、柔性和回彈性，與變壓器油構成油紙復合絕緣，其相對介電常數為4；試驗礦物油，25號昆侖變壓器油，中國石油天然氣股份有限公司克拉瑪依潤滑油廠生產，其閃點大約為140℃。

1.2工頻擊穿電壓試驗

擊穿電壓按照GB/T1408.1—2006《絕緣材料電氣強度試驗方法第1部分：工頻下試驗》進行測試。采用變壓器油作為周圍媒質，測試3種材料在電熱老化不同階段的工頻擊穿電壓，試驗電極選擇等直徑（?25mm）電極。

2結果與討論

2.1擊穿電壓

90℃、110℃以及130℃3個老化溫度下，絕緣紙、PC薄膜、PET薄膜的工頻擊穿電壓隨老化時間的變化規律分別如圖2～4所示。

從圖2可以看出，芳香纖維絕緣紙在90℃、110℃以及130℃3個老化溫度下，擊穿電壓隨老化溫度的變化是波動的，沒有單調的增長或降低趨勢。老化初期3個老化溫度下的擊穿電壓均有不同程度的降低，90℃老化后的擊穿電壓降低最小，130℃老化后的擊穿電壓降低最多；隨著老化時間的延長，擊穿電壓呈時升時降的波動變化，但是波動范圍很小。老化300天后3個老化溫度下油浸芳香纖維絕緣紙的擊穿電壓仍然很高，較未老化時的擊穿電壓降幅不超過1.2kV。其原因是浸油后的芳香纖維絕緣紙與變壓器油組成了油-紙復合絕緣系統，而芳香纖維絕緣紙和變壓器油介電常數相差較大，隨著老化時間的延長，芳香纖維絕緣紙自身纖維的變化導致其浸油率的變化，進而影響油紙絕緣系統內電場分布情況的變化，導致其擊穿電壓受絕緣破壞程度和老化溫度的影響較小。

從圖3可以看出，PC薄膜的擊穿電壓在老化初期隨著老化溫度升高而降低；在老化中后期情況相反，隨著老化時間的延長，130℃老化試樣的擊穿電壓最大，90℃老化試樣的擊穿電壓最小。130℃老化試樣的擊穿電壓隨老化時間的延長呈先降低后上升最后穩定在21.6kV左右；90℃與110℃老化試樣的擊穿電壓隨老化時間的延長有上下波動的現象，波動幅度很小。其原因是聚碳酸酯具有較好的耐高溫性能，90℃和110℃基本沒有老化，材料浸油并不明顯；130℃下其絕緣結構破壞嚴重，浸油率增加引起擊穿電壓升高。

從圖4可以看出，3個不同老化溫度下PET薄膜擊穿電壓隨老化時間的增加均先減小后增大，老化300天后3個溫度下擊穿電壓差別不大。隨著老化時間的延長，絕緣結構破壞嚴重，浸油率的變化導致了上述結果。

比較圖2～4，3個老化溫度下3種材料在老化前期（0～90天）的擊穿電壓均下降，老化中后期（120～300天）的擊穿電壓呈現不同程度的上升趨勢。這是由于老化前期材料內部結構基本沒有發生變化，且浸油不夠充分，內部仍有較多擊穿電壓較低的氣隙，而材料本身發生部分老化，因此擊穿電壓較未老化時降低；老化中后期絕緣材料內部結構發生了不同程度的破壞，增加了材料的浸油率，使氣隙變成了具有較高擊穿電壓的“油隙"，改善了油-絕緣材料的電場分布，提高了絕緣系統的起暈電壓，隨著老化程度的增加其擊穿電壓并沒有明顯降低，因此擊穿電壓不能用來作為表征絕緣材料老化程度的參量。但絕緣材料擊穿電壓的高低可以直接表征其電氣強度，未老化時3種絕緣材料的擊穿電壓誤差范圍為±5%。3個老化溫度下老化后聚碳酸酯的擊穿電壓最大，芳香纖維絕緣紙次之，聚酯薄膜最小。因此，聚碳酸酯薄膜具有更好的電氣強度。