固体绝缘材料热老化电气特性的研究

徐以标

（连云港开放大学，江苏 连云港 222000）

固体绝缘材料热老化电气特性的研究

徐以标

（连云港开放大学，江苏 连云港 222000）

影响油浸式变压器容量和尺寸大小的重要因素是其所用固体绝缘材料的电介质大小以及耐高温的能力。笔者在本文中以聚酯薄膜、聚碳酸酯、聚苯硫醚为实验的对象，在130 ℃下进行热老化实验，对这三种耐高温材料老化前后各个阶段的介电谱和击穿强度进行测试。

固体；绝缘材料；热老化电气特性；研究

绝缘纸是当前油浸式变压器使用的主要绝缘材料，其原料为天然纤维，耐高温性能较差，一旦变压器在运行的过程中温度超过绝缘纸的耐高温阀值，其就会发生高分子裂变，让绝缘纸的性能大受影响，降低聚合度，让绝缘纸老化速度加快，降低变压器使用的年限。

1 电气特性测试方法

表征绝缘材料耐电强度的电气参数是击穿场强。就变压器而言，其中的绝缘材料介电常数的变化会导致主绝缘电厂分布发生改变，同时还会引起高低压绕组对地电容和匝间电容发生改变，让绕组波过程受到影响。所以，对变压器来讲，绝缘材料介电常数的大小以及其热稳定性极为重要。除此之外，变压器上使用绝缘材料的介质损耗要求比较严格，要是材料介质有较大的损耗，会导致局部高温，致使材料被击穿。

在外电场作用下描述电介质极化和损耗的重要参数有介电常数和介质损耗角正切，外电场温度被二者影响可以说明电介质微观结构的极化和松弛机制以及其之间相互作用的规律。

所以，对热老化之前和之后进行试样的测试，主要是进行介电常数、介质损耗和击穿场强测试，查看这三个参数随老化时间的变化情况。我们观察更重要的目的是确定材料在老化时间内是否会出现急剧变化的情况以及随着时间的推移找出变化的规律，对这些材料的老化寿命进行推测。

2 电气特性测试结果及分析

2.1 聚酯薄膜

在室温下，随着时间的增加， 聚酯薄膜的ε在初期会不断变大，240 h为节点，达到最大值，其后老化时间虽然在增加，但是ε值却与之前相反，不断减小。也就是说在不同的老化阶段内ε值随温度的变化趋势并不固定，不能笼统的说成随着老化时间的增加ε值增加或者减小，但是不可否认在聚酯薄膜玻璃化温度附近有一个快速上升的过程。

究其原因，笔者认为这不仅是化学老化或者是物理老化，而是两者共同作用的结果。在老化初始阶段，由于温度在不断增加，材料的分子链结构发生变化，由于分子长链的支化导致极性基团不断增加，所以介电常数中取向极化的贡献不断增加，其外在表现就是介电常数增加。

由于老化在不断加剧，化学反应持续进行，材料的分子链不断支化、断裂，阶段常数也在继续变大。同时，也出现了物理老化，通过链段的运动物理老化导致自由体积减少，其的减少让材料的密度不断升高，这让取向极化变得更加困难，在介电常数中取向极化的贡献不断减少，所以，这就出现了介电常数在出现增加后变小的原因。

2.2 聚碳酸酯

在聚碳酸酯老化前后ε的变化不是很大，这也可以看出在高分子主链断裂的过程中化学反应对聚碳酸酯老化的影响很小。在温度较低的时候，随着老化时间的推移，聚碳酸酯的介电常数呈现减小后再增加；在温度较高的时候和未老化之前相比，老化后材料的ε较小。同时没有老化和老化刚开始时候材料的ε随着温度的增加而增加，经过一段时间的老化后，ε随着温度的升高而下降。

聚碳酸酯材料的介电损耗随老化时间的增加而降低，笔者认为这是受到物理老化的影响。在物理老化后，介质损耗稍微增加，但随着老化时间的持续进行，介电损耗不断降低。其主要原因如下：第一，老化时间加大，材料的杂质不断降低，相应的在电导上的损耗就会不断降低。第二，在侧链中，聚碳酸酯的极性键较多，当主链断裂之后，极性基团更容易极化，所以让介电常数变大，介质损耗自然会减少。

2.3 聚苯硫醚

在老化后，聚苯硫醚介质损耗因数与温度的关系出现较大的变化。其一在高温区tan最大值有所降低，其二出现最大值的温度上升了。介质损耗随着老化时间的变化和介电常数相似，在温度较高的时候，介质消耗最小对应的是老化时间最长，当经过480 h的老化时间后其介质损耗最大，同时老化时间最长的材料峰值只有一个，在130 ℃的时候，其介质损耗保持稳定。

3 结束语

绝缘纸在没有经过热老化前，随着温度的升高其相对电介常数以及介质损耗因数持续增加，在温度比较低的情况下聚苯硫醚和聚酯薄膜的相对介电常数和介质损耗因数比较稳定，在温度达到90 ℃时，增大较明显，对聚碳酸酯来讲其相对介电常数和介质损耗和温度关系较小，几乎保持不变。热老化之后，和未老化前相比聚酯薄膜、聚苯硫醚材料的相对介电常数和介质损耗因数随温度的变化趋势相似，超过90 ℃后介质损耗因数不断变小，而聚碳酸酯的介电常数保持不变其损耗因素略有减小。

［1］ 姚洁，魏晓魏，殷勤俭，等. 绝缘纸耐高温老化助剂的制备及应用［J］. 化学研究与应用，2002，14（5）： 608～610.

［2］ 中华人民共和国机械电子工业部. JB/T 4059—1991聚酯薄膜绝缘纸柔软复合材料［S］.

［3］ 中华人民共和国机械工业部.JB/T4061.1—199聚酯薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料［S］.

［4］ 吴广宁，周力任，郭小霞，等. 采用 tan表征变频电机绞线对绝缘老化特性的研究［J］. 高电压技术， 2010， 36（7）：1625～1629.

Electrical characteristics of thermal aging of solid insulating materials

TM85

1009-797X （2015） 20-0082-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.019

徐以标（1969-），男，研究生学历，讲师，工程师，高级技师。

2015-09-16