電氣設(shè)備的絕緣老化因素

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯電氣設(shè)備的絕緣老化因素 電氣設(shè)備的絕緣在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)生一系列如固體介質(zhì)軟化或熔解等形態(tài)變化、低分子化合物及增塑劑的揮發(fā)等的物理變化和如氧化、電解、電離、生成新物質(zhì)等的化學(xué)變化，致使其電氣、機(jī)械及其他性能漸漸劣化如電導(dǎo)和介質(zhì)損耗增大、變脆、開裂等，這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為絕緣的老化。絕緣老化最終導(dǎo)致絕緣失效，電力設(shè)備不能連續(xù)運(yùn)行。所示絕緣材料的壽命與老化時(shí)間的關(guān)系見圖1。 圖1絕緣材料的壽命與老化時(shí)間的關(guān)系促使絕緣老化的緣由許多，主要有熱、電和機(jī)械力的作用，此外還有水分(潮氣)、氧化、各種射線、微生物等因素的作用。絕緣老化的速度與絕緣結(jié)構(gòu)、材料、制造工藝、運(yùn)行環(huán)境

2、、所受電壓、負(fù)荷狀況等有親密關(guān)系。1、熱老化電氣設(shè)備絕緣在運(yùn)行過程中因四周環(huán)境溫度過高，或因電氣設(shè)備本身發(fā)熱而導(dǎo)致絕緣溫度上升。1930年v.m.montsinger首次提出了絕緣壽命與溫度之間的閱歷關(guān)系即10規(guī)章，認(rèn)為溫度每上升10則絕緣壽命約減半。但實(shí)際上，不同絕緣的老化速度應(yīng)當(dāng)不同，因此10規(guī)章不能簡(jiǎn)潔地應(yīng)用于全部的絕緣系統(tǒng)。1948年Dakin提出的新觀點(diǎn)認(rèn)為熱老化實(shí)為有聚合鏈分裂等作用的氧化效應(yīng)，本質(zhì)為一種化學(xué)反應(yīng)過程，因此應(yīng)當(dāng)遵循化學(xué)反應(yīng)速率方程：Lnl=ln+b/t其中，、b分別是由特定老化反應(yīng)所打算的常數(shù)，l為絕緣壽命，t為肯定溫度。該方程的提出，為高溫加速老化試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果的

3、外推供應(yīng)了理論依據(jù)，彌補(bǔ)了Montsinger10規(guī)章難以區(qū)分不同條件下老化的差異的缺點(diǎn)。在高溫作用下，絕緣的機(jī)械強(qiáng)度下降，結(jié)構(gòu)變形，因氧化、聚合而導(dǎo)致材料丟失彈性，或者造成耐放電性能降低;因材料裂解而造成絕緣擊穿，電老化壽命縮短，由于溫度增高時(shí)，放電起始電壓降低，放電強(qiáng)度增加，放電產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕增加，熱的不穩(wěn)定性也能在更低的電壓與頻率下發(fā)生。戶外電氣設(shè)備會(huì)因熱脹冷縮而使密封破壞，水分侵入絕緣;或因瓷絕緣件與金屬件的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度猛烈變化時(shí)，瓷絕緣件裂開。但是有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不能用室溫下所得材料耐放電性的試驗(yàn)結(jié)果來猜測(cè)高溫下的性能。2、電老化電氣設(shè)備絕緣在運(yùn)行過程中會(huì)受到電場(chǎng)的作用。絕

4、緣所承受的電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)其壽命有特別大的影響，緣由是，一方面場(chǎng)強(qiáng)增加，放電次數(shù)增加;另一方面加快了從局部放電到擊穿的過程。絕緣在電場(chǎng)應(yīng)力作用下的老化行為，尚無定量化描述的理論公式。一般，電老化壽命與場(chǎng)強(qiáng)不是線性關(guān)系，而是反冪關(guān)系。在雷電過電壓和操作過電壓的作用下，絕緣中可能發(fā)生局部損壞。以后再承受過電壓作用時(shí)，損壞處漸漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致完全擊穿。電老化是全部的高壓電氣設(shè)備不行避開的一種老化形式，用于高壓電氣設(shè)備的絕緣在制造過程中內(nèi)部或多或少會(huì)存在一些微觀尺度甚至宏觀尺度的氣隙缺陷。當(dāng)外電場(chǎng)達(dá)到氣隙的起始放電電壓時(shí)，就會(huì)發(fā)生局部放電，破壞絕緣的結(jié)構(gòu)，逐步降低它的絕緣性能。常用的單應(yīng)力電老化模型有反冪及

5、指數(shù)模型分別為L(zhǎng)=K-nL=exp(-bE)式中，E為電場(chǎng)強(qiáng)度;k，n，b為試驗(yàn)確定的常數(shù)。電老化的機(jī)理非常簡(jiǎn)單，如電場(chǎng)的勻稱程度與電壓的頻率均會(huì)對(duì)電老化的速度造成影響，當(dāng)固體絕緣介質(zhì)處在勻稱電場(chǎng)中時(shí)，其擊穿電壓往往較高;而在不勻稱的電場(chǎng)中，其擊穿電壓往往較低。同一種絕緣介質(zhì)在不同的電壓頻率下，放電次數(shù)隨頻率成比例增加，因此，除頻率特別高引起熱擊穿外，一般絕緣的電老化壽命與頻率成反比。此外，不同材料的壽命一場(chǎng)強(qiáng)曲線是交叉的。不少討論者認(rèn)為，當(dāng)外施電壓低于絕緣的局部放電起始放電電壓時(shí)，材料就不會(huì)發(fā)生由電場(chǎng)所引起的老化。在溫度確定的條件下，絕緣材料的壽命曲線趨向一電場(chǎng)閩值式，當(dāng)絕緣承受的外加電場(chǎng)低

6、于或接近該電場(chǎng)闡值時(shí)，其壽命將趨于無窮。對(duì)于上述聞值電場(chǎng)的存在，也有持不同觀點(diǎn)的人認(rèn)為，絕緣介質(zhì)在外施電場(chǎng)作用下的老化是一個(gè)連續(xù)的過程，不存在任何明顯影響老化進(jìn)程的電場(chǎng)闡值。一些學(xué)者通過對(duì)氣穴中空氣從亞電暈到劇烈電暈過渡過程中非線性電導(dǎo)率的理論計(jì)算和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，低電壓下的微小亞電暈電流將引起氣穴中氣體和氣穴表面溫度的上升。隨電壓的提高，亞電暈放電形式向劇烈電暈放電形式轉(zhuǎn)化，放電源的溫度將不斷上升，說明絕緣介質(zhì)在外施電場(chǎng)作用下的老化是一個(gè)連續(xù)的過程，不存在任何明顯影響老化進(jìn)程的電場(chǎng)闡值。該觀點(diǎn)如被更多的試驗(yàn)證明，將因其物理過程清楚，測(cè)量方法明確，可能具有更大的勸說力。3、機(jī)械力老化在機(jī)械負(fù)荷、

7、自重、振動(dòng)、撞擊和短路電流電動(dòng)力的作用下，絕緣會(huì)破壞，機(jī)械強(qiáng)度下降。另外材料內(nèi)部存在拉伸應(yīng)力時(shí)，它的耐放電性能下降。但壓縮應(yīng)力對(duì)它的耐放電性能影響不大。由于材料在制造和應(yīng)用過程中常存在殘余拉伸應(yīng)力，因此它對(duì)材料老化壽命的影響極為重要。4、濕度老化環(huán)境的相對(duì)濕度對(duì)絕緣材料耐受表面放電的性能有影響。假如絕緣承受表面放電，環(huán)境的相對(duì)濕度對(duì)材料的耐放電性有顯著影響。由于在高相對(duì)濕度下，放電的結(jié)果在材料表面會(huì)生成一層半導(dǎo)電層，使放電產(chǎn)生自衰。因此，在表面放電狀況下，肯定相對(duì)濕度范圍內(nèi)，絕緣材料的電老化壽命隨相對(duì)濕度的增高而增長(zhǎng);但在較高的相對(duì)濕度下，壽命隨相對(duì)濕度的增高而縮短。假如水分侵入絕緣內(nèi)部，將會(huì)

8、造成介質(zhì)電損耗增加或擊穿電壓下降。對(duì)于某些絕緣材料，例如聚乙烯，由于水分的存在，在很低的電場(chǎng)強(qiáng)度下也會(huì)發(fā)生樹枝現(xiàn)象。5、化學(xué)老化絕緣材料在水分、酸、臭氧、氮的氧化物等的作用下，物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能會(huì)轉(zhuǎn)變，以致降低電氣和機(jī)械性能。例如變壓器油在空氣中會(huì)因氧化產(chǎn)生有機(jī)酸，使介質(zhì)損耗增加:同時(shí)還會(huì)形成固體沉淀物，堵塞油道，影響對(duì)流散熱，使絕緣的溫度上升而使絕緣性能下降。 6、其他老化因素絕在戶外使用的絕緣材料受日光直接照耀，在紫外線作用下也會(huì)發(fā)生老化。在核反應(yīng)堆、X射線裝置中用的絕緣材料受到輻射作用，均會(huì)發(fā)生老化。此外，在溫?zé)釒У貐^(qū)絕緣材料還會(huì)受到各種微生物的損害，即所謂微生物老化。絕緣材料在實(shí)際應(yīng)用中往往同時(shí)受到多種老化因素的共同作用，其效應(yīng)并不是各種單一因素老化效應(yīng)的簡(jiǎn)潔疊加。它們之間還存在著相互作用，所以老化機(jī)理很簡(jiǎn)單。 6、其他老化因素 絕在戶外使用的絕緣材料受日光直接照耀，在紫外線作用下也會(huì)發(fā)生老化。在核反應(yīng)堆、X射線裝置中用的絕緣材料受到