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溫度對工頻電氣強度擊穿的影響
閱讀：1025發(fā)布時間：2023-3-24
交聯(lián)溫度為180℃的 XLPE 試樣的擊穿電壓 與實驗溫度的關系如圖5所示。隨著實驗溫度從15 ℃升高至120℃?試樣的擊穿電壓顯著下降。以交 聯(lián)時間為15min 的試樣為例?實驗溫度為15℃時 其擊穿電壓為42kV。當實驗溫度為90℃時?擊穿 電壓值下降至38kV?下降了約10％；當實驗溫度 為120℃時?擊穿電壓進一步下降至34kV?下降量 約為20％。實驗結(jié)果說明?實驗溫度越高?試樣絕緣 強度越低。此外?對于交聯(lián)溫度為180℃的 XLPE 試 樣?交聯(lián)時間不同對擊穿電壓并未產(chǎn)生顯著影響。
交聯(lián)時間為10min 時不同交聯(lián)溫度制備的 XLPE 試樣的擊穿電壓與實驗溫度的關系如圖6所 示。隨著實驗溫度的升高?試樣的擊穿電壓呈現(xiàn)先 慢后快的下降趨勢。當實驗溫度從15℃升高至90 ℃時?交聯(lián)溫度為120℃、180℃和220℃試樣的擊 穿電壓下降量分別約為2．6％、6．8％和0．3％；實 驗溫度升高至105℃時?3種試樣的擊穿電壓值分 別下降了13．7％、10．4％和7％；實驗溫度繼續(xù)上升至120℃時?3種試樣的擊穿電壓分別急劇下降 并基本相同。可見?試樣在高于90℃的實驗環(huán)境下? 試樣的擊穿電壓顯著下降。當溫度達到120℃時?各 類試樣的擊穿電壓已無差異。
交聯(lián)時間為5min 時 XLPE 試樣的耐壓時間與 實驗溫度的關系如圖7所示。隨著實驗溫度的升高? 耐壓時間逐漸縮短。當實驗溫度高于90℃時?與實 驗溫度為15℃時相比?試樣的耐壓時間下降約在 25％以上?以未交聯(lián)的試樣下降的幅度最大?結(jié)果表 明?實驗溫度對絕緣耐壓時間的影響十分顯著。
聚合物擊穿過程十分復雜?可能是電擊穿或熱擊穿單獨的作用?也可能是二者的聯(lián)合作用。特 別是在交流電場的作用下?因電場和介質(zhì)損耗的雙重作用?極易引發(fā)電擊穿和熱擊穿聯(lián)合作用。在實驗中?隨著交聯(lián)溫度的升高?XLPE 的交聯(lián)度不斷增 大?逐漸形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?使得介質(zhì)的耐熱性能增加?進而抵御熱擊穿的能力增大；然而?交聯(lián)溫度的升高促進 DCP 交聯(lián)劑的分解?生成的苯乙酮大量增加?為電擊穿過程提供了種子電荷[5]。另外?過高的交聯(lián)溫度將產(chǎn)生過度的交聯(lián)?所生成的密集三維網(wǎng)格對晶體的生長形成較大影響?晶粒的均勻度下降? 小晶粒大量產(chǎn)生?結(jié)晶度下降?使得非晶區(qū)更加不均勻?加之非晶區(qū)密度小?電子的平均自由行程大? 更易于使種子電荷加速運動并形成電子雪崩?導致?lián)舸?/span>。當交聯(lián)溫度升高至200℃時?擊穿電壓增大? 表明交聯(lián)結(jié)構(gòu)抑制熱擊穿的作用強于交聯(lián)劑分解 及結(jié)晶形態(tài)降低促進電擊穿的作用；當交聯(lián)溫度進 一步升高至220℃時?交聯(lián)劑分解及結(jié)晶形態(tài)的降低 對電擊穿的促進作用增大?擊穿電壓降低。 當實驗溫度升高時?交聯(lián)結(jié)構(gòu)抑制熱擊穿的作 用受到抑制?使得熱擊穿更易于發(fā)生。因此?擊穿曲線的拐點左移至180℃。隨著實驗溫度的進一步升高?擊穿場強隨之下降?如圖3和圖4所示。在實驗 溫度超過90℃時?XLPE 進入熔融狀態(tài)?規(guī)整的結(jié) 晶結(jié)構(gòu)開始分裂形成無序的非晶區(qū)。這為電荷的碰 撞電離提供了較好的加速空間?使電擊穿過程易于發(fā)生?擊穿電壓顯著下降?如圖5和圖6所示。當實 驗溫度達到120℃時?各類試樣的晶區(qū)全部裂解?形成熔融狀態(tài)的非晶區(qū)?因此其擊穿電壓接近。另外? 對于180℃交聯(lián)制成的試樣?其內(nèi)部的結(jié)晶形態(tài)、 DCP 分解和交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的平衡較強地抑制了電 擊穿和熱擊穿過程?因此在實驗溫度升高的過程中 獲得了較高的擊穿電壓。由于交聯(lián)形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有助于抵制熱擊穿的風險?交聯(lián)溫度為220℃ 制成的試樣的擊穿電壓始終高于未交聯(lián)試樣。上述分析?同樣適用于圖7中介質(zhì)的耐壓時間隨環(huán)境溫 度升高而下降的現(xiàn)象。
結(jié) 論
（1）XLPE 的擊穿電壓和耐壓時間與其交聯(lián)溫度密切相關。交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡抑制熱擊穿和DCP交聯(lián)劑分解及結(jié)晶形態(tài)是影響擊穿電壓和耐壓時間的原因。
（2）實驗溫度的升高削弱了交聯(lián)網(wǎng)絡抵御熱擊穿風險能力并促進了電子雪崩耐壓時間均逐漸降低。當環(huán)境 ? 溫試度超的過擊穿90℃電壓時和 ? XLPE 中結(jié)晶熔融過程開始?規(guī)整晶體變成無序非晶結(jié)構(gòu)?擊穿電壓和耐壓時間均大幅降低。
（3）交聯(lián)溫度和交聯(lián)時間的工藝控制對高壓電纜絕緣的擊穿性能影響很大。此外?在高壓電纜的運行中?當電纜接近或超過90℃運行時?即便是很 短暫的時間也會帶來極大的風險。
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