對絕緣材料高壓擊穿試驗機討論（ZJC-50KV）

1前言

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，對電氣絕緣材料的要求越來越高。高絕緣擊穿電壓，耐高溫絕緣材料一直是本行業(yè)科技工作者努力的目標(biāo)。

低密度聚乙烯（LDPE）由于具有較好的電氣和機械性能而廣泛應(yīng)用于制作高電壓電力電纜等的絕緣材料。表1列出了常用于電纜的幾種主絕緣材料的主要性能指標(biāo)，可以看出聚乙烯和經(jīng)過交聯(lián)的聚乙烯具有明顯的*性。

然而，聚乙烯的絕緣擊穿電壓隨溫度升高下降很快。圖1顯示了聚乙烯薄膜在30℃～90℃范圍內(nèi)的直流和沖擊電壓擊穿電壓強度。電力電纜在系統(tǒng)故障中，有可能在極短的時間內(nèi)達(dá)到高溫，因此，改善絕緣材料在高溫條件下的絕緣擊穿電壓具有極其重要的現(xiàn)實意義。

聚丙烯具有較高的熔點和較好的高溫電氣性能，但是其機械性能不適合制作擠出型電纜，特別是長度較長的電纜。在本研究中，我們在聚乙烯中添加了5％～10％的聚乙烯－丙烯共聚物（EP），以提高高溫電壓強度，而又不降低機械性能。

2試驗

2．1樣品

在本研究中使用的聚乙烯由高壓法制成，不含任何添加劑。共聚物由丙烯和4．5％的乙烯共聚而成。采用擠出法將樹脂制成25μm厚的薄膜。試驗中使用的四種樣品的組成、密度、熔點等列在表2中。

2．2試驗裝置

用于絕緣擊穿電壓測試的樣品，首先真空蒸鍍金電極（見圖2），然后將樣品放在球－板電極間浸于硅油中，硅油的溫度可以控制在20℃～100℃范圍內(nèi)，測量沖擊電壓擊穿電壓強度時采用2．6GV／s的升壓速度。另外，本研究中還用偏光顯微鏡，偏光紅外光譜等手段對樣品進(jìn)行了分析。

3試驗結(jié)果及討論

3．1沖擊電壓擊穿電壓強度

圖3示出了四種樣品的沖擊電壓擊穿電壓強度與溫度的關(guān)系。在30℃和60℃時，四種樣品的沖擊電壓擊穿電壓強度沒有顯著差異。但在90℃時，沖擊電壓擊穿電壓強度隨著聚丙烯共聚物含量的增加而提高，純聚丙烯共聚物具有最高的沖擊擊穿電壓強度，聚乙烯的沖擊擊穿電壓強度低，而添加了10％聚乙烯－丙烯共聚物后其90℃的沖擊電壓擊穿電壓強度比純聚乙烯要高約10％。

3．2高次結(jié)構(gòu)

圖4示出了純聚乙烯（T－0）和添加了10％聚乙烯－丙烯共聚物（T－10）的偏光顯微鏡照片。從中可

以看出，通過與聚乙烯－丙烯共聚物共混，使高次結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。表現(xiàn)在：第一，T－10具有較小的球晶；第二，相對于T－0近似球狀的球晶，T－10的球晶形狀略呈橢球形，而其長軸平行于樣品的拉伸方向（MD）。這一點顯示T－10沿拉伸方向的取向程度要強于T－0。為了驗證這一觀點，進(jìn)行了進(jìn)一步實驗。圖5示出了樣品在100℃的熱收縮率（樣品的拉伸方向）與聚乙烯－丙烯共聚物含量的關(guān)系，隨著聚乙烯－丙烯共聚物含量的增加，熱收縮率也顯著增加。高分子材料在拉伸時會發(fā)生分子鏈一定程度的取向，而當(dāng)溫度上升超過軟化點時，伸長的分子鏈會趨向于收縮。因此，熱收縮率是表征樣品取向程度的方法之一，所以，這一結(jié)果與偏光顯微鏡的觀察結(jié)果是一致的。

3．3電氣性能與高次結(jié)構(gòu)的關(guān)系

高分子絕緣材料的電氣性能與高次結(jié)構(gòu)具有緊密的聯(lián)系，從圖4和圖5可以知道，通過與聚乙烯－丙烯共聚物共混，使高次結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，與聚乙烯相比表現(xiàn)在球晶尺寸減小和取向度增加，而這些都曾被報道有利于提高絕緣擊穿電壓。沖擊電壓擊穿電壓強度試驗結(jié)果和高次結(jié)構(gòu)的試驗結(jié)果是一致的。

4結(jié)論

在研究了聚乙烯與聚乙烯--丙烯共聚物的共混物的沖擊電壓擊穿電壓強度和高次結(jié)構(gòu)之后，得到的主要結(jié)論如下：

（1）通過共混可以改善90℃下的沖擊電壓擊穿電壓強度。添加10％聚乙烯－丙烯共聚物后的90℃沖擊電壓擊穿電壓強度比純聚乙烯高約10％。

（2）通過共混，球晶尺寸減小，沿拉伸方向的取向度增大，而這些變化有可能是導(dǎo)致沖擊電壓擊穿電壓強度提高的原因。