对比分析两种薄膜材料的工频击穿电压

1试验

1.1试验材料

PC薄膜、PET薄膜和芳香纤维绝缘纸均由杜邦公司生产，厚度均为0.5mm。PC薄膜可在-100～125℃内使用，吸水率低，能在较大的温度范围内保持良好的电性能，相对介电常数约为3.1。PET薄膜具有较高的绝缘电阻和击穿电压，其击穿电压在130℃时为100MV/m，其介电常数为3.0～3.4，介质损耗因数为0.005%，工作温度为-60～120℃；绝缘纸，NOMEX410型，经过轧光，具有较高的固有介电强度、机械韧性、柔性和回弹性，与变压器油构成油纸复合绝缘，其相对介电常数为4；试验矿物油，25号昆仑变压器油，中国石油天然气股份有限公司克拉玛依润滑油厂生产，其闪点大约为140℃。

1.2工频击穿电压试验

击穿电压按照GB/T1408.1—2006《绝缘材料电气强度试验方法第1部分：工频下试验》进行测试。采用变压器油作为周围媒质，测试3种材料在电热老化不同阶段的工频击穿电压，试验电极选择等直径（ϕ25mm）电极。

2结果与讨论

2.1击穿电压

90℃、110℃以及130℃3个老化温度下，绝缘纸、PC薄膜、PET薄膜的工频击穿电压随老化时间的变化规律分别如图2～4所示。

从图2可以看出，芳香纤维绝缘纸在90℃、110℃以及130℃3个老化温度下，击穿电压随老化温度的变化是波动的，没有单调的增长或降低趋势。老化初期3个老化温度下的击穿电压均有不同程度的降低，90℃老化后的击穿电压降低最小，130℃老化后的击穿电压降低最多；随着老化时间的延长，击穿电压呈时升时降的波动变化，但是波动范围很小。老化300天后3个老化温度下油浸芳香纤维绝缘纸的击穿电压仍然很高，较未老化时的击穿电压降幅不超过1.2kV。其原因是浸油后的芳香纤维绝缘纸与变压器油组成了油-纸复合绝缘系统，而芳香纤维绝缘纸和变压器油介电常数相差较大，随着老化时间的延长，芳香纤维绝缘纸自身纤维的变化导致其浸油率的变化，进而影响油纸绝缘系统内电场分布情况的变化，导致其击穿电压受绝缘破坏程度和老化温度的影响较小。

从图3可以看出，PC薄膜的击穿电压在老化初期随着老化温度升高而降低；在老化中后期情况相反，随着老化时间的延长，130℃老化试样的击穿电压最大，90℃老化试样的击穿电压最小。130℃老化试样的击穿电压随老化时间的延长呈先降低后上升最后稳定在21.6kV左右；90℃与110℃老化试样的击穿电压随老化时间的延长有上下波动的现象，波动幅度很小。其原因是聚碳酸酯具有较好的耐高温性能，90℃和110℃基本没有老化，材料浸油并不明显；130℃下其绝缘结构破坏严重，浸油率增加引起击穿电压升高。

从图4可以看出，3个不同老化温度下PET薄膜击穿电压随老化时间的增加均先减小后增大，老化300天后3个温度下击穿电压差别不大。随着老化时间的延长，绝缘结构破坏严重，浸油率的变化导致了上述结果。

比较图2～4，3个老化温度下3种材料在老化前期（0～90天）的击穿电压均下降，老化中后期（120～300天）的击穿电压呈现不同程度的上升趋势。这是由于老化前期材料内部结构基本没有发生变化，且浸油不够充分，内部仍有较多击穿电压较低的气隙，而材料本身发生部分老化，因此击穿电压较未老化时降低；老化中后期绝缘材料内部结构发生了不同程度的破坏，增加了材料的浸油率，使气隙变成了具有较高击穿电压的“油隙"，改善了油-绝缘材料的电场分布，提高了绝缘系统的起晕电压，随着老化程度的增加其击穿电压并没有明显降低，因此击穿电压不能用来作为表征绝缘材料老化程度的参量。但绝缘材料击穿电压的高低可以直接表征其电气强度，未老化时3种绝缘材料的击穿电压误差范围为±5%。3个老化温度下老化后聚碳酸酯的击穿电压最大，芳香纤维绝缘纸次之，聚酯薄膜最小。因此，聚碳酸酯薄膜具有更好的电气强度。