对绝缘材料高压击穿试验机讨论（ZJC-50KV）

1前言

随着电力工业的发展，对电气绝缘材料的要求越来越高。高绝缘击穿电压，耐高温绝缘材料一直是本行业科技工作者努力的目标。

低密度聚乙烯（LDPE）由于具有较好的电气和机械性能而广泛应用于制作高电压电力电缆等的绝缘材料。表1列出了常用于电缆的几种主绝缘材料的主要性能指标，可以看出聚乙烯和经过交联的聚乙烯具有明显的优越性。

然而，聚乙烯的绝缘击穿电压随温度升高下降很快。图1显示了聚乙烯薄膜在30℃～90℃范围内的直流和冲击电压击穿电压强度。电力电缆在系统故障中，有可能在极短的时间内达到高温，因此，改善绝缘材料在高温条件下的绝缘击穿电压具有极其重要的现实意义。

聚丙烯具有较高的熔点和较好的高温电气性能，但是其机械性能不适合制作挤出型电缆，特别是长度较长的电缆。在本研究中，我们在聚乙烯中添加了5％～10％的聚乙烯－丙烯共聚物（EP），以提高高温电压强度，而又不降低机械性能。

2试验

2．1样品

在本研究中使用的聚乙烯由高压法制成，不含任何添加剂。共聚物由丙烯和4．5％的乙烯共聚而成。采用挤出法将树脂制成25μm厚的薄膜。试验中使用的四种样品的组成、密度、熔点等列在表2中。

2．2试验装置

用于绝缘击穿电压测试的样品，首先真空蒸镀金电极（见图2），然后将样品放在球－板电极间浸于硅油中，硅油的温度可以控制在20℃～100℃范围内，测量冲击电压击穿电压强度时采用2．6GV／s的升压速度。另外，本研究中还用偏光显微镜，偏光红外光谱等手段对样品进行了分析。

3试验结果及讨论

3．1冲击电压击穿电压强度

图3示出了四种样品的冲击电压击穿电压强度与温度的关系。在30℃和60℃时，四种样品的冲击电压击穿电压强度没有显著差异。但在90℃时，冲击电压击穿电压强度随着聚丙烯共聚物含量的增加而提高，纯聚丙烯共聚物具有最高的冲击击穿电压强度，聚乙烯的冲击击穿电压强度低，而添加了10％聚乙烯－丙烯共聚物后其90℃的冲击电压击穿电压强度比纯聚乙烯要高约10％。

3．2高次结构

图4示出了纯聚乙烯（T－0）和添加了10％聚乙烯－丙烯共聚物（T－10）的偏光显微镜照片。从中可

以看出，通过与聚乙烯－丙烯共聚物共混，使高次结构发生了改变。表现在：第一，T－10具有较小的球晶；第二，相对于T－0近似球状的球晶，T－10的球晶形状略呈椭球形，而其长轴平行于样品的拉伸方向（MD）。这一点显示T－10沿拉伸方向的取向程度要强于T－0。为了验证这一观点，进行了进一步实验。图5示出了样品在100℃的热收缩率（样品的拉伸方向）与聚乙烯－丙烯共聚物含量的关系，随着聚乙烯－丙烯共聚物含量的增加，热收缩率也显著增加。高分子材料在拉伸时会发生分子链一定程度的取向，而当温度上升超过软化点时，伸长的分子链会趋向于收缩。因此，热收缩率是表征样品取向程度的方法之一，所以，这一结果与偏光显微镜的观察结果是一致的。

3．3电气性能与高次结构的关系

高分子绝缘材料的电气性能与高次结构具有紧密的联系，从图4和图5可以知道，通过与聚乙烯－丙烯共聚物共混，使高次结构发生了变化，与聚乙烯相比表现在球晶尺寸减小和取向度增加，而这些都曾被报道有利于提高绝缘击穿电压。冲击电压击穿电压强度试验结果和高次结构的试验结果是一致的。

4结论

在研究了聚乙烯与聚乙烯--丙烯共聚物的共混物的冲击电压击穿电压强度和高次结构之后，得到的主要结论如下：

（1）通过共混可以改善90℃下的冲击电压击穿电压强度。添加10％聚乙烯－丙烯共聚物后的90℃冲击电压击穿电压强度比纯聚乙烯高约10％。

（2）通过共混，球晶尺寸减小，沿拉伸方向的取向度增大，而这些变化有可能是导致冲击电压击穿电压强度提高的原因。