电流互感器用聚四氟乙烯薄膜空间电荷特性及电气性能研究

发布时间：2020-04-09 18:06

【摘要】：聚四氟乙烯(PTFE)绝缘薄膜作为干式电流互感器、干式穿墙套管、管型母线等电力设备的主绝缘材料,其绝缘性能的优劣与电网安全运行密切相关。在实际运行的过程中,PTFE薄膜在温度和电场的作用下,会产生空间电荷的积累,导致薄膜内部电场畸变,并引发绝缘的老化和击穿,最终影响电气设备的安全运行。目前PTFE绝缘薄膜在长期运行工况下的空间电荷积聚问题尚未引起足够的重视,测试温度、外施电场及热老化状态等因素对PTFE薄膜空间电荷特性的影响尚不清楚。本文研究PTFE薄膜介质的空间电荷特性及电气性能,从而揭示PTFE介质内部空间电荷输运特性演变规律,有助于探索空间电荷在PTFE薄膜绝缘破坏中所起的作用,提高PTFE薄膜的绝缘水平,并为PTFE薄膜的缺陷诊断及绝缘状态评估提供理论依据,这对于提高干式电流互感器、管型母线等高压电气设备的运行可靠性及寿命具有十分重要的价值和意义。论文主要工作如下:采用电声脉冲法开展不同测试温度和不同外施电场下未老化PTFE薄膜的空间电荷特性试验研究,分析测试温度和外施电场对未老化的PTFE薄膜介质空间电荷特性及内部电场分布特性的影响,讨论了PTFE/PTFE界面空间电荷特性。研究发现,较于正极性电场,负极性电场极化后PTFE内部空间电荷迁移速率更快,去极化后电荷残留量更少;随外施电场强度增大,界面空间电荷增多且电荷极性改变,内部电场畸变程度加深;随温度提高,界面电荷的极性会改变。较于其它温度,温度为60℃时界面空间电荷积聚量最少;界面空间电荷的形成与电荷注入迁移特性及Maxwell-Wagner效应相关。开展不同热老化状态下PTFE薄膜介质的空间电荷特性试验研究,分析热老化时间和热老化温度对PTFE介质空间电荷特性的影响。研究发现,PTFE介质内部容易积聚负极性空间电荷,随热老化时间增加,空间电荷积累总量先减小后增加;相比其它老化阶段,热老化30天PTFE试样空间电荷积聚量以及去极化后的电荷残留量最少;热老化温度对PTFE空间电荷分布特性影响不大,但对空间电荷总量衰减特性有一定影响,且与热老化时间密切相关。开展不同热老化状态下PTFE薄膜介质的击穿特性、介电特性及红外光谱特性试验研究,分析热老化状态对其击穿特性、介电特性及理化性能的影响。结果表明,随热老化程度加深,PTFE薄膜试样的工频击穿场强先增大后减小,直流击穿场强单调减小,相对介电常数及介电损耗因数则均有微小程度的增大;高温热老化作用下PTFE分子链弯曲和变形,此外薄膜内部残留的有机杂质分解并生成衍生物,二者是PTFE薄膜空间电荷特性及电气性能变化的主要原因。
【图文】：

电声脉冲法,空间电荷,测量装置

图 2.3 电声脉冲法空间电荷测量基本原理rinciple of space charge measurement in electroacoust量步骤冲法开展空间电荷测量试验，图 2.4 为 PEA 个部分，分别是 PEA 脉冲发生器、高压直流数字滤波器。其中 PEA 脉冲发生器的输出电直流源输出电压为 0~±20 kV；测量电极系统电极则是铝电极(Al)，电极系统可测试的径不超过 100 mm，试样内最大电场为 200 k为 9 μm 的 PVDF，，其中的放大器带宽可达 5 500 MHz，采用率不低于 2.5 GS。①直流高压电源；②限流电阻；③计算机；④纳秒脉冲电源⑤上电极(Al)；⑥双层试样；⑦示波器；⑧下电极(SC)；⑨压电传感器(PVDF)

红外光谱仪

2 试验方法和基本原理外光谱测量技术光谱技术(FTIR)可用于有机物化学结构或物质成分的射傅里叶变换红外光谱(Attenuated Total Tnterna Infrared Spectroscopy)原理设计的 Nicolet iS5 光谱仪范围为 350 cm-1~7800 cm-1，分辨率优于 0.8 cm-1。表征分子中的基团、价键，并对介质内部化学官能四氟乙烯样品的被测面应保证光滑，使之能与全反射测量时，需把全反射晶体装入其固定座上，并将样品，然后开始测定。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM452

【参考文献】