CN101458982A - 提高半结晶聚合物绝缘介质真空沿面闪络电压的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高半结晶聚合物绝缘介质真空沿面闪络电压的方法，先将半结晶聚合物介质制成类圆台形试样；再对加工好类圆台形试样放入烘箱中加热，使其达到接近熔融状态的温度，至少保温10分钟；然后对加热好的试样进行热处理，包括－56℃－－25℃淬火或0.5－1.0℃/min慢速降温。本发明通过对半结晶聚合物绝缘介质进行热处理，改变了半结晶聚合物绝缘介质的聚集态结构(结晶度和晶粒尺寸)，显著提高了其真空沿面闪络电压，可以广泛应用于电气、航天、武器等多个领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高有机绝缘介质真空沿面闪络电压的方法，特别涉及一种提高半结晶聚合物绝缘介质真空沿面闪络电压的方法。
背景技术
真空作为一种特殊的电介质，因其优良的介电特性而被广泛用于电气设备和电真空器件中，如真空开关、高强度X射线管、大功率微波管、高能粒子加速器和脉冲功率半导体开关等。但是由于真空中沿面闪络现象的存在，真空绝缘体表面的沿面闪络电压远远低于同样绝缘距离的真空间隙或绝缘材料的体击穿电压，并表现出很大的分散性。
人们研究沿面闪络的发展过程中，先后提出了多个不同的模型，目前占主导地位的、较易被人们所认可的模型主要有两个：二次电子雪崩(SecondaryElectron Emission Avalanche，SEEA)模型，电子触发极化松弛(ElectronTriggered Polarity Relaxation，ETPR)模型。
触发极化松弛模型主要依据的是陷阱理论，认为沿面闪络是发生在材料的表层中的过程，与材料的表层性质有很大的关联。已有人研究了陷阱电荷以及表面电荷对真空中沿面闪络电压的影响。
我国已经认识到电气设备性能的提高需要对绝缘材料和结构进行改善。但是，国内在现代电气装备中使用的材料性能不稳定，可靠性较差。对现代电气装备用的绝缘材料的研制开发刚刚起步。因此，急需研究开发高性能的绝缘材料和结构，以满足现代电气装备的需要。因此，改善材料内部的微观结构和微观参数来改变材料的真空中沿面闪络特性至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种可显著提高半结晶聚合物，如XLPE一类的有机绝缘介质真空中沿面闪络电压的方法，改善绝缘材料的综合电气性能。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种提高半结晶聚合物绝缘介质真空沿面闪络电压的方法，其特征在于，包括下述步骤：
第一步，先将半结晶聚合物绝缘介质制成类圆台形试样；
第二步，将加工好的类圆台形试样放入烘箱中加热，使其接近熔融状态的温度，至少保温10分钟；
第三步，对加热好的试样进行热处理，包括-56℃～-25℃淬火或0.5-1.0℃/min慢速降温。
上述方案中，第二步所述对试样加热使其接近熔融状态的温度为135℃。所述第三步-56℃～-25℃淬火处理是指将试样从烘箱中取出，立即放入-56℃～-25℃的冷藏柜中，保温1小时后取出。所述第三步0.5-1.0℃/min慢速降温是指将试样不从烘箱中取出，控制烘箱加热装置按0.5-1.0℃/min速率降温至室温，最后将试样取出。
本发明通过对有机绝缘介质进行特殊的热处理工序，改变了半结晶聚合物的聚集态结构(结晶度和晶粒尺寸)，在真空条件下测量其沿面闪络电压并与未处理的试样进行比较，结果可以显著提高其真空沿面闪络电压。本发明提出的方法不但可适用于电气领域有机材料绝缘性能的提高，也可适用于航天、武器等特殊领域有机材料绝缘性能的改善。
附图说明
图1为本发明有机绝缘介质真空沿面闪络测试的试样结构及电极安装图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
一种提高半结晶聚合物绝缘介质真空沿面闪络电压的方法，包括下述步骤；
首先，如图1所示，采用高压XLPE(交联聚乙烯)电缆，切割成6mm厚的柱体，然后加工成五组厚度为4mm的类圆台形试样2，其上底面中间为凹台3，表面光洁度3um。
然后，将加工好的类圆台形试样2取四组放入烘箱中，使其达到接近熔融状态(交联聚乙烯的熔点为150℃左右)，即在135℃下加热10分钟，然后分别按表1所列不同的热处理程序对其淬火或降温，得到四组不同实施例的结晶度和晶粒大小的试样。其中1、2号试样淬火处理(从烘箱中取出放入冷藏柜)；3、4号试样缓慢降温处理。
表1 不同实施例的热处理程序
| 试样编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 热处理条件 | 放入-56℃冷藏柜1h | 放入-25℃冷藏柜1h | 1℃/min降至室温 | 0.5℃/min降至室温 | 标准式样不做任何处理 |
下一步，用于测量试样沿面闪络电压的测量电极采用铝合金LY12，其中上电极4其下端为凸台5，其与试样凹台3相吻合；下电极1与试样下底面接触。将试品装好上、下电极4、1并固定在真空腔中，采用旋转机械泵和扩散泵同时抽真空，以确保真空度达到3.4×10-3Pa。
最后进行试样真空中沿面闪络电压的测量：
对试样进行闪络实验时，采用逐级加压的方法，试品加压从18KV开始，升压幅度为2KV，每个等级施加5次，两次加压时间为0.5分钟，如果在某个电压下不发生沿面闪络，则提高施加电压等级，每次升压幅度为2KV，直至试品发生第一次闪络，称为首次闪络电压。如果第一次闪络后再次加压时不再发生闪络，则升高电压，直至连续三次加压都闪络，称为老练电压。当达到老练电压后，立即把电压降低2KV，继续闪络则继续降低，直至连续三次都不再发生闪络，称为耐受电压。
表2是经过表1不同热处理的四组试样在真空中的雷电脉冲沿面闪络电压测试平均值及与5号标准试样沿面闪络电压测试平均值的比较。
表2 试样的脉冲沿面闪络电压测量数据
| 首次闪络电压/kV | 老练电压/kv | 耐受电压/kV | |
| 1 | 58.65 | 77.35 | 73.95 |
| 2 | 53.55 | 72.95 | 70.55 |
| 3 | 56.95 | 73.95 | 65.45 |
| 4 | 62.90 | 78.05 | 70.25 |
| 5 | 52.95 | 60.35 | 58.65 |
从表2中可以看出，4号试样具有最高的真空中闪络电压，它与5号标准式样相比，首次闪络电压提高了18.8％，老练电压提高了29.3％，耐受电压提高了19.8％。
表3是表1经过不同热处理的试样在真空中的直流沿面闪络电压测量数据(平均值)。
表3 试样的直流沿面闪络电压测量数据
| 试样编号 | 首次闪络电压/kV | 耐受电压/kV |
| 1 | 24.6 | 20.65 |
| 2 | 20.1 | 16 |
| 3 | 26 | 23.25 |
| 4 | 30 | 28 |
| 5 | 16.9 | 15 |
从表3可以看出，4号试样具有最高的真空中闪络电压，它与5号标准式样相比，首次闪络电压提高了77％，耐受电压提高了86％。所以可以看出采用本发明的热处理方法可以显著的提高有机材料的真空中沿面闪络电压。
Claims (4)
1.一种提高半结晶聚合物绝缘介质真空沿面闪络电压的方法，其特征在于，包括下述步骤：
第一步，先将半结晶聚合物绝缘介质制成类圆台形试样；
第二步，将加工好的类圆台形试样放入烘箱中加热，使其接近熔融状态的温度，至少保温10分钟；
第三步，对加热好的试样进行热处理，采用-56℃～-25℃淬火或0.5～1.0℃/min慢速降温。
2、如权利要求1所述的提高半结晶聚合物绝缘介质真空沿面闪络电压的方法，其特征在于，所述对试样加热使其接近熔融状态的温度为135℃。
3、如权利要求1或2所述的提高半结晶聚合物绝缘介质真空沿面闪络电压的方法，其特征在于，所述-56℃～-25℃淬火处理是指将试样从烘箱中取出，立即放入-56℃～-25℃的冷藏柜中，保温1小时后取出。
4、如权利要求1或2所述的提高有机绝缘介质真空沿面闪络电压的方法，其特征在于，所述0.5-1.0℃/min慢速降温是指将试样不从烘箱中取出，控制烘箱加热装置按0.5-1.0℃/min速率降温至室温，最后将试样取出。
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