CN113740238A - 一种热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热固型绝缘材料检测领域，公开了一种热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，包括：检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，得到基准动态损耗角正切值曲线；按照预设打磨厚度，重复打磨老化热固型绝缘材料，并在每次打磨后检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，得到打磨动态损耗角正切值曲线，当打磨动态损耗角正切值曲线与基准动态损耗角正切值曲线满足预设相似条件时，停止打磨；统计老化热固型绝缘材料的累积打磨厚度，得到老化热固型绝缘材料的表面老化层深度，作为热固型绝缘材料老化的检测结果。可适用于不同老化条件下，热固型绝缘材料的老化深度及情况的评估，解决现有检测方法无法准确判断表面老化层深度的难题。
Description
技术领域
本发明属于热固型绝缘材料检测领域，涉及一种热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法。
背景技术
热固型绝缘材料，如环氧树脂及有机硅塑料等，是一种广泛应用于电气设备及电力电子设备中的绝缘材料。它们具有较高的击穿场强与体积电阻率、较低的工频介电常数与介质损耗角正切值，同时也具有良好的机械强度，且经过添加无机填料改性后的复合材料更是具有较高的导热系数，因此大规模应用于如高压套管、电机线棒绝缘以及电力电子器件封装中作为绝缘材料，是影响电力设备安全运行、甚至整个电力系统稳定性的关键部分。
由于电力设备的工作特性，热固型绝缘材料在实际服役的过程中会承受多种形式的老化，如高温老化、热循环老化、热冲击老化及湿热老化等。在这些老化条件下，热固型绝缘材料的绝缘性能和机械性能等都将受到较大的影响，其内部结构将会发生一定程度的破坏，从而导致击穿场强、电阻率等参数下降，甚至发生绝缘失效等。目前，检测热固型绝缘材料老化程度的手段较多，如测试其击穿场强、体积电阻率、介电常数及介质损耗角正切值等。但许多情况下，这些老化带来的影响往往是从材料表面开始，并逐渐向其内部延伸一定厚度，从而使老化后的热固型绝缘材料成为一种表层被老化，而内层未被老化的双层不均匀介质。
但是，以上检测手段仅能从整体上模糊判断热固型绝缘材料的老化程度，无法定量分析热固型绝缘材料表面老化层的具体深度。如若能采取一种能准确判断热固型绝缘材料在经过不均匀老化后，其表面老化层深度的测试手段，将有利于精准判断热固型绝缘材料的老化情况，提高电力设备的运行可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，现有检测手段仅能从整体上模糊判断热固型绝缘材料的老化程度，无法定量分析热固型绝缘材料表面老化层的具体深度的缺点，提供一种热固型绝缘材料老化的检测方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，包括以下步骤：
检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，得到基准动态损耗角正切值曲线；
按照预设打磨厚度，重复打磨老化热固型绝缘材料，并在每次打磨后检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，得到打磨动态损耗角正切值曲线，当打磨动态损耗角正切值曲线与基准动态损耗角正切值曲线满足预设相似条件时，停止打磨；
统计老化热固型绝缘材料的累积打磨厚度，得到老化热固型绝缘材料的表面老化层深度，作为热固型绝缘材料不均匀老化的检测结果。
本发明进一步的改进在于：
所述检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线前，清除未老化热固型绝缘材料的表面杂质；检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线前，清除老化热固型绝缘材料的表面杂质。
所述检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线时，通过基于动态热机械分析法检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线；检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线时，通过基于动态热机械分析法检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线。
所述通过基于动态热机械分析法检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线的具体方法为：测量未老化热固型绝缘材料的尺寸参数，将未老化热固型绝缘材料夹持在动态热机械分析仪的测量夹具上，设定动态热机械分析仪的测量模式，输入未老化热固型绝缘材料的尺寸参数，设定动态热机械分析仪的温度范围、升温速率、应力、振幅及测试频率并开始检测，得到未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线；
所述通过基于动态热机械分析法检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线的具体方法为：测量老化热固型绝缘材料的尺寸参数，将老化热固型绝缘材料夹持在动态热机械分析仪的测量夹具上，设定动态热机械分析仪的测量模式，输入老化热固型绝缘材料的尺寸参数，设定动态热机械分析仪的温度范围、升温速率、应力、振幅及测试频率并开始检测，得到老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线。
所述预设打磨厚度根据打磨次数的增加依次减小。
所述老化热固型绝缘材料至少设置两个，且各老化热固型绝缘材料老化时间不同。
所述各老化热固型绝缘材料老化时间按照预设时间梯度分布。
所述老化热固型绝缘材料为经过高温热老化、冷热循环老化、热冲击老化或湿热老化的热固型绝缘材料。
所述打磨老化热固型绝缘材料后，老化热固型绝缘材料的整体厚度均匀。
所述预设相似条件为打磨动态损耗角正切值曲线的损耗峰数量与基准动态损耗角正切值曲线的损耗峰数量相同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，按照预设打磨厚度，逐次打磨老化热固型绝缘材料，在每次打磨后检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，并与未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线进行比较，当打磨动态损耗角正切值曲线恢复到类似于基准动态损耗角正切值曲线的形式时，打磨掉的表面层厚度即为老化热固型绝缘材料由不均匀老化引起的表面老化层深度，根据表面老化层深度的即可有效判断热固型绝缘材料的老化情况。因此，本发明是一种准确、简便、快捷的检测方法，可适用于不同老化条件下多种热固型绝缘材料的老化深度及情况的评估，能够有效解决现有检测方法无法准确判断热固型绝缘材料表面老化层深度的技术难题。
附图说明
图1为本发明实施例的热固型绝缘材料老化的检测方法流程框图；
图2为本发明实施例的未老化的环氧树脂试样的动态损耗角正切值曲线；
图3为本发明实施例的高温热老化7天的环氧树脂试样的动态损耗角正切值曲线，以及打磨掉其表面层0.05mm厚度后试样的动态损耗角正切值曲线；
图4为本发明实施的高温热老化20天的环氧树脂试样的动态损耗角正切值曲线，以及打磨掉其表面层0.09mm厚度后试样的动态损耗角正切值曲线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在实际工况中，热固型绝缘材料的老化通常情况下是从其表面开始，并逐渐向其内部延伸一定厚度，从而使老化后的热固型绝缘材料成为一种表层被老化、而内层未被老化的双层不均匀介质，导致其绝缘性能降低，甚至引起绝缘失效等。因此，可根据其表面老化层深度的变化来判断热固型绝缘材料的老化情况。
参见图1，本发明一实施例中，提供一种热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，包括以下步骤：检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，得到基准动态损耗角正切值曲线；按照预设打磨厚度，重复打磨老化热固型绝缘材料，并在每次打磨后检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，得到打磨动态损耗角正切值曲线，当打磨动态损耗角正切值曲线与基准动态损耗角正切值曲线满足预设相似条件时，停止打磨；统计老化热固型绝缘材料的累积打磨厚度，得到老化热固型绝缘材料的表面老化层深度，作为热固型绝缘材料老化的检测结果。
具体的，包括以下步骤：
步骤1：试样制备。准备若干片热固型绝缘材料，清除热固型绝缘材料的表面杂质，取其中一个热固型绝缘材料作为未老化的目标试样，即未老化热固型绝缘材料。再取出若干片热固型绝缘材料进行不同时间的老化处理，得到老化热固型绝缘材料，热固型绝缘材料老化处理的时间可控，时间梯度可调。
优选的，所述老化热固型绝缘材料至少设置两个，各老化热固型绝缘材料老化时间按照预设时间梯度分布，便于后续的老化情况分析。
优选的，对热固型绝缘材料进行的老化处理的形式可以是高温热老化、冷热循环老化、热冲击老化及湿热老化等。
步骤2：检测未老化热固型绝缘材料和老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线。具体的，检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线时，通过基于动态热机械分析法检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线；检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线时，通过基于动态热机械分析法检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线。
其中，所述通过基于动态热机械分析法检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线的具体方法为：测量未老化热固型绝缘材料的尺寸参数，将未老化热固型绝缘材料夹持在动态热机械分析仪的测量夹具上，设定动态热机械分析仪的测量模式，输入未老化热固型绝缘材料的尺寸参数，设定动态热机械分析仪的温度范围、升温速率、应力、振幅及测试频率并开始检测，得到未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线；所述通过基于动态热机械分析法检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线的具体方法为：测量老化热固型绝缘材料的尺寸参数，将老化热固型绝缘材料夹持在动态热机械分析仪的测量夹具上，设定动态热机械分析仪的测量模式，输入老化热固型绝缘材料的尺寸参数，设定动态热机械分析仪的温度范围、升温速率、应力、振幅及测试频率并开始检测，得到老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线。
优选的，所述检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线前，清除未老化热固型绝缘材料的表面杂质；检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线前，清除老化热固型绝缘材料的表面杂质，以保证检测结果的准确性。
步骤3：对老化热固型绝缘材料进行表面处理。将老化热固型绝缘材料从表面开始打磨掉一定厚度，并清除表面杂质后，再次测试其动态损耗角正切值曲线。
具体的，打磨厚度根据打磨次数的增加依次减小，以便更精确的得到老化热固型绝缘材料得表面层老化深度。并且，打磨老化热固型绝缘材料后，老化热固型绝缘材料的整体厚度均匀，提升检测精度。
步骤4：热固型绝缘材料不均匀老化的评估。当打磨动态损耗角正切值曲线与基准动态损耗角正切值曲线满足预设相似条件时，停止打磨，统计老化热固型绝缘材料的累积打磨厚度，得到老化热固型绝缘材料的表面老化层深度，作为热固型绝缘材料老化的检测结果。
优选的，所述预设相似条件为打磨动态损耗角正切值曲线的损耗峰数量与基准动态损耗角正切值曲线的损耗峰数量相同。即当打磨动态损耗角正切值曲线由双峰，恢复到类似于基准动态损耗角正切值曲线的单峰形式时，累积打磨掉的厚度即为热固型绝缘材料的表面老化层深度。
综上所述，本发明热固型绝缘材料老化的检测方法，按照预设打磨厚度，逐次打磨老化热固型绝缘材料，在每次打磨后检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，并与未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线进行比较，当打磨动态损耗角正切值曲线恢复到类似于基准动态损耗角正切值曲线的形式时，打磨掉的表面层厚度即为老化热固型绝缘材料由不均匀老化引起的表面老化层深度，根据表面老化层深度的即可有效判断热固型绝缘材料的老化情况。因此本发明是一种准确、简便、快捷的检测方法，可适用于不同老化条件下多种热固型绝缘材料的老化深度及情况的评估，能够有效解决现有检测方法无法准确判断热固型绝缘材料表面老化层深度的技术难题。
下面以典型的热固型绝缘材料：E51型环氧树脂绝缘材料为例，用动态热机械测试进行老化深度的确定：
本实施例所用的动态热机械分析仪型号为NetzschDMA242E，具体包括以下步骤：
1)试样制备。准备好若干E51型环氧树脂薄片，其厚度为0.8mm。将所选试样进行温度为150℃的高温热老化实验，老化时长分别为0天、7天和20天，一共三种目标试样。
2)动态热机械测试。首先将目标试样裁剪成25mm×6mm×0.8mm大小，其中，对于老化后进行表面处理的试样，测试时以打磨掉表面层后的实际剩余厚度为准。然后，将目标试样夹持在动态热机械分析仪的测量夹具之间，并选取动态热机械测试的测量模式为拉伸模式，输入试样的尺寸参数，再设置温度范围为80～200℃、升温速率为5℃/min、应力大小为4N、振幅为3μm及测试频率为1Hz，最后开始测试，获得目标试样的动态损耗角正切值曲线。
3)参见图2，为未老化试样的动态损耗角正切值曲线。从图2中可以看出，未老化试样的动态损耗角正切值曲线呈单峰状，未出现其它损耗峰值。参见图3，实线部分为老化7天后试样的动态损耗角正切值曲线，参见图4，实线部分为老化20天后试样的动态损耗角正切值曲线。可以看出，老化后的试样的曲线与老化前存在较大差别，由单个损耗峰衍变成了两个更高温度的损耗峰。
4)再次参见图3，虚线部分为对老化7天后的试样，在打磨掉0.05mm厚度的表面层后试样的动态损耗角正切值曲线，可以看出，经过表面处理后的试样的动态损耗角正切值曲线恢复到了老化前的单峰形式，即所剩余的部分为环氧树脂试样中未被老化的内层部分，而打磨掉的表面层为参与老化的部分，其深度为0.05mm。同样对于图4中老化20天后经表面处理的试样而言，即虚线部分，在打磨掉0.09mm后的表面层部分后，经过表面处理后的试样的动态损耗角正切值曲线恢复到了老化前的单峰形式，即老化深度为0.09mm。
因此可以得出随着老化时间的延长，环氧树脂材料在该条件下表面老化层的深度在逐渐增大，通过该方法能准确地判断各个老化时间节点下如环氧树脂一类的热固型绝缘材料的表面老化层深度。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，得到基准动态损耗角正切值曲线；
按照预设打磨厚度，重复打磨老化热固型绝缘材料，并在每次打磨后检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线，得到打磨动态损耗角正切值曲线，当打磨动态损耗角正切值曲线与基准动态损耗角正切值曲线满足预设相似条件时，停止打磨；
统计老化热固型绝缘材料的累积打磨厚度，得到老化热固型绝缘材料的表面老化层深度，作为热固型绝缘材料不均匀老化的检测结果。
2.根据权利要求1所述的热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，所述检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线前，清除未老化热固型绝缘材料的表面杂质；检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线前，清除老化热固型绝缘材料的表面杂质。
3.根据权利要求1所述的热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，所述检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线时，通过基于动态热机械分析法检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线；检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线时，通过基于动态热机械分析法检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线。
4.根据权利要求3所述的热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，所述通过基于动态热机械分析法检测未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线的具体方法为：测量未老化热固型绝缘材料的尺寸参数，将未老化热固型绝缘材料夹持在动态热机械分析仪的测量夹具上，设定动态热机械分析仪的测量模式，输入未老化热固型绝缘材料的尺寸参数，设定动态热机械分析仪的温度范围、升温速率、应力、振幅及测试频率并开始检测，得到未老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线；
所述通过基于动态热机械分析法检测老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线的具体方法为：测量老化热固型绝缘材料的尺寸参数，将老化热固型绝缘材料夹持在动态热机械分析仪的测量夹具上，设定动态热机械分析仪的测量模式，输入老化热固型绝缘材料的尺寸参数，设定动态热机械分析仪的温度范围、升温速率、应力、振幅及测试频率并开始检测，得到老化热固型绝缘材料的动态损耗角正切值曲线。
5.根据权利要求1所述的热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，所述预设打磨厚度根据打磨次数的增加依次减小。
6.根据权利要求1所述的热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，所述老化热固型绝缘材料至少设置两个，且各老化热固型绝缘材料老化时间不同。
7.根据权利要求6所述的热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，所述各老化热固型绝缘材料老化时间按照预设时间梯度分布。
8.根据权利要求1所述的热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，所述老化热固型绝缘材料为经过高温热老化、冷热循环老化、热冲击老化或湿热老化的热固型绝缘材料。
9.根据权利要求1所述的热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，所述打磨老化热固型绝缘材料后，老化热固型绝缘材料的整体厚度均匀。
10.根据权利要求1所述的热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法，其特征在于，所述预设相似条件为打磨动态损耗角正切值曲线的损耗峰数量与基准动态损耗角正切值曲线的损耗峰数量相同。
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| CN202110962045.7A Pending CN113740238A (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 一种热固型绝缘材料不均匀老化的检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113740238A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114324129A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-04-12 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 一种高压套管绝缘材料老化模拟装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000081401A (ja) * | 1998-09-07 | 2000-03-21 | Hitachi Ltd | 有機絶縁材料の劣化診断方法 |
| JP2013092443A (ja) * | 2011-10-26 | 2013-05-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 塗膜劣化検出方法 |
| CN106644809A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-05-10 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种测量复合绝缘子伞裙材料老化深度范围的方法 |
| CN107356516A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-11-17 | 交通运输部公路科学研究所 | 一种沥青紫外老化纵向深度的测试方法 |
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-
2021
- 2021-08-20 CN CN202110962045.7A patent/CN113740238A/zh active Pending
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