CN114113936B - 一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法，通过设计固化模具制备特定角度的针‑板电极系统，可以模拟纤维增强型环氧树脂复合材料内部缺陷与纤维束不同夹角下的电场方向，为观察纤维增强型环氧复合材料的电树枝劣化情况及研究绝缘失效机理提供了全新的方法。首先，将纤维置于设计好的聚四氟乙烯模具中，通过角度标尺，控制纤维束敷设角度在0‑90度范围内变化，并预埋高压针电极，之后将模具密封；其次，制备预置高压针电极的电树枝劣化实验试样；然后为保证试样与地电极的良好接触，在试样底部粘贴100μm厚的铜箔，铜箔与地电极相连；最后，将高压电极和地电极分别连接到高压电源和地线，并用显微镜观测内部电树枝生长状况。
Description
技术领域
本发明属于高压设备绝缘领域，特别涉及一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法。
背景技术
近年来，随着电力系统输电电压等级和输送容量的进一步提高，对特高压组合电器(GIS)的可靠性提出了巨大的挑战。绝缘拉杆是超特高压GIS断路器内完成电气通断操作的关键结构部件，在运行过程中需要承受一定的拉伸或压缩载荷以及瞬时的操作冲击电压，其运行可靠性直接关系到开关设备乃至电力系统的安全稳定运行。
绝缘材料在运行过程中会发生绝缘劣化现象，电树枝作为典型的绝缘劣化形式，受到了国内外学者的广泛关注。电树枝是由于绝缘介质内部杂质、气泡等缺陷导致的局部电场集中所引起的局部放电现象，最终可贯穿高压电极与地电极，造成绝缘击穿，成为制约电力系统安全可靠运行的瓶颈问题。
纤维增强型环氧树脂绝缘拉杆在生产或运行过程中出现一些杂质、气泡等缺陷，在强电场作用下会发生局部放电现象，出现树枝状放电通道，最终可贯穿高压电极与地电极，造成绝缘击穿，引起GIS操作失败等事故。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法。
本发明提供一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法，通过设计固化模具制备特定角度的针-板电极系统，可以模拟纤维增强型环氧树脂复合材料内部缺陷与纤维束不同夹角下的电场方向，为观察纤维增强型环氧复合材料的电树枝劣化情况及研究绝缘失效机理提供了全新的方法。
本发明提出的技术方案是一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法，通过设计固化模具制备特定角度的针-板电极系统，模拟纤维增强型环氧树脂复合材料内部缺陷与纤维束不同夹角下的电场方向。
通过设计实验用纤维布敷设角度控制针电极与纤维束夹角在0-90度变化，模拟纤维增强型环氧树脂复合材料内部缺陷与纤维束不同夹角下的电场方向，观察纤维增强型环氧树脂复合材料的电树枝劣化情况。
具体地，用于制备纤维增强环氧树脂复合材料电树枝劣化实验用聚四氟乙烯模具正上方带有一个角度标尺，用于控制纤维束敷设角度在0-90度范围内变化。
具体地，用于制备纤维增强环氧树脂复合材料电树枝劣化实验用试样的纤维为芳纶纤维、玻璃纤维或聚酯纤维任一种，纤维布层数可以为单层或双层。
该方法包括如下步骤：
(1)将纤维置于设计好的聚四氟乙烯模具中，通过角度标尺，控制纤维束敷设角度在0-90度范围内变化，并预埋1个高压针电极，之后将模具密封；
(2)将环氧树脂、固化剂、促进剂按照100:85:0.2的质量比进行混合，倒入有纤维和电极的模具中，制备电树枝劣化实验试样；
(3)为保证试样与地电极的良好接触，在试样底部粘贴100μm厚的铜箔，铜箔与地电极相连；
(4)将高压针电极和地电极分别连接到高压电源和地线，并用显微镜观测内部电树枝生长状况。
其中纤维增强环氧树脂电树枝试样的制备过程如下：
(1)将AI-6057环氧树脂、AI-3010B固化剂、叔胺促进剂按照100:85:0.2的质量比，倒入干净的烧杯中；
(2)将混合物放入转速为60r/min磁力搅拌器中，搅拌10分钟，使其均匀混合；
(3)混合物均匀混合后，放入60℃的真空干燥箱中，连续抽真空15分钟，充分去除混合物体中的空气；
(4)将混合物浇筑到预置电极的模具中，人为制造缺陷，其中高压电极针尖与地电极的距离控制为2±0.2mm，针电极曲率半径为0.3mm；
(5)之后放入60℃的真空干燥箱中进行第二轮的真空脱气处理30min，保证纤维和环氧充分浸润；
(6)试样放入100℃的恒温箱中固化4h，然后在120℃的恒温箱中固化4h，进行二次固化；
(7)到达预设时间后，将试样取出冷却至室温，拆除模具，得到纤维增强复合材料试样。
本发明用于纤维增强环氧树脂复合材料电树枝劣化的电源系统可以提供幅值在0-50kV内的交流电压、重复脉冲电压、操作过电压，模拟断路器操作前后的电压工况。
与现有技术相比，本发明所带来的有益效果是：本发明通过设计纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验用纤维布敷设角度控制针电极与纤维束夹角在0-90度变化，模拟纤维增强型环氧树脂复合材料内部缺陷与纤维束不同夹角下的电场方向，为观察纤维增强型环氧树脂复合材料的电树枝劣化情况及研究绝缘击穿机理提供了全新的方法。
1、设计了聚四氟乙烯模具，正上方带有一个角度标尺，能够控制纤维束敷设角度在0-90度范围内变化，模拟纤维增强型环氧树脂复合材料内部缺陷与纤维束不同夹角下的电场方向。
2、电树枝试样的针-板电极有效模拟了纤维增强复合材料绝缘的内部缺陷。
3、电源系统可以提供幅值在0-50kV内的交流电压、重复脉冲电压、操作过电压等，模拟断路器操作前后的电压工况。
附图说明
图1是本发明的试样形状以及电极构成示意图；
图2是本发明的0°/90°试样示意图；
图3是本发明的±45°试样示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明的纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法是如何实现的。
本发明的目的是提供一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法，模拟纤维增强型环氧树脂复合材料内部缺陷与纤维束不同夹角下的电场方向，为观察纤维增强型环氧复合材料的电树枝劣化情况及研究绝缘失效机理提供了全新的方法。具体实施步骤如下：
1、将纤维置于设计好的聚四氟乙烯模具中，通过角度标尺，控制纤维束敷设角度在0-90度范围内变化，并预埋高压针电极，之后将模具密封；
2、将环氧树脂、固化剂、促进剂按照100:85:0.2的质量比进行混合，倒入有纤维和电极的模具中，制备图1所示的电树枝劣化实验试样，制备过程如下：
(1)将AI-6057环氧树脂、AI-3010B固化剂、叔胺促进剂按照100:85:0.2的质量比，倒入干净的烧杯中；
(2)将混合物放入转速为60r/min磁力搅拌器中，搅拌10分钟，使其均匀混合；
(3)混合物均匀混合后，放入60℃的真空干燥箱中，连续抽真空15分钟，充分去除混合物体中的空气；
(4)将混合物浇筑到预置电极的模具中，人为制造缺陷，其中高压电极针尖与地电极的距离控制为2±0.2mm，针电极曲率半径为0.3mm；
(5)之后放入60℃的真空干燥箱中进行第二轮的真空脱气处理30min，保证纤维和环氧充分浸润；
(6)试样放入100℃的恒温箱中固化4h，然后在120℃的恒温箱中固化4h，进行二次固化；
(7)到达预设时间后，将试样取出冷却至室温，拆除模具，得到纤维增强复合材料试样。
3、为保证试样与地电极的良好接触，在试样底部粘贴100μm厚的铜箔，铜箔与地电极相连；
4、将高压针电极和地电极分别连接到高压电源和地线，并用显微镜观测内部电树枝生长状况。
Claims (5)
1.一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法，其特征在于，通过设计固化模具制备特定角度的针-板电极系统，模拟纤维增强型环氧树脂复合材料内部缺陷与纤维束不同夹角下的电场方向；
通过设计实验用纤维布敷设角度控制针电极与纤维束夹角在0-90度变化，模拟纤维增强型环氧树脂复合材料内部缺陷与纤维束不同夹角下的电场方向，观察纤维增强型环氧树脂复合材料的电树枝劣化情况。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法，其特征在于，用于制备纤维增强环氧树脂复合材料电树枝劣化实验用聚四氟乙烯模具正上方带有一个角度标尺，用于控制纤维束敷设角度在0-90度范围内变化。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法，其特征在于，用于制备纤维增强环氧树脂复合材料电树枝劣化实验用试样的纤维为芳纶纤维、玻璃纤维或聚酯纤维任一种。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法，其特征在于，用于制备纤维增强环氧树脂复合材料电树枝劣化实验用试样的纤维布层数可以为单层或双层。
5.根据权利要求1所述的一种纤维增强环氧树脂复合绝缘材料电树枝劣化实验方法，其特征在于，用于纤维增强环氧树脂复合材料电树枝劣化的电源系统可以提供幅值在0-50kV内的交流电压、重复脉冲电压、操作过电压，模拟断路器操作前后的电压工况。
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