材料在外界應(yīng)力作用下，隨著時(shí)間的延續(xù)，原有功能性逐漸喪失，這是材料的老化現(xiàn)象。當(dāng)材料某項(xiàng)主要功能降低到某一數(shù)值，不能適應(yīng)實(shí)際使用條件時(shí)，標(biāo)志該材料已達(dá)到它的耐久性極限或稱為壽命終了。一般使用條件的應(yīng)力作用下材料老化到壽命終止的時(shí)間，通常需要3~5a，甚至更長時(shí)間。如電機(jī)使用壽命一般為20a。為此不能待實(shí)際應(yīng)用后來確定絕緣材料的作用，而是必須要有一種合理、較短的時(shí)間內(nèi)獲得絕緣材料老化壽命的試驗(yàn)方法，也就加速老化耐久性試驗(yàn)，以滿足絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，提供材料篩選的依據(jù)。絕緣材料用于各種不同的電工產(chǎn)品，可起到某些方面的功能作用，例如浸漬漆在絕緣結(jié)構(gòu)中主要是起到加強(qiáng)絕緣部件的整體性，防護(hù)絕于在哪結(jié)構(gòu)受外界環(huán)境因素的侵蝕等作用。薄層絕緣材料主要用作隔電的襯墊和包扎。一種材料可能有幾種用途，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合起著不同的功能作用，因而在老化壽命評(píng)定上也有不同的耐久性試驗(yàn)指標(biāo)。材料耐久性試驗(yàn)，是一種模擬性試驗(yàn)，是用增加施加的老化應(yīng)力的強(qiáng)度或頻率，使之加速老化以縮短實(shí)驗(yàn)室時(shí)間的方法，但加強(qiáng)的程度以不改變?cè)瓉淼睦匣瘷C(jī)理為限度，即耐久性試驗(yàn)結(jié)果與正常應(yīng)力下實(shí)際壽命時(shí)間之間，應(yīng)有一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。材料耐久性試驗(yàn)提供的只是“規(guī)定條件下的簡(jiǎn)單比較數(shù)據(jù)”，用于進(jìn)行材料之間的比較，它不同于絕緣結(jié)構(gòu)的壽命試驗(yàn)，不存在材料之間的形容性問題。進(jìn)行材料之間比較，必須在同一條件下試驗(yàn)才有效，試驗(yàn)條件不同，試驗(yàn)方法不同，試驗(yàn)結(jié)果就不同，缺乏可比性。
低壓電器設(shè)備材料的老化主要由熱引起，評(píng)定絕緣材料長期耐熱性的方法在不斷發(fā)展，很長時(shí)間是用A、E、B、F、H、200℃、220℃、250℃級(jí)來劃分絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱等級(jí)。隨著絕緣材料和電工產(chǎn)品發(fā)展，絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱性既有聯(lián)系又有區(qū)別，有必要分別來表示。1974年國際電工委員會(huì)推薦采用溫度指數(shù)和耐熱概貌來表達(dá)絕緣材料的長期耐熱性。溫度指數(shù)是在特定試驗(yàn)條件下，規(guī)定的熱壽命時(shí)間所對(duì)應(yīng)的溫度，一般指相當(dāng)于20000h的攝氏溫度。到1982年國際電工委員會(huì)提出耐熱指數(shù)，由兩個(gè)溫度值組成，第一個(gè)溫度值是溫度指數(shù)；第二個(gè)是半壽命溫差。半壽命溫差是耐熱關(guān)系中，溫度指數(shù)對(duì)應(yīng)的壽命減少一半時(shí)，相應(yīng)溫度的差值。耐熱指數(shù)更便于材料進(jìn)行比較。熱老化試驗(yàn)的理論依據(jù) 提高溫度可以加速材料的老化。熱老化試驗(yàn)是將材料暴露在比預(yù)計(jì)工作溫度高的溫度下，測(cè)定其某些性能隨時(shí)間的變化，來取得熱壽命，從而確定熱性關(guān)系。再用外推法求取材料溫度指數(shù)和半壽命溫差。也可將被試材料與已有使用經(jīng)驗(yàn)的參考材料，同時(shí)在相同條件下進(jìn)行對(duì)比老化試驗(yàn)，有參考材料耐熱關(guān)系，允許使用溫度中，求取被測(cè)試材料的溫度指數(shù)，成為相對(duì)溫度指數(shù)。常規(guī)法評(píng)定材料的耐熱指數(shù) 國內(nèi)外長期沿用的試驗(yàn)方法是常規(guī)老化法（CA），通常是在三個(gè)溫度老化，最好是四個(gè)溫度老化而得到相應(yīng)的壽命，這樣可以通過一元線性回歸分析計(jì)算出式中的兩個(gè)常數(shù)，得到被測(cè)試材料的壽命線性方程，再外推到20000h，所對(duì)應(yīng)的溫度即為該材料長期最高工作溫度，即溫度指數(shù)和相應(yīng)半壽命溫差。耐熱指數(shù)用TI-HIC來表示。
常規(guī)老化法評(píng)定的試驗(yàn)程序如下：正確選用老化烘箱及制備試樣 老化烘箱應(yīng)能保持試驗(yàn)溫差±2℃以內(nèi)，其換氣量范圍在100~150次/h。正確選定參數(shù)和實(shí)效標(biāo)準(zhǔn) 選擇作為評(píng)定材料熱壽命的性能參數(shù)要與絕緣材料在使用中承擔(dān)的主要功能相一致，同時(shí)能反應(yīng)老化過程中主要變化。由于老化過程中各種性能的老化速率不等，因此材料應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)所和老化機(jī)理來選擇一個(gè)或幾個(gè)評(píng)定熱壽命的性能參數(shù)。選擇合適的老化溫度和周期 為了統(tǒng)計(jì)、檢驗(yàn)?zāi)蜔彡P(guān)系是否呈線性，以及保證溫度外推的可靠性。選用溫度不應(yīng)過高，試驗(yàn)至少在三個(gè)或四個(gè)老化溫度下進(jìn)行。選擇的最低老化溫度實(shí)效時(shí)間中值應(yīng)不少于5000h。最高老化溫度實(shí)效時(shí)間中值不少于100h，各相鄰老化溫度的差值通常取20K。如果最高老化溫度超過材料的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)，則差值可減少，但不要少于10K。為求取溫度指數(shù)，外推不超過25K。對(duì)周期性老化方式，最好在各老化溫度下，是試樣實(shí)效前，經(jīng)歷大致相等的周期數(shù)。熱老化試驗(yàn)由中溫開始為宜，可以起到探索試驗(yàn)的作用，判斷材料的耐熱性與實(shí)現(xiàn)估計(jì)是否相符。如果估計(jì)高了，將此溫度點(diǎn)作為最高溫度點(diǎn)的試驗(yàn)，再向低溫選取老化溫度。數(shù)據(jù)處理及溫度指數(shù)、半差值、耐熱指數(shù)的求出 常規(guī)法評(píng)定的溫度指數(shù)用TI表示，必須要表明老化性能參數(shù)和失效標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)椴煌睦匣阅軈?shù)和失效標(biāo)準(zhǔn)，基耐熱指數(shù)不一定相同，國內(nèi)對(duì)材料評(píng)定常用溫度指數(shù)TI代表，而且經(jīng)常忽略半差值HIC，因此表達(dá)不夠完整，但均為同行業(yè)所理解。熱重點(diǎn)寫法評(píng)定材料的耐熱指數(shù) 常規(guī)老化法（CA）是國際上公認(rèn)的壽命試驗(yàn)方法，有較高的可靠性，但是試驗(yàn)要一年左右的時(shí)間，消耗大量的人力和物力，這對(duì)新型絕緣材料的應(yīng)用很不利，為了減少試驗(yàn)時(shí)間，國際上對(duì)于快速方法研究進(jìn)行了40余年，國際也報(bào)道了多種快速方法。熱重點(diǎn)斜法（TPS）是其中相對(duì)正確、可靠的方法，并已上升為原第一機(jī)械工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)方法，它是采用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的方法在熱重分析（TG）與CA之間建立了定量的關(guān)系式，從而可以通過TG曲線直接計(jì)算，即熱壽命線的斜率。割線法 本方法可真喲喂絕緣浸漬漆和漆布熱老化性能的快速篩選配方之用，但不能作評(píng)定材料溫度指數(shù)的依據(jù)。熱重割線法師有TG曲線直接計(jì)算而得，優(yōu)點(diǎn)是十分簡(jiǎn)便和快速，結(jié)果可以表征材料的化學(xué)穩(wěn)定性，尚能大致反映出耐熱性，可以作為配方的篩選和與己知溫度指數(shù)的材料做對(duì)比，但不能老評(píng)定材料的溫度指數(shù)。與CA相比，誤差過大，準(zhǔn)確度僅為±30℃。由于熱重割線法以化學(xué)穩(wěn)定性為依據(jù)，而功能系數(shù)對(duì)新材料很難覆蓋，誤差甚大，不能作評(píng)定材料的依據(jù)，其中155漆用點(diǎn)斜法測(cè)定Td與用割線法測(cè)定Tzg可相差27℃之大。
絕緣材料在外界電應(yīng)力長期作用下，導(dǎo)致各種性能逐漸下降的現(xiàn)象稱為材料的電老化。產(chǎn)生老化的因素很多，有電導(dǎo)電流，介質(zhì)損耗，電磁力，局部放電等多種因素。但從目前實(shí)際應(yīng)用情況中反映，影響材料電老化壽命的主要是局部放電，產(chǎn)生原因是由于在制造過程中包含了一部分比絕緣介質(zhì)容易擊穿的氣隙或其他雜質(zhì)，在外加電壓升高時(shí)，造成這部分空氣或其他成分的局部擊穿而產(chǎn)生局部放電。局部放電對(duì)絕緣材料的損害很大，但對(duì)不同材料，由于材料結(jié)構(gòu)不同，局部放電使材料損壞的過程也不盡相同，如聚乙烯用于高壓電纜的制造，局部放電使它加速裂解；對(duì)發(fā)電機(jī)線圈的云母絕緣則認(rèn)為加劇離子轟擊是損壞的主要原因。一般都用放電條件下材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)評(píng)定電老化參數(shù)。局部放電對(duì)絕緣材料的破壞過程中，總是留下不可逆的破壞痕跡，在材料的介電、力學(xué)性能方面反映出明顯的變化。放電產(chǎn)生的低分子極性物質(zhì)或酸類滲透到材料內(nèi)容，使材料體積電阻下降，損耗角正切上升，這類變化在油浸紙絕緣中尤為明顯。使材料喪失彈性、發(fā)脆或開裂。放電以后有氣體和粒子遺留下來，從而使材料放電起始電壓逐漸降低，改變了各種放電特性。
影響局部放電的因素 產(chǎn)生局部放電，材料內(nèi)部的因素主要是氣隙和雜質(zhì)；影響局部放電的外部因素主要是頻率、場(chǎng)強(qiáng)、溫度和濕度。頻率提高往往會(huì)加速老化，在變頻電機(jī)中不耐電暈的材料壽命甚短，而只有專門為變頻電機(jī)生產(chǎn)的電磁線才能經(jīng)受變頻引起的電老化。場(chǎng)強(qiáng)很高，放電次數(shù)增加，加速了放電擊穿的進(jìn)度。溫度提高，使有機(jī)絕緣材料耐放電能力下降，這是因?yàn)榻^緣材料的電阻隨溫度上升而下降。所以材料的放電起始電壓隨溫度增加而降低，放電產(chǎn)生化學(xué)腐蝕以及熱不穩(wěn)定性都隨之增加，因而縮短了它的電老化壽命。但個(gè)別材料在高溫下耐放電性反而有所提高。相對(duì)濕度提高，材料的電老化壽命縮短，因?yàn)榻^緣電老化過程中濕度加速材料化學(xué)降解。但在一定濕度范圍內(nèi)，材料表面形成一層使表面放電減弱的半導(dǎo)體薄膜層，從而提高了材料的耐放電壽命。因此，局部放電的試驗(yàn)都必須在上述四個(gè)因子的作用下進(jìn)行，才能使試驗(yàn)數(shù)據(jù)有較好的重復(fù)性和可比性。如電痕化的老化就必須規(guī)定工頻電壓、污染也之下進(jìn)行；熱電老化必須在規(guī)定工頻電壓、溫度、相對(duì)濕度下進(jìn)行。電老化試驗(yàn)方法恒壓電老化實(shí)驗(yàn)法是根據(jù)IEC出版物343和ASTM D2275-75，在規(guī)定試樣厚度、規(guī)定電極[Ф（6±0.3)mm]和試驗(yàn)環(huán)境條件（室溫15~35℃，相對(duì)濕度不超過20%的干燥空氣、空氣流量不小于0.5L/min）下進(jìn)行試驗(yàn)，至少在三個(gè)實(shí)驗(yàn)電壓下確定壽命與電壓關(guān)系、最高試驗(yàn)電壓下試樣壽命不小于相當(dāng)工頻下100h，最低試驗(yàn)電壓試樣壽命不小于相當(dāng)工頻下5000h。如在高頻下進(jìn)行，則驗(yàn)證材料壽命與頻率成反比，而后計(jì)算工頻下等值壽命。質(zhì)量損失法是在電場(chǎng)恒定下進(jìn)行電老化試驗(yàn)的方法，主要測(cè)量材料在一定放電強(qiáng)度下，質(zhì)量隨試驗(yàn)時(shí)間變化曲線，通常用來評(píng)定薄膜的放電性能。絕緣強(qiáng)度方法是根據(jù)性能與時(shí)間的關(guān)系方程推導(dǎo)出的一種電老化試驗(yàn)方法，用若干組試樣在形同場(chǎng)強(qiáng)下老化，經(jīng)受不同的老化時(shí)間取出，測(cè)定其擊穿強(qiáng)度的平均值，作出絕緣材料的擊穿強(qiáng)度與老化時(shí)間的曲線，取一組未經(jīng)老化的試樣進(jìn)行勻速升壓擊穿試驗(yàn)，記錄擊穿強(qiáng)度及擊穿試驗(yàn)時(shí)間。等效老化法是根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度改變只影響老化速度而不影響老化機(jī)理的前提推導(dǎo)出來的方法，即老化總量相等的老化時(shí)間是等效的。電老化終點(diǎn)標(biāo)志 電老化試驗(yàn)通常以電擊穿作為試樣壽命終點(diǎn)的標(biāo)志，但也可采用質(zhì)量損失、彈性喪失、脆性增加、電導(dǎo)的增加、tanδ的上升、介電強(qiáng)度的下降等作為材料其他性能參數(shù)變化考核的依據(jù)。這將按實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩ā?/span>
B級(jí)絕緣高壓線圈全粉云母帶的電熱老化試驗(yàn)線圈絕緣結(jié)構(gòu) ①匝間絕緣結(jié)構(gòu) 0.9mm×2.83mm高強(qiáng)度聚酯漆包雙玻璃絲、包扁線雙排并繞。②對(duì)地絕緣 5438-1環(huán)氧桐油酸酐粉云母帶0.14mm，端部手工半疊包7~8層，搭接出成正錐體，單邊絕緣厚度為2.25mm。熱電老化試驗(yàn) ①試驗(yàn)方法 在烘箱溫度130℃，電壓21kV下進(jìn)行（線圈表面溫度為130℃，因線圈加壓后升溫5℃），考慮試驗(yàn)電壓高，時(shí)間長，進(jìn)行了防暈處理。熱電老化后防暈層的介質(zhì)損耗成倍增加，但去防暈層則幾乎沒有多大影響。在高壓下，線圈絕緣的電暈老化是影響壽命的因素之一。絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部的游離放電時(shí)絕緣內(nèi)部的氣隙造成的，起始游離電壓、游離放電能量等隨氣隙大小不同而增減。線圈經(jīng)熱電老化后其起始游離電壓和熄滅游離電壓有所提高，但都在允許范圍之內(nèi)。熱電老化時(shí)間對(duì)匝間擊穿電壓影響不大，但對(duì)地則顯著下降。對(duì)地絕緣主要是環(huán)氧桐油酸酐粉云母帶的絕緣，但離熱老化的壽命終點(diǎn)13.2kV/min還余度很大。熱老化試驗(yàn)結(jié)果顯示，高線圈達(dá)到高壓線圈質(zhì)量評(píng)定中電熱老化試驗(yàn)的優(yōu)等品要求，即130℃，21kV，>500h。當(dāng)繼續(xù)至1540時(shí)線圈性能老化前后相近，保持良好。由于絕緣材料在高能電離輻射環(huán)境中的應(yīng)用日益增多，工程上需要可以評(píng)價(jià)絕緣材料耐輻射能力的試驗(yàn)方法，不僅要詳細(xì)了解輻射對(duì)絕緣材料的影響和效應(yīng)，而且要了解不同類別輻射，包括電磁波、電子、中子等，與物質(zhì)相互作用的機(jī)理，目前這方面工作正處于不斷開發(fā)和逐步完善階段。 環(huán)氧樹脂 - www.gxjlmy.com -(責(zé)任編輯：admin) |
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