1.2.3多應(yīng)力聯(lián)合老化;經(jīng)驗表明,絕緣老化的程度和老化的速率依材料的物理、化學(xué)特性,外施應(yīng)力的類型和持續(xù)時間,生產(chǎn)過程中采用的工藝而定,故需對絕緣材料在上述應(yīng)力的多種組合作用下的老化行為及各種應(yīng)力的協(xié)同作用進行廣泛深入的研究以求其老化規(guī)律。
電—熱聯(lián)合應(yīng)力老化是目前研究中采用最多的一種應(yīng)力組合方式。建立老化壽命模型主要的手段是將電老化反冪形式經(jīng)驗公式L=KE-n和熱應(yīng)力老化的Arrhenius方程L=Aexp(B/T)統(tǒng)一起來。而得到絕緣壽命—外施電場—溫度之間的關(guān)系。L(T,E)=K(T)E-n(T)exp(B/T)為Ramu得出的電—熱聯(lián)合應(yīng)力下的壽命方程[2],K和電壓耐受系數(shù)n成為溫度的函數(shù)。
電力設(shè)備中很多因素產(chǎn)生機械應(yīng)力,主要有設(shè)備旋轉(zhuǎn)部分的振動或絕緣結(jié)構(gòu)中介質(zhì)部分與金屬導(dǎo)體部分熱膨脹系數(shù)不同而引起的周期性應(yīng)力[1]以及絕緣材料承受的交變電場力等。機械應(yīng)力的破壞主要表現(xiàn)為絕緣材料疲勞而產(chǎn)生裂紋或氣穴,誘發(fā)電樹枝的形成和生長。因此,研究相應(yīng)固體絕緣材料在上述聯(lián)合應(yīng)力作用下的性能非常重要。
對于運行在濕度較大的環(huán)境中的設(shè)備,濕度對絕緣材料尤其是潮氣敏感材料(如聚酯等)老化過程的影響不可忽視。Dixon對封閉電氣設(shè)備中這類材料的研究得出了該情形下絕緣壽命與溫度、濕度的函數(shù)關(guān)系[4]。在一定的范圍內(nèi)對不同的溫度和濕度進行換算可得出在改變了的溫度及濕度下絕緣的累積等效壽命。
有學(xué)者認為,從本質(zhì)上來看,影響絕緣老化的最主要因素如電、熱、機械應(yīng)力、潮氣及輻射等,都以化學(xué)反應(yīng)的形式作用于絕緣材料,因此,在化學(xué)反應(yīng)速率方程的基礎(chǔ)上,應(yīng)當能夠找到一種統(tǒng)一的形式來表示多應(yīng)力下絕緣的老化規(guī)律[1]。
絕緣在正常工作應(yīng)力下的壽命,絕大多數(shù)是將加速老化試驗結(jié)果向正常應(yīng)力下外推得到的。加速試驗外推的真實性和等效性受到持統(tǒng)計學(xué)觀點的研究者的懷疑,而Dakin認為,在可靠的理論基礎(chǔ)上進行的外推總比缺乏數(shù)據(jù),不能獲得任何信息好[1]。但有的試驗如高頻加速老化試驗與工頻下有很大不同,無法向工頻外推,這是要妥善解決的問題。
1.2.4絕緣擊穿機理的一些探討;氣體放電領(lǐng)域中湯遜放電理論和流注放電理論比較成熟,在實踐上也有很好的應(yīng)用。液體中的擊穿早在本世紀初即有研究,但其理論成就不及氣體和固體。對純凈液體電介質(zhì)分別施加沖擊電壓和緩變電壓研究后認為,液體介質(zhì)的擊穿過程主要應(yīng)包含如下四個階段:金屬電極場致發(fā)射或介質(zhì)中的強場電離導(dǎo)致帶電粒子和空間電荷區(qū)形成的階段;帶電粒子的摩擦運動造成溫度升高,低密度區(qū)形成并向?qū)γ骐姌O擴散的電熱階段;在低密度區(qū)形成氣體放電通道,液體分子鍵被打破,各種自由基和離子形成的氣體放電階段;放電熄滅,溫度降低,自由基及離子重新組合的物理—化學(xué)階段。其中電極上發(fā)生的過程作為第一階段十分重要,T.J.Lewis1984年在IEEE EI上提出,介質(zhì)中早期形成的擊穿通道尺寸在分子水平常與金屬表面有關(guān),因此應(yīng)重點在分子水平上考慮電極上可能的電-化學(xué)過程。對于非自恢復(fù)的絕緣介質(zhì),電樹枝的形成和生長受到很大的重視,因為電樹枝的發(fā)展通常被認為是絕緣將出現(xiàn)短期擊穿的征兆。有研究者認為,固體介質(zhì)中電樹枝是在場強集中處發(fā)生了局部擊穿并沿電場方向逐漸擴散的結(jié)果。電樹枝的生長對機械應(yīng)力和振動敏感。在選擇絕緣材料或進行絕緣系統(tǒng)的設(shè)計時,應(yīng)充分考慮材料抵抗機械裂紋快速傳播的能力,盡量避免機械應(yīng)力的集中。
基于觀察到的“低密度區(qū)”并利用電子平均自由程概念對氣體、液體和固體的擊穿過程進行研究后[5]提出,這三種狀態(tài)下介質(zhì)的擊穿過程具有相同之處,即擊穿發(fā)生時沿放電路徑上介質(zhì)局部密度的波動規(guī)律相同。這有可能為分別研究氣體、液體或固體絕緣之一的學(xué)者提供相互探討和借鑒的機會,有利于直接借助較為成熟的氣體放電研究成果,促進固、液體絕緣研究向前發(fā)展。
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