材料在外界應力作用下，隨著時間的延續(xù)，原有功能性逐漸喪失，這是材料的老化現象。當材料某項主要功能降低到某一數值，不能適應實際使用條件時，標志該材料已達到它的耐久性極限或稱為壽命終了。一般使用條件的應力作用下材料老化到壽命終止的時間，通常需要3~5a，甚至更長時間。如電機使用壽命一般為20a。為此不能待實際應用后來確定絕緣材料的作用，而是必須要有一種合理、較短的時間內獲得絕緣材料老化壽命的試驗方法，也就加速老化耐久性試驗，以滿足絕緣結構設計要求，提供材料篩選的依據。絕緣材料用于各種不同的電工產品，可起到某些方面的功能作用，例如浸漬漆在絕緣結構中主要是起到加強絕緣部件的整體性，防護絕于在哪結構受外界環(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，在不同的應用場合起著不同的功能作用，因而在老化壽命評定上也有不同的耐久性試驗指標。材料耐久性試驗，是一種模擬性試驗，是用增加施加的老化應力的強度或頻率，使之加速老化以縮短實驗室時間的方法，但加強的程度以不改變原來的老化機理為限度，即耐久性試驗結果與正常應力下實際壽命時間之間，應有一個穩(wěn)定的轉換關系。材料耐久性試驗提供的只是“規(guī)定條件下的簡單比較數據”，用于進行材料之間的比較，它不同于絕緣結構的壽命試驗，不存在材料之間的形容性問題。進行材料之間比較，必須在同一條件下試驗才有效，試驗條件不同，試驗方法不同，試驗結果就不同，缺乏可比性。
低壓電器設備材料的老化主要由熱引起，評定絕緣材料長期耐熱性的方法在不斷發(fā)展，很長時間是用A、E、B、F、H、200℃、220℃、250℃級來劃分絕緣材料和絕緣結構的耐熱等級。隨著絕緣材料和電工產品發(fā)展，絕緣材料和絕緣結構的耐熱性既有聯系又有區(qū)別，有必要分別來表示。1974年國際電工委員會推薦采用溫度指數和耐熱概貌來表達絕緣材料的長期耐熱性。溫度指數是在特定試驗條件下，規(guī)定的熱壽命時間所對應的溫度，一般指相當于20000h的攝氏溫度。到1982年國際電工委員會提出耐熱指數，由兩個溫度值組成，第一個溫度值是溫度指數；第二個是半壽命溫差。半壽命溫差是耐熱關系中，溫度指數對應的壽命減少一半時，相應溫度的差值。耐熱指數更便于材料進行比較。熱老化試驗的理論依據 提高溫度可以加速材料的老化。熱老化試驗是將材料暴露在比預計工作溫度高的溫度下，測定其某些性能隨時間的變化，來取得熱壽命，從而確定熱性關系。再用外推法求取材料溫度指數和半壽命溫差。也可將被試材料與已有使用經驗的參考材料，同時在相同條件下進行對比老化試驗，有參考材料耐熱關系，允許使用溫度中，求取被測試材料的溫度指數，成為相對溫度指數。常規(guī)法評定材料的耐熱指數 國內外長期沿用的試驗方法是常規(guī)老化法（CA），通常是在三個溫度老化，最好是四個溫度老化而得到相應的壽命，這樣可以通過一元線性回歸分析計算出式中的兩個常數，得到被測試材料的壽命線性方程，再外推到20000h，所對應的溫度即為該材料長期最高工作溫度，即溫度指數和相應半壽命溫差。耐熱指數用TI-HIC來表示。
常規(guī)老化法評定的試驗程序如下：正確選用老化烘箱及制備試樣 老化烘箱應能保持試驗溫差±2℃以內，其換氣量范圍在100~150次/h。正確選定參數和實效標準 選擇作為評定材料熱壽命的性能參數要與絕緣材料在使用中承擔的主要功能相一致，同時能反應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，因此材料應根據使用場所和老化機理來選擇一個或幾個評定熱壽命的性能參數。選擇合適的老化溫度和周期 為了統(tǒng)計、檢驗耐熱關系是否呈線性，以及保證溫度外推的可靠性。選用溫度不應過高，試驗至少在三個或四個老化溫度下進行。選擇的最低老化溫度實效時間中值應不少于5000h。最高老化溫度實效時間中值不少于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或軟化點，則差值可減少，但不要少于10K。為求取溫度指數，外推不超過25K。對周期性老化方式，最好在各老化溫度下，是試樣實效前，經歷大致相等的周期數。熱老化試驗由中溫開始為宜，可以起到探索試驗的作用，判斷材料的耐熱性與實現估計是否相符。如果估計高了，將此溫度點作為最高溫度點的試驗，再向低溫選取老化溫度。數據處理及溫度指數、半差值、耐熱指數的求出 常規(guī)法評定的溫度指數用TI表示，必須要表明老化性能參數和失效標準，因為不同的老化性能參數和失效標準，基耐熱指數不一定相同，國內對材料評定常用溫度指數TI代表，而且經常忽略半差值HIC，因此表達不夠完整，但均為同行業(yè)所理解。熱重點寫法評定材料的耐熱指數 常規(guī)老化法（CA）是國際上公認的壽命試驗方法，有較高的可靠性，但是試驗要一年左右的時間，消耗大量的人力和物力，這對新型絕緣材料的應用很不利，為了減少試驗時間，國際上對于快速方法研究進行了40余年，國際也報道了多種快速方法。熱重點斜法（TPS）是其中相對正確、可靠的方法，并已上升為原第一機械工業(yè)部部頒標準方法，它是采用統(tǒng)計數學的方法在熱重分析（TG）與CA之間建立了定量的關系式，從而可以通過TG曲線直接計算，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，但不能作評定材料溫度指數的依據。熱重割線法師有TG曲線直接計算而得，優(yōu)點是十分簡便和快速，結果可以表征材料的化學穩(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的材料做對比，但不能老評定材料的溫度指數。與CA相比，誤差過大，準確度僅為±30℃。由于熱重割線法以化學穩(wěn)定性為依據，而功能系數對新材料很難覆蓋，誤差甚大，不能作評定材料的依據，其中155漆用點斜法測定Td與用割線法測定Tzg可相差27℃之大。
絕緣材料在外界電應力長期作用下，導致各種性能逐漸下降的現象稱為材料的電老化。產生老化的因素很多，有電導電流，介質損耗，電磁力，局部放電等多種因素。但從目前實際應用情況中反映，影響材料電老化壽命的主要是局部放電，產生原因是由于在制造過程中包含了一部分比絕緣介質容易擊穿的氣隙或其他雜質，在外加電壓升高時，造成這部分空氣或其他成分的局部擊穿而產生局部放電。局部放電對絕緣材料的損害很大，但對不同材料，由于材料結構不同，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；對發(fā)電機線圈的云母絕緣則認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強評定電老化參數。局部放電對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、力學性能方面反映出明顯的變化。放電產生的低分子極性物質或酸類滲透到材料內容，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 產生局部放電，材料內部的因素主要是氣隙和雜質；影響局部放電的外部因素主要是頻率、場強、溫度和濕度。頻率提高往往會加速老化，在變頻電機中不耐電暈的材料壽命甚短，而只有專門為變頻電機生產的電磁線才能經受變頻引起的電老化。場強很高，放電次數增加，加速了放電擊穿的進度。溫度提高，使有機絕緣材料耐放電能力下降，這是因為絕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，放電產生化學腐蝕以及熱不穩(wěn)定性都隨之增加，因而縮短了它的電老化壽命。但個別材料在高溫下耐放電性反而有所提高。相對濕度提高，材料的電老化壽命縮短，因為絕緣電老化過程中濕度加速材料化學降解。但在一定濕度范圍內，材料表面形成一層使表面放電減弱的半導體薄膜層，從而提高了材料的耐放電壽命。因此，局部放電的試驗都必須在上述四個因子的作用下進行，才能使試驗數據有較好的重復性和可比性。如電痕化的老化就必須規(guī)定工頻電壓、污染也之下進行；熱電老化必須在規(guī)定工頻電壓、溫度、相對濕度下進行。電老化試驗方法恒壓電老化實驗法是根據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]和試驗環(huán)境條件（室溫15~35℃，相對濕度不超過20%的干燥空氣、空氣流量不小于0.5L/min）下進行試驗，至少在三個實驗電壓下確定壽命與電壓關系、最高試驗電壓下試樣壽命不小于相當工頻下100h，最低試驗電壓試樣壽命不小于相當工頻下5000h。如在高頻下進行，則驗證材料壽命與頻率成反比，而后計算工頻下等值壽命。質量損失法是在電場恒定下進行電老化試驗的方法，主要測量材料在一定放電強度下，質量隨試驗時間變化曲線，通常用來評定薄膜的放電性能。絕緣強度方法是根據性能與時間的關系方程推導出的一種電老化試驗方法，用若干組試樣在形同場強下老化，經受不同的老化時間取出，測定其擊穿強度的平均值，作出絕緣材料的擊穿強度與老化時間的曲線，取一組未經老化的試樣進行勻速升壓擊穿試驗，記錄擊穿強度及擊穿試驗時間。等效老化法是根據電場強度改變只影響老化速度而不影響老化機理的前提推導出來的方法，即老化總量相等的老化時間是等效的。電老化終點標志 電老化試驗通常以電擊穿作為試樣壽命終點的標志，但也可采用質量損失、彈性喪失、脆性增加、電導的增加、tanδ的上升、介電強度的下降等作為材料其他性能參數變化考核的依據。這將按實驗目的而定。
B級絕緣高壓線圈全粉云母帶的電熱老化試驗線圈絕緣結構 ①匝間絕緣結構 0.9mm×2.83mm高強度聚酯漆包雙玻璃絲、包扁線雙排并繞。②對地絕緣 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 ①試驗方法 在烘箱溫度130℃，電壓21kV下進行（線圈表面溫度為130℃，因線圈加壓后升溫5℃），考慮試驗電壓高，時間長，進行了防暈處理。熱電老化后防暈層的介質損耗成倍增加，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。絕緣結構內部的游離放電時絕緣內部的氣隙造成的，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。熱電老化時間對匝間擊穿電壓影響不大，但對地則顯著下降。對地絕緣主要是環(huán)氧桐油酸酐粉云母帶的絕緣，但離熱老化的壽命終點13.2kV/min還余度很大。熱老化試驗結果顯示，高線圈達到高壓線圈質量評定中電熱老化試驗的優(yōu)等品要求，即130℃，21kV，>500h。當繼續(xù)至1540時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)境中的應用日益增多，工程上需要可以評價絕緣材料耐輻射能力的試驗方法，不僅要詳細了解輻射對絕緣材料的影響和效應，而且要了解不同類別輻射，包括電磁波、電子、中子等，與物質相互作用的機理，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 - m.wkzeq.com.cn -(責任編輯：admin) |