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溫度對工頻電氣強度擊穿的影響
閱讀：1352發布時間：2023-3-24
交聯溫度為180℃的 XLPE 試樣的擊穿電壓 與實驗溫度的關系如圖5所示。隨著實驗溫度從15 ℃升高至120℃?試樣的擊穿電壓顯著下降。以交 聯時間為15min 的試樣為例?實驗溫度為15℃時 其擊穿電壓為42kV。當實驗溫度為90℃時?擊穿 電壓值下降至38kV?下降了約10％；當實驗溫度 為120℃時?擊穿電壓進一步下降至34kV?下降量 約為20％。實驗結果說明?實驗溫度越高?試樣絕緣 強度越低。此外?對于交聯溫度為180℃的 XLPE 試 樣?交聯時間不同對擊穿電壓并未產生顯著影響。
交聯時間為10min 時不同交聯溫度制備的 XLPE 試樣的擊穿電壓與實驗溫度的關系如圖6所 示。隨著實驗溫度的升高?試樣的擊穿電壓呈現先 慢后快的下降趨勢。當實驗溫度從15℃升高至90 ℃時?交聯溫度為120℃、180℃和220℃試樣的擊 穿電壓下降量分別約為2．6％、6．8％和0．3％；實 驗溫度升高至105℃時?3種試樣的擊穿電壓值分 別下降了13．7％、10．4％和7％；實驗溫度繼續上升至120℃時?3種試樣的擊穿電壓分別急劇下降 并基本相同。可見?試樣在高于90℃的實驗環境下? 試樣的擊穿電壓顯著下降。當溫度達到120℃時?各 類試樣的擊穿電壓已無差異。
交聯時間為5min 時 XLPE 試樣的耐壓時間與 實驗溫度的關系如圖7所示。隨著實驗溫度的升高? 耐壓時間逐漸縮短。當實驗溫度高于90℃時?與實 驗溫度為15℃時相比?試樣的耐壓時間下降約在 25％以上?以未交聯的試樣下降的幅度最大?結果表 明?實驗溫度對絕緣耐壓時間的影響十分顯著。
聚合物擊穿過程十分復雜?可能是電擊穿或熱擊穿單獨的作用?也可能是二者的聯合作用。特 別是在交流電場的作用下?因電場和介質損耗的雙重作用?極易引發電擊穿和熱擊穿聯合作用。在實驗中?隨著交聯溫度的升高?XLPE 的交聯度不斷增 大?逐漸形成三維網狀結構?使得介質的耐熱性能增加?進而抵御熱擊穿的能力增大；然而?交聯溫度的升高促進 DCP 交聯劑的分解?生成的苯乙酮大量增加?為電擊穿過程提供了種子電荷[5]。另外?過高的交聯溫度將產生過度的交聯?所生成的密集三維網格對晶體的生長形成較大影響?晶粒的均勻度下降? 小晶粒大量產生?結晶度下降?使得非晶區更加不均勻?加之非晶區密度小?電子的平均自由行程大? 更易于使種子電荷加速運動并形成電子雪崩?導致擊穿。當交聯溫度升高至200℃時?擊穿電壓增大? 表明交聯結構抑制熱擊穿的作用強于交聯劑分解 及結晶形態降低促進電擊穿的作用；當交聯溫度進 一步升高至220℃時?交聯劑分解及結晶形態的降低 對電擊穿的促進作用增大?擊穿電壓降低。 當實驗溫度升高時?交聯結構抑制熱擊穿的作 用受到抑制?使得熱擊穿更易于發生。因此?擊穿曲線的拐點左移至180℃。隨著實驗溫度的進一步升高?擊穿場強隨之下降?如圖3和圖4所示。在實驗 溫度超過90℃時?XLPE 進入熔融狀態?規整的結 晶結構開始分裂形成無序的非晶區。這為電荷的碰 撞電離提供了較好的加速空間?使電擊穿過程易于發生?擊穿電壓顯著下降?如圖5和圖6所示。當實 驗溫度達到120℃時?各類試樣的晶區全部裂解?形成熔融狀態的非晶區?因此其擊穿電壓接近。另外? 對于180℃交聯制成的試樣?其內部的結晶形態、 DCP 分解和交聯網絡結構的平衡較強地抑制了電 擊穿和熱擊穿過程?因此在實驗溫度升高的過程中 獲得了較高的擊穿電壓。由于交聯形成的三維網狀結構有助于抵制熱擊穿的風險?交聯溫度為220℃ 制成的試樣的擊穿電壓始終高于未交聯試樣。上述分析?同樣適用于圖7中介質的耐壓時間隨環境溫 度升高而下降的現象。
結 論
（1）XLPE 的擊穿電壓和耐壓時間與其交聯溫度密切相關。交聯形成的三維網絡抑制熱擊穿和DCP交聯劑分解及結晶形態是影響擊穿電壓和耐壓時間的原因。
（2）實驗溫度的升高削弱了交聯網絡抵御熱擊穿風險能力并促進了電子雪崩耐壓時間均逐漸降低。當環境 ? 溫試度超的過擊穿90℃電壓時和 ? XLPE 中結晶熔融過程開始?規整晶體變成無序非晶結構?擊穿電壓和耐壓時間均大幅降低。
（3）交聯溫度和交聯時間的工藝控制對高壓電纜絕緣的擊穿性能影響很大。此外?在高壓電纜的運行中?當電纜接近或超過90℃運行時?即便是很 短暫的時間也會帶來極大的風險。
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