绝缘层质量（精选9篇）
绝缘层质量 篇1
1绝缘质量问题的影响
铁路信号电缆作为铁路信号系统(如图1所示)中有线传输的载体,应具有传输稳定、保密性好、受外界干扰少、工作寿命长等特点。但这些特点离不开良好绝缘的保障,在铁路信号电缆中绝缘层包覆在导体外,其作用是隔绝导体,承受相应的电压,防止电流泄漏,保障传输信号稳定送达接收端。由于在铁路信号系统中,发送端与接收端往往相距几百公里,有的甚至更远,因此对铁路信号电缆的绝缘性能提出了较高的要求。绝缘质量问题是铁路信号电缆常见的问题,特别是在铁路信号电缆生产中发生的,其具有一定的隐蔽性,往往不能在半成品生产过程中被及时发现,导致有绝缘质量问题的半成品继续转序生产,使损失扩大,无法挽回。
2原因分析及解决措施
经过长期跟踪后发现,造成铁路信号电缆在生产过程中发生绝缘质量问题的关键是自检、互检制度不够具体,执行不够认真,忽略了非仪器仪表检查的重要性。有些绝缘质量问题在一定条件下,是仪器仪表不能检测发现的,这就更体现出对绝缘外观结构检查的重要性。这个重要性的控制重点在自检和互检制度的落实上。为解决铁路信号电缆在生产过程中发生的绝缘质量问题,我们对出现绝缘质量问题的铁路信号电缆进行解剖分析,查找出了绝缘质量问题的成因。下面就以铝护套型铁路信号电缆为例,对其生产工序流程(如图2所示)中易被忽略的造成绝缘质量问题的原因进行简要分析,并给出相应的解决方法。
2.1绝缘工序
绝缘工序是绝缘形成的工序,绝缘线芯挤出时应按工艺规定进行火花试验在线监测,绝缘线芯表面应光滑圆整,不允许有偏心、压扁、脱胶、刮伤及塑化不良等缺陷。但在实际生产过程中,有时存在一种不易被发现的绝缘表面间断热损伤。该热损伤长几米、几十米、几百米不等,时连时断,因其没有完全损坏绝缘层,故在线检测设备火花击穿机未能检测出来,一旦这些有缺陷的绝缘单线进入下道工序,会给整根电缆造成质量隐患。我们开始时简单地认为这是因为模具不干净造成的,但清理模具后重新生产,经过一段时间又出现了热损伤现象。我们再次对绝缘热损伤处进行了认真观察,发现在损伤处的尾端有一细微颗粒杂质,经仔细分析,最终确定料内混入细微颗粒杂质是产生这一现象的原因。在绝缘挤出过程中细微颗粒杂质和绝缘料一起被挤出到模具口,粘挂在模套上,造成绝缘热损伤,而后又被绝缘料带出,滞留在绝缘损伤处的尾端,这个过程造成的绝缘热损伤可能是一个点,也可能是几米、几十米或几百米不等。
针对绝缘热损伤现象,采取的预防措施是从加料源头对绝缘料的净度进行控制,具体包括:加料时操作人员应细心操作,严防灰尘颗粒等杂质混入;混料前要将混料桶清理干净,混料时不准带手套,要用净手将料混匀;混料后要及时加盖防护,避免灰尘落入。此外,在绝缘单线生产过程中应加强自检巡查,一旦出现问题要及时发现,及时解决。
2.2成缆工序
成缆工序是电缆缆芯形成的工序,其质量直接影响铁路信号电缆的各项电气指标。铁路信号电缆结构中包含有四线组和对绞组,一般先进行四线组和对绞组生产,再进行成缆绞合生产。在缆芯为对绞组结构成缆时,应针对对绞组间平行或相交的情况选用模具,否则会造成绝缘隐形损伤。以8芯铁路信号电缆4×2×d(绝缘单线直径)结构为例,在对绞结构电缆成缆时,理论计算对绞组直径d0=2d,缆芯直径D0=2.414d0k,其中k为经验系数,假设d=2.2mm,则D0=9.5mm[1]。通常为使成缆缆芯紧凑、圆整、不跳线,操作者偏好选用较小的成缆压模,即压模内径比成缆计算直径小1mm,但在对绞结构成缆时,应避免以上述惯性思维确定成缆压模内径,否则极易造成间断性的绝缘挤伤,其原因在于对绞结构成缆具有一定的特殊性。图3为对绞结构成缆时可能出现的两种绞合截面示意图,当对绞结构以绞合截面A进入压模时,其最大直径为9.5mm,与缆芯直径理论计算值相符,此时按习惯选择内径为8.5mm压模不会对绝缘产生损伤;当以绞合截面B进入压模时,两对绞组中的单线出现在同一并列平面,其最大直径为10.6 mm,大于缆芯直径理论计算值,此时如果还按习惯选择内径为8.5mm的压模,就有些偏小,极易对绝缘单线造成挤压,损伤绝缘层,一旦出现这种挤伤绝缘现象,电缆的电气性能就会被破坏。由于上述挤伤绝缘是间断性的,在成缆绞合经过压模后又被包带包裹,很难发现这一绝缘隐形损伤,而一般情况下半成品生产过程中不进行耐压试验,因此往往到成品耐压试验时才发现该缺陷,造成很大损失。对此,我们在选择对绞结构成缆压模时,原则上应选用成缆压模直径不小于成缆直径理论计算值的95%。这样既能有效保障电缆紧凑、圆整,又能有效预防压模挤伤绝缘现象的发生;同时,在试生产时应在缆芯过压模3~5m后及时停车检查缆芯有无挤伤现象,在确保没有绝缘损伤后,再进行正常生产。
2.3铝护套工序
铝护套工序是铁路信号电缆铝护套防护形成的工序,其通过铝带的成型、焊接、拉拔使铝护套包裹在缆芯外形成防护。在铝护套工序中焊接电流过大、补焊时防护不当,均易烫伤缆芯绝缘,造成绝缘隐形损伤。针对这两种现象,操作人员应在正常开车前认真检查焊机设备是否正常,严禁设备带病工作;启车前应先在空管上试焊,确保焊机正常工作后再穿线生产;在出现漏焊裂缝,需要手工补焊时,应做好缆芯防护,要做到补一点,冷却一会儿,防止烫伤缆芯,同时在冷却过程中,还必须防止冷却水通过裂缝进入缆芯;为确保补焊后的缆芯绝缘质量,补焊过的缆芯必须进行耐压和绝缘电阻试验,以验证缆芯的绝缘性能是否良好。
2.4其他工序
在装铠工序中,钢带的翘边、毛刺、尖角会扎伤缆芯绝缘,造成绝缘隐形损伤。对此应通过预防措施有效防止对缆芯绝缘的损伤,即在装铠前认真检查每盘钢带质量,对有翘边、毛刺的钢带要先修复再使用;钢带接头要焊接牢固,修复平整,确保无尖角、无毛刺。在外护套工序中,主要发生烫伤缆芯绝缘和冷却水进入缆芯等损伤缆芯绝缘的现象。对此在外护套工序生产时,应避免缆芯在挤塑机机头内停留,防止烫伤缆芯;生产隔热层时模具不易太小;电缆端头经过冷却水槽时,要有专人负责防护,将电缆端头抬离水面,防止缆芯进水。除以上所述,在生产过程中上、下线碰伤绝缘单线,过线轮脱线刮伤绝缘,过线轮轴承损坏、不转挤伤绝缘等,都会对缆芯绝缘造成损伤,形成质量隐患。对此,操作人员应重视绝缘外观结构 的检查,以及自检 和互检制 度的执行。
3结束语
综上所述,造成铁路信号电缆绝缘质量问题的原因是多方面,因此在生产的各个环节上都要严格按操作规程和工艺要求精心操作;在生产过程中要认真巡检,预防损伤缆芯现象的发生;针对可能出现的不同绝缘损伤现象进行有效的预防,加强监督检查,在质量问题发生前能有效控制;要求操作者主观上重视起来,认真执行自检、互检的各项要求,避免麻痹思想,只有这样 才能有效 控制好电 缆产品的质量。
参考文献
[1]王春江.电线电缆手册:第1册[M].2版.北京:机械工业出版社,2008.
绝缘层质量 篇2
电子电路变压器绝缘漆及绝缘处理工艺的探讨
面对铁路等行业对系统和产品的可靠性严格要求,主要探讨了绝缘漆的`主要技术要求、选用原则、绝缘处理的工艺过程及其对产品性能的重要影响.
作 者：陈建明 Chen Jianming 作者单位：上海铁路通信工厂,36,上海 刊 名：铁道通信信号 英文刊名：RAILWAY SIGNALLING & COMMUNICATION 年，卷(期)： 45(5) 分类号：U2 关键词：绝缘漆 绝缘处理 可靠性绝缘层质量 篇3
GIS变电站安装是一个系统工程，需要健全的质量保证体系。应建立、健全工程质量保证监督制度，成立现场安装组织机构，确定现场安装领队，编制现场安装方案，制定现场安装节点计划，每日开展施工前技术交底和施工结束工作小结等活动。
2 现场安装体系
实施GIS现场安装WSS体系，是一种有效的质量管理手段。按照现场安装WSS体系文件要求，必须以技术文件为基本依据，按照WSS文件要求，实施全过程的质量控制。应编制现场安装WSS体系图、安装装配作业指导书和安装装配检查卡。安装前对现场施工人员进行WSS体系文件的培训。
在安装过程中严格实施“四无”管理（无异物产生、无异物混入、无异物残留、无螺栓忘记紧固）。“四无”管理是GIS质量保证的基本功，应编制现场安装“四无”管理活动方案，识别和查找容易产生异物的环节，制定措施防止异物混入和残留在GIS内部，编制螺栓力矩紧固作业指导文件，对安装人员进行基本作业训练，采用正确的螺栓紧固方法，可预防螺栓紧固时产生的异物被掉入筒体内或密封圈上。
3 地基测量
GIS现场安装时基准线的测量非常重要，基准线测量不准确最终会造成产品后期对接困难。安装前首先应依据地基图纸，检查地基预埋铁尺寸、水平高度和平整度，检查接地端子的位置及数量，检查电缆沟的位置、走向及尺寸要求，检查出线窗口的尺寸位置。安装前首先应确定GIS间隔就位的精确位置，应划出间隔中心线、母线中心线等。安装时每个GIS间隔设备中心应对准相应轴线。
4 安装环境控制
户外安装时应设置移动净化间，净化间应能防风、防雨、防雪，应具备良好的气密性，净化间内灰尘管理标准为粉尘测量计20/分以下，湿度应控制在80%以下。应有安装排风扇的通风口。安装人员在进入净化间前，先把脸和手洗净，在过渡房内正确穿戴好防尘服、帽和鞋，房外穿的鞋不允许套鞋套进入净化间，所有带入净化间的物品、工具必须在房外预先做清洁处理。对所有带入和带出净化间的物品、工具都要进行登记及签名。对接应在尽量短的时间内完成，以避免绝缘件受潮或异物的侵入。母线筒及各封闭气室，在打开后及在安装后立即罩上防尘罩，防止灰尘、蝇虫、漂浮物等进入筒体，绝对禁止金属屑、镀层屑和剥落物进入筒体。
5 典型对接面控制
5.1 密封面对接
密封圈装配前认真检查合格证、生产日期及表面质量，不得有气泡、杂质、凸凹不平、开裂等现象。装配前用不掉纤维的白绸布或无毛纸擦净。在密封圈清擦后将硅脂均匀地涂抹在密封圈上（厚度约0.1mm），然后将密封圈轻轻地按入处理过的密封槽内，将密封槽以外的硅脂清擦干净。装入密封圈后，其它部位不得有硅脂残留，防止降低绝缘水平。装配O型密封圈时注意不得出现扭转和挤出槽外现象，V型密封圈注意开口朝外。密封圈装配完毕后，进行对接面对接时，要使用定位销进行对接，并在两个对接面接近时确认密封圈的位置，看是否有密封圈掉落现象发生，避免因未使用定位销造成不对中而切圈现象。
5.2 导电杆对接
对导电杆和电联接触指表面按工艺要求正确涂抹润滑脂，防止摩擦产生异物。电联接装配过程中，镀银面用抛光砂纸将表面氧化层处理掉，特别是铝镀银面更要处理好，使接触电阻满足要求。导电杆连接应使用对中工装，在对接时应小心操作，确保导电杆对中良好。对接过程中，注意保护密封面、屏蔽罩表面和绝缘件表面。
5.3 紧固连接
紧固件、连接件凡有拧紧力矩要求的，必须使用力矩扳手，紧固过程中，凡有三个以上紧固件的连接处，必须对称、均匀、逐步拧紧，并用记号笔做好紧固标识。
5.4 对接偏差控制
对接时调整母线支撑腿的正反扣螺杆，能够补偿母线与其它元件对接时的上下偏差，调整波纹管的正反扣螺杆，能够补偿母线、断路器与其它元件对接时的水平偏差。装配时调整进出线套管单元的上接线板，使得接线板的方向有利于和架空母线连接。
6 回路电阻测量
在产品运输前各运输单元的主回路电阻已经测量合格，在现场安装时只需要测量其与出厂前是否一致，如相差较大，则应予以拆开重新处理。对接后应进行每个元件的回路电阻测量，以检查导电杆与电联接是否接触良好，整个GIS对接完成后，测量GIS整体的主回路电阻，应小于各原件主回路电阻之和，若电阻值相差较大应将对接部分拆开重新处理。
7 气体处理和检漏
水分处理主要是用抽真空、充高纯氮气清洗和更换分子筛的方法。
对气室抽真空，真空度应达133.3Pa以下至少维持2h以上，再通过过滤器充新SF6气体。抽真空时间越长，真空度越高，则对降低气体水分含量越有利。抽真空时，产品本体必须带上密度继电器一起进行，用麦式真空计来检查本体的真空度。
在抽真空后充SF6气体前先充0.5MPa的高纯氮进行干燥，停留12h以上放掉氮气，放掉氮气前应检查氮气的水分含量，其值应远小于150×10-6（体积分数），然后再抽一次真空，充SF6其他至额定压力，测量水分含量，若水分超标，可重复抽真空和充氮气过程，直至水分合格为止。
更换分子筛筐中的分子筛时，应把分子筛置于烘箱内200℃至300℃以上持续恒温干燥至少2h，取出迅速装入GIS气室内，密封好，并立即抽真空。抽真空后充气时要使用专用充气装置进行充气，充注SF6气体时必须加装过滤器，防止气体中的微量水分进入GIS内部。
充气后，对GIS产品本体进行密封性能检查，即检漏。检漏的目的在于发现现场安装中的漏点，部位包括产品各密封面、密度继电器、操动机构直动及转动密封处。检漏必须在充气完成后24h进行，采用局部包扎法进行测量。根据GB11023-1989中的4.2.1条的公式进行年漏气率的计算，结果应小于0.5%。检漏仪的灵敏度高低将直接影响测量结果，检漏时建议采用LF-1型检漏仪，并定期对其浓度曲线进行校核。
结语
GIS的现场安装质量控制，严格控制现场安装环境，对典型对接面实施重点控制，以产品技术要求和安装装配工艺文件为基本依据，实施全过程的质量控制，确保GIS设备安全可靠运行。
摘要：气体绝缘金属封闭开关设备 (GIS) 的现场安装工艺要求比较高, 现场安装质量对GIS安全运行至关重要, 应成立现场安装组织机构, 实施现场安装WSS体系和“四无”管理, 从安装前的地基测量、安装环境、典型对接面以及气体处理等多方面实施重点控制, 采取有效措施, 确保GIS现场安装质量。
关键词：GIS,现场安装,质量控制
参考文献
绝缘层质量 篇4
为加强国内外绝缘材料与绝缘技术的学术交流，推动绝缘材料与绝缘技术的发展，促进绝缘材料与绝缘行业科技创新，中国电工技术学会绝缘材料与绝缘技术专业委员会和中国电器工业协会绝缘材料分会定于2011年10月16~19日在苏州联合组织召开第十一届全国绝缘材料与绝缘技术学术交流会。
一、会议交流主要内容
1.高压电机、输变电设备新型绝缘材料与绝缘技术的研究；
2.中低压电机、工业电器和家用电器新型绝缘材料与绝缘技术的研究；
3.电线、电缆新型绝缘材料与绝缘技术的研究；
4.电子信息产品新型绝缘材料与绝缘技术的研究；
5.特种绝缘材料与绝缘技术的研究；
6.绝缘材料基础树脂合成技术、测试技术及测量仪器、设备研制技术的研究；
7.新型绝缘材料生产工艺装备研制技术的研究；
8.电气绝缘节能新技术、新成果的研究；
9.绝缘材料产品质量控制、标准化、环境保护及市场动态分析等；
10.绝缘材料基础原材料相关技术及其它相关技术的研究。
二、注意事项
1.会议将进行第十一届全国绝缘材料与绝缘技术学术交流会“福润达”杯优秀论文评选活动，届时将评出优秀论文若干篇，同时颁发证书和给予奖励，并将优秀论文向总会推荐。
2.会议将邀请国外专家和公司参加。
3.会议还将为企业发布信息和展出新产品提供服务，欢迎各单位在会上发布信息和展出新产品或做广告。
联系人：孙瑛，祝晚华，熊雪梅
地址：广西桂林市辰山路1号桂林电器科学研究院（绝缘材料分会秘书处）
电话：0773-5840613 ,5888291传真：0773-5888291
E-mail：jy9988@188.com、495969223@qq.com
中国电工技术学会绝缘材料与绝缘技术专业委员会
中国电器工业协会绝缘材料分会
绝缘材料知识(3)气体绝缘材料 篇5
自上世纪50年代以来，六氟化硫(SF6)气体因其优良的绝缘强度和化学惰性，逐渐成为高压电气设备中首选的绝缘气体。但SF6因含氟而对大气层的温室效应有不利的影响，因此，人们正在寻找新的气体绝缘介质来替代电力工业大量使用的SF6气体，以减少其排放量和使用量。
1 气体绝缘材料的分类
气体绝缘材料主要包括空气、氮气、二氧化碳、SF6和它们的混合气体等。附表为一些气体电介质的物理性质。
1.1 空气
空气在自然界中分布最广且最廉价，是应用最广的一种气体电介质。作为一种混合介质，空气具有液化温度低 (-192℃) 、击穿后能自愈、物理化学性能稳定等优点，所以在断路器中多以空气作为绝缘介质。
1.2 氮气
与空气相比，N2化学性质更稳定 (空气中含有约21%的O2及其它杂质，与金属材料接触时，由于氧化使之易于腐蚀材料) ，呈惰性且不助燃，压缩氮气在电气设备中是一种常用的气体电介质。
1.3 SF6气体
SF6气体是一种电负性气体，具有高的击穿场强，在均匀电场下大约为空气的2.5倍，当气体压力为0.2MPa时，其绝缘强度相当于绝缘油。同时SF6气体具有优良的灭弧性能，在高压灭弧室中，其灭弧能力约为空气的数10倍。
纯净的SF6气体是无毒的，有较好的化学稳定性和耐热性，在150℃下不与水、酸、碱、卤素及绝缘材料作用，在500℃以下不分解，但温度超过600℃时，SF6气体将产生部分热分解。近30年来，SF6气体在高压电气设备中的应用日益广泛，如充SF6气体的互感器和断路器已成为我国220～500kV电力系统中的主流设备。
1.4 混合气体
混合气体通常由2种或多种气体组成，目前作为电气绝缘用混合气体大致可分为：
(1) SF6或氟化烃气体与永久性气体混合，如：SF6-He, SF6-N2; (2) SF6和其它电负性气体混合，如：SF6-空气，SF6-CO2, SF6-N2, SF6-氟化烃气体;(3)其它混合气体，如：CO2-N2, CO2-空气。
在上述混合气体中，SF6和其它气体的混合气体具有比纯SF6更优异的电气强度，价格也较便宜，特别是SF6-N2混合气体，被认为是目前较有发展前途的一种混合气体。
2 气体绝缘材料的特点及应用
2.1 特点
一般说来，气体在放电电压以下具有很高的绝缘电阻，而且一旦发生绝缘破坏，也容易自行恢复。与液体和固体相比，其缺点是绝缘屈服值低。因此，对其要求为：(1)具有很好的游离场强和击穿场强，并且击穿后其绝缘性能能够迅速、自动地恢复，属于弹性击穿;(2)化学性质稳定，惰性大，无腐蚀性，无毒;(3)不燃，不爆，不易因放电作用而分解;(4)热稳定性高，热容量大，导热性和流动性好;(5)容易制取，成本较低;(6)液化温度低。
2.2 应用
气体绝缘材料主要承担着电气设备中的绝缘任务。由于气体绝缘材料的电导、介电常数和损耗都很小，对高压、高频绝缘都适用。因此，在电气绝缘技术中，它们被广泛应用于架空线路、变压器、全封闭高压电器、高压套管、通讯电缆、电力电缆、电容器、断路器以及静电电压发生器等设备中。
在电气设备中，空气常用作输、配电线路及变压器的绝缘或辅助绝缘;压缩气体常用作断路器的绝缘和灭弧介质;真空用于高压真空开关(如真空断路器等)和各种电子管等。
由于SF6气体绝缘强度高，因此越来越广泛地应用于全封闭组合电器、断路器、气体绝缘变压器、充气管路电缆、X射线装置电源和导波管等，具有设备体积小、占地省、造价低等特点。
3 影响气体绝缘材料击穿强度的因素
气体绝缘材料的击穿一般是由电子碰撞电离引起的。在强电场作用下，气体中的带电质点(主要是电子)获得巨大的能量向阳极运动，并撞击气体分子使之游离为正离子和电子，这些电子又从电场中获得能量，并在向阳极运动的过程中继续撞击其他的气体分子使之电离。这种连锁反应的结果就形成了一条电子向阳极运动的高电导通道，导致气体最终被击穿。
人们经过实践总结出气体击穿的规律，这个规律称为巴森定律，即在温度一定时，在均匀电场中，气体击穿电压Ecp与气体的压力p和电极距离d的乘积有关，其具体表达式为
Ecp=B·p·d/ln[A·p·d/ln (1+1/r)]
式中A、B、r是一组与气体种类、温度及电极材料有关的常数。在均匀电场中，当电极的距离在0.1cm左右，20℃时极距d与击穿电压关系Ecp=30d+1.35 (k V);当d值在1cm左右时，在上述温度和压力下空气的击穿电压Ecp=30.75d+1.23 (kV)。
影响气体间隙放电电压的因素是电场分布形式、外施电压波形和气体状态。
3.1 电场分布形式
均匀电场中的空气间隙，其击穿电压高，反之其击穿电压低，而且分散性也大，这是电场均匀程度影响放电电压的根本原因。
提高击穿电压的措施有：采用有利的电极结构，增大电极曲率半径，改善电场分布。在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片状的固体绝缘材料(纸或纸板)作为屏障，在一定条件下可以明显提高间隙的击穿电压。屏障本身的耐电强度没有多大意义，其主要作用是阻止了空间电荷的运动，改善了空间电荷的分布状态，使间隙的击穿电压提高。
3.2 外施电压波形
在电力系统中，空气间隙受到工频波、雷电波和操作波3种形式的电波作用。从其作用时间来说，工频波最长，操作波次之，雷电波最短。在均匀电场中，同一间隙下工频波、雷电波、操作波的击穿电压差相差不大。在不均匀电场中，同一间隙下，雷电波击穿电压最高，操作波击穿电压次之，工频波击穿电压最低。
3.3 大气状态
即气压、温度、湿度等因素的影响。
(1)气压、温度。当气压降低或温度升高时，空气密度下降，电子在两次碰撞间所经过的平均自由行程增大。因而从电场中获得的动能增多，碰撞电离能力增强，空气间隙的直流、工频、冲击等放电电压降低。如在高海拔地区，由于空气密度低，放电电压也降低。海拔每升高1000m，放电电压降低10%左右。所以，在设计变压器的外绝缘时要充分注意这一点，如套管要采用加强绝缘的措施。
(2)湿度。湿度增加时，气体间隙的火花放电电压升高。因为湿度增加后电子与水汽分子碰撞的机会增多，水汽分子容易形成活动能力差的负离子，以致碰撞游离能力减弱，在更高的电压下才发生放电。
在均匀电场中，湿度的影响较小，只需对气压、温度进行校正。在不均匀电场中，湿度的影响较明显，要求对气压、温度、湿度同时进行校正。
4 气体绝缘材料的发展趋势
当前对气体绝缘材料的研究主要集中在SF6气体及其混合气体上。由于SF6气体价格较贵，液化温度相对较高，对电场均匀性十分敏感，人们一直在寻找SF6与其它气体的混合介质，以期降低成本。通过试验，发现SF6气体与其它气体的混合介质在电气绝缘上是大有作为的。
4.1 电负性气体与缓冲气体的混合物
这类混合物中研究较多的是SF6-N2和SF6-CO2，其中SF6-N2已应用于实际装置中。试验表明，SF6气体与缓冲气体的混合物在均匀电场击穿电压下降不多，但可使SF6含量大大降低，并且在极不均匀电场中一定气压范围内SF6-CO2的电气强度高于SF6气体。
人们对SF6混合气体的研究，主要集中在SF6与常见的廉价气体上，如：空气、N2、CO2等气体的混合气体。实践表明，除了电气性能以外，混合气体在工程上的使用还应考虑气体的热稳定性和化学性能，如空气中含有氧气，对金属材料具有氧化作用;CO2在电弧作用下会分解出碳粒，导致设备的绝缘性能下降。因此，认为SF6-N2是比较理想的混合气体，但其在工程上的广泛应用还有待于人们的进一步研究。
4.2 SF6替代气体的研究
自上世纪90年代以来，SF6气体的温室效应引起了各国环保专家的重视。尽管气体绝缘开关装置的年气体泄漏率小于1%，但由于SF6化学稳定性高，在大气中的寿命长达3200年，因此1997年的京都会议将SF6列为全球6种温室气体之一。为此，国内外在寻找合适的SF6替代气体方面开展了大量的研究工作。
基于对SF6气体物理特性、绝缘和灭弧性能的分析，可替代SF6气体的其他绝缘气体应满足以下条件：(1)寻找SF6的替代气体的分子结构设计应该借鉴SF6，替代物中的组成原子，应当包含电负性较强的原子，同时从整个分子结构来看，应具有很好的对称性;(2)替代SF6的气体应当具有SF6的绝缘和灭弧性能，同时具有无毒，不易燃的特性，而且应基本没有温室效应;(3)新的气体或混合气体必须有良好的安全性而且对环境的影响小。
绝缘层质量 篇6
1 中压开关柜的绝缘方式和复合绝缘技术
绝缘方式对优化开关柜结构起到至关重要的作用，中压开关柜的绝缘方式按位置可分为：柜内空间的绝缘方式和内部组件的绝缘方式[2]。对于“柜内空间的绝缘方式”，最普遍的是以空气作为柜内空间的绝缘介质，即带电体对地及相间均以空气作为绝缘介质，如半封闭式开关柜、金属封闭式开关柜。有些空气绝缘开关柜以改变带电导体形状设计，并采取严格的质量管理和安装精度来缩小最小空气绝缘距离，这类改造主要是那些引进国外先进技术生产的开关柜，如某型号开关柜已生产10年以上，在北京、深圳、大连等地均有使用，但因不符合电力部标准DL/T 593—1996《高压开关设备的共用订货技术导则》中关于最小空气绝缘距离的规定，在市场方面一直存在争议[3]。
内部充以SF6气体作为带电体对地及相间绝缘的充气柜，是一种特别适用于环境条件恶劣场所的开关柜，它采用激光焊接技术将薄不锈钢板焊接成密封箱体，在其内部布置断路器等元件，充入低气压的SF6气体。由于SF6气体的绝缘性能高，大约是空气的3倍，所以相间绝缘距离大幅减小，开关柜柜体尺寸大幅缩小。因此，相对于空气绝缘的开关柜而言，具有不受外界环境影响、体积小、可靠性高、操作人员安全性好、一次回路免维修等特点，极大地提高了安全可靠性。它的缺点是使用的SF6气体会导致环境问题，在1997年的京都会议上被列为限制排放的气体。
对于“内部组件的绝缘方式”，主要是用陶瓷和塑料两大类(此外还有橡胶、玻璃等)制造开关柜内部组件的固体绝缘件，如开关柜中的主要元件真空断路器采用了玻璃或陶瓷的灭弧室。真空断路器的绝缘件以往普遍使用4330电绝缘用玻纤增强酚醛压塑制造，其抗老化性欠佳，抗潮性不良，使用中有绝缘强度降低现象，因此现均改用玻纤增强不饱和聚酯压塑(SMC、DMC)来增大爬电比距，提高了绝缘性能。随着科学技术的发展，特种塑料越来越成为目前中压开关柜中的主要固体绝缘材料，陶瓷绝缘材料则更多地应用于高压、超高压和特高压中。
为了综合发挥各种绝缘方式的优点，还出现了一种将单一绝缘类型中的几种绝缘方式组合起来的技术，称为复合绝缘技术，主要有以下三种：一是“空气绝缘为主体的复合绝缘技术”，这种技术以空气绝缘为主体，在放电路径上设置环氧树脂等固体绝缘隔板，以缩短最小放电间隙，典型的应用有：在母排上套热缩绝缘套管，在触头上敷环氧树脂等。这种技术的原理在于固体绝缘隔板具有阻止放电的作用，在隔板表面上施加与电压同极性的电荷可以改善电场，获得空气绝缘1.5倍的耐受电压。二是“气体绝缘为主体的复合绝缘技术”，接近大气压的低压SF6气体中的复合绝缘与在空气绝缘中一样，在放电路径上插入固体绝缘隔板，可以改善电场，提高耐受电压，唯一不同的是SF6气体中的隔板效果与隔板的形状有关。中压开关柜通过SF6气体和固体绝缘件的复合化，可使设备体积缩小到空气开关柜的1/3。三是“固体-气体-真空的复合绝缘技术”，其特点是将设有表面接地层的浇注固体绝缘件作为外部封闭容器，真空灭弧室置于该容器内，该容器的其余空间充入SF6气体，通过该种方法，开关柜体积可缩小到纯空气绝缘的1/30。复合绝缘技术的应用，特别是“固体-气体-真空的复合绝缘技术”，需要灭弧理论、散热技术、解析技术、耐热技术、精加工技术、电力电子理论等许多基础理论的支撑，同时需要攻克材料、工艺等难关，所以目前尚未大批量投入使用。
2 中压开关柜的绝缘标准
开关柜的绝缘要求主要体现在耐受电压、最小空气绝缘距离和爬电比距方面，下面分别就这三个方面的有关标准进行说明。
2.1 耐受电压
在GB/T 311.1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》中规定了中压开关柜的雷电冲击耐压和工频耐压水平，如表1所示。
注:“额定短时工频耐受电压”中，“;”前、后的数据分别代表国际、国内标准值，“/”前、后的数据则代表设备外绝缘在潮湿、干燥状态下的耐受电压值。
2.2 最小空气绝缘距离
对于空气绝缘结构的高压开关柜，在电力部标准DL/T 593—1996中，规定了各相导体相间与对地空气净距，如表2所示。
注：海拔超过1 000 m时，“导体至接地间净距”和“不同相的导体间净距”应按海拔每升高100 m增大1%进行修正;“导体至无孔遮拦间净距”和“导体至网状遮拦间净距”应分别增加上述其中一项值的修正值。
2.3 爬电比距
爬电比距是指高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之比，在标准DL/T 593—1996中，规定了户内开关柜的爬电比距，如表3所示。
实际的爬电比距要求为爬电比距值乘以应用系数，应用系数如表4所示。
3 中压开关柜绝缘事故分析
结合中压开关柜的绝缘方式和绝缘标准，中压开关柜应该能够安全、稳定地在电网中投入使用，但在实际运行中，中压开关柜仍然出现各种绝缘事故，尤其是在10 k V及以上电压等级。中压开关柜绝缘方面的故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管和电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，电流互感器闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等，中压开关柜绝缘事故原因分析主要有以下四个方面：(1)爬距及空气间隙不够。爬距及空气间隙不够是开关柜发生绝缘损坏事故的根本原因，特别是手车柜，为缩短柜体尺寸，生产企业往往大幅度地减小装于柜内的断路器、隔离插头相间距离或对地距离，未采取有效的保证绝缘强度的措施。(2)开关柜内绝缘材质的选用不当。有的生产企业采用了易吸潮的酚醛树脂绝缘材料，运行后绝缘性能的降低，容易引发绝缘事故。绝缘材料应具有耐污秽性好、憎水性强和不容易老化等性能，并要经过实践验证。(3)制造质量差，工艺不良。制造质量及装配质量对开关柜整体耐压水平有很大的影响，如紧固螺丝不规则，拧紧后螺杆长出螺母过多;有的支持瓷柱紧固底板成“丁”字型，在支持瓷柱处作特殊处理，这样不仅缩短了绝缘距离，而且造成电场局部集中，另外支持瓷柱质量差，稳定性能差，在短路电流冲击下发生断裂，造成事故扩大。(4)环境条件的影响。开关柜运行的环境条件差是导致开关柜发生绝缘闪络的主要原因，当大气污染不断加剧，污秽和潮湿两个因素同时存在于绝缘件的表面时，就会逐渐污染电力设备的绝缘子、套管及母线。一般情况下，干旱气候持续的时间较长，绝缘件积污多了，这时又突然下雾，而下雾的时间较长(一般2～3 h)，污秽被雾水充分地潮湿，此时产生污闪的可能性较大。深圳市某泵站ZS1型铠装式金属封闭开关设备就是因为空气潮湿，使设备在运行过程中在绝缘表面产生凝露，以致附着污秽使绝缘降低，导致设备烧损[4]。
4 中压开关柜提高绝缘的措施
对于中压开关柜，往往希望通过增加不多的费用，将绝缘水平提高，使运行更安全。因此在开关柜生产制造中，应特别注意绝缘性能，以减少运行中绝缘事故的发生，同时加强对运行中开关柜的日常维护力度，具体措施如下：
(1)严格执行GB/T 311.1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》中的短时耐受电压，DL/T 593—1996《高压开关设备的共用订货技术导则》中的最小空气绝缘距离和爬电比距的相关标准。
(2)改进配方、工艺，在中压开关柜专用配件方面广泛采用具有优良阻燃性、憎水性的SMC等材料，更广泛地采用新型配方的环氧树脂绝缘件，在不增大空间体积的前提下，设计制造大爬距绝缘件。
(3)在有条件时，开关柜外绝缘建议进行凝露条件下的耐压试验，这是开关柜适应环境条件的一个非常得力的措施。
(4)开关柜内带电体尽量采用热缩橡胶给予包扎，对提高运行水平很有利。导电铜排或铝排加热缩绝缘套管也是很好的方法，这样既能有效地防止带电裸露造成人身伤亡危险，又可防止盐雾污闪及有害气体对导电铜排或铝排的腐蚀。
(5)结合元件复合化设计及元件集中化装配，设计出相适应的绝缘方案，如目前KYN柜中互感器套管触头盒、绝缘子的组合结构所需的绝缘配合。
(6)应充分注意元件选择，特别是电压互感器，要选择伏安特性较好的产品，即在线电压下无显著饱和的电压互感器。同时，对于隔板等，应选用绝缘性能好，不燃烧或阻燃的绝缘材料。尽量不要只使用一相或两相电压互感器接在相线与地之间(包括在双电源定相时)，以保证三相对地阻抗的对称性，避免中性点位移或产生谐振。
(7)严格执行安装技术规范，做好维护监控管理工作，防事故于未然。高压开关柜的金属骨架及其安装于柜内的高压电器组件的金属支架应有符合技术条件的接地，且与专门的接地导体连接牢固。凡能与主回路隔离的每一部件均应能接地，包括利用隔离开关切换到接地开关合上的位置来实现接地。每一高压开关柜之间的专用接地导体均应相互连接，并通过专用端子连接牢固。高压开关柜中各高压电器组件的隔板，一般是金属制成，与外壳具有相同的机械强度并接地。高压开关柜内的断路器、负荷开关、接触器及其操动机构必须牢固地安装在支架上，支架不得因操作力的影响而变形;断路器、负荷开关、接触器操作时产生的振动不得影响柜上的仪表、继电器等设备的正常工作。互感器安装的位置应便于运行中进行检查、巡视，且在主回路不带电时，便于人员进行预防性试验、检修及更换等。
(8)净化环境，封堵孔洞，严防潮气和小动物进入。对通风窗和抽风机装网栅或滤网，减少进入开关室的尘埃，净化通风;对较潮湿的高压室装热能灯加热或去湿。进出电缆孔用阻燃材料封填，对可能进潮气的柜孔也实行封堵，对可能进潮气的柜孔也实行封堵，以防止潮气和小动物钻入。加强设备运行维护，做到逢停必扫，强化运行维护，保证绝缘良好状态，确保设备安全稳定运行。
5 结语
目前国内的中压开关柜生产厂家对中压开关柜绝缘方式的应用和绝缘标准的理解都能达到要求，但由于制造工艺和成本的原因，少量中压开关柜的绝缘性能并不能满足全工况工作要求，绝缘事故时有发生。希望生产厂家在产品的设计和生产中，综合考虑以上提高绝缘能力的措施，切实提高中压开关柜的绝缘水平，确保设备安全稳定的运行。
摘要：介绍了目前国内中压开关柜的绝缘方式和复合绝缘技术,结合国家标准分析了中压开关柜发生绝缘事故的原因,列举了提高中压开关柜绝缘能力的措施。建议中压开关柜生产厂家在产品设计和生产中应切实提高绝缘水平,确保设备安全稳定运行。
关键词：中压开关柜,绝缘方式,绝缘标准
参考文献
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[3]张建安,张颐钟.谈高压开关柜的安全净距问题[J].江苏电器,2005(2):27-29.
绝缘层质量 篇7
硅橡胶合成绝缘子具有重量轻、机械强度高、优异的电化学性能等优点,并有憎水性和憎水迁移性、恢复性等独一无二的优越性,使其打破了瓷绝缘子在线路领域内近百年的统治地位,成为电力系统使用较多的绝缘子产品。
与瓷和玻璃等无机材料相比,合成绝缘子的外绝缘材料HTV硅橡胶材料分子中各元素通过共价键结合,元素间的键和力比较弱,并且材料内部存在大量的碳氢化学键。因此,在表面放电、紫外线、温度等因素作用下,使得HTV硅橡胶的大分子链较易断裂,从而引起材料内部结构的改变[1,2,3,4]。另外,合成绝缘子长期在大气环境中运行,不可避免地承受日照、高湿、温差及空气中有害物质等大气环境因素引起的老化以及绝缘子表面放电引起的电老化。绝缘子外绝缘材料的老化会影响绝缘子正常稳定运行,甚至影响电力系统的正常稳定运行。因此,对其外绝缘材料HTV硅橡胶的老化性能进行研究,是十分必要的[5,6,7]。
本文通过自行搭建的老化试验系统对HTV硅橡胶进行电晕及紫外老化,从憎水性、硬度、表面形态等方面对材料老化进行评估。
1 试验装置及测试评定方法
1.1 试样制备
试样采用HTV硅橡胶材料。由保定电力修造厂制备,其配方按传统工艺配制。试样制备尺寸为40mm×40 mm×1.5 mm(长×宽×厚)。试样表面光滑,根据DL/T 810-2002[8]进行预处理,先将试样置于无水乙醇清洗表面,然后用去离子水(或蒸馏水)冲洗,干燥后置于防尘容器内,在实验室标准环境下保存24 h后备用。
1.2 性能测试
本文采用静态接触角法测量和评价硅橡胶的憎水性。采用美国科诺工业有限公司SL200A/B动/静态接触角测量仪及其配套的分析软件对HTV硅橡胶材料的憎水性进行测量,接触角测量范围为25°～140°时,测量误差为±1°。采用北京时代之峰科技有限公司TH200邵式A硬度计对试品进行硬度测量,测量范围为0～100 HA。当硬度值在20～90 HA范围内时,测量误差≤±1 HA,分辨率为0.2 HA。使用北京中科科仪KYKY-2800B型数字化扫描电子显微镜对硅橡胶表面进行微观分析。
1.3 电晕试验装置
电晕试验装置图见图1。交流电压通过调压器和变压器调节产生,频率50 Hz,针电极通过保护电阻R接高压端,板电极通过测量电阻R1连接到低压接地端。当电晕发生时,电阻R1内会有脉冲电流流过,由此可得出电晕起始电压Us。通过示波器可以监测流过试品的电流变化。电极系统采用针-板电极以模拟现场中的尖端电晕放电。针电极为高压电极,长40 mm,针尖曲率半径为0.5 mm。板电极为低压电极,直径为40 mm。针、板电极材料为铜,中心相对,将试品放置于板电极上进行加压电晕试验。针电极、板电极分别嵌入由绝缘杆支撑的环氧玻璃布材料的绝缘板内。把电极系统放入老化试验箱内(见图2),以便对试验环境的温度、湿度进行调节。
1.4 紫外老化试验装置
紫外老化用氙灯作为辐照老化光源,对HTV硅橡胶进行辐照老化,因为氙灯光源经过适当滤波后的光谱和实际太阳光谱最为接近。采用北京利辉公司生产的SN-66氙灯老化箱对试片进行老化,温度范围为RT+10～70℃,波动度±1℃,湿度范围为50%～98%,波动度为+2%～-3%R.H。采用2.5 kW的风冷型氙灯管,用石英玻璃罩进行过滤,氙灯辐射强度为50～550 W/m2,光谱波长范围为300～780 nm。
本试验紫外辐射强度设为500 W/m2,黑板温度为65℃。把HTV硅橡胶的试片放入氙灯老化箱内,辐照1 000 h,定期取出进行憎水性、硬度及SEM测试。
2 试验结果与讨论
2.1 交流电晕后HTV硅橡胶憎水性能
电晕试验温度为18±2℃,相对湿度为25%～30%。针电极到试样表面距离为1 mm,调节调压器,观察示波器上电流变化得到电晕起始电压约为3 kV。本试验中施加6 kV,50 Hz的交流电压对试品进行加压。不同时间取出试片进行憎水性测试。
如图3所示,随着电晕时间的增加,试品表面的静态接触角逐渐变小。开始时静态接触角为106.42°,电晕60 min后下降到10°左右,以后基本不变。由此可见,经过交流电晕作用后,HTV硅橡胶表面憎水性的丧失是一个渐进的过程。
为了观察无放电、仅有电场作用时试品表面的憎水性变化,对试品施加2 kV(低于电晕起始电压)电压进行试验。从图4中可以看出,在2 kV电压作用下,试品表面静态接触角基本无变化。
2.2 氙灯辐射后HTV硅橡胶性能变化
对HTV硅橡胶试片进行1 000 h的氙灯老化试验,每24 h取出3片进行憎水性及硬度的测试,取其平均值作为该试片该时刻的值。从图5、图6可以看出,氙灯老化对材料憎水性的影响不大,而硬度随着老化时间的增加有增大的趋势。
对材料进行扫描电镜测试分析。与初始材料相比(见图7(a)),紫外老化1 000 h后(见图7(b))材料表面变得凹凸不平,粗糙度变大,有填充物外露的趋势。
2.3 讨论
硅橡胶的主要组成为聚二甲基硅氧烷(Polydimethyl-siloxane,PDMS),PDMS的分子结构[9]如图8所示。
硅橡胶优异的憎水性主要因为非极性的甲基基团紧密排列在硅氧主链两侧且向表面取向,屏蔽掉SiC键的强极性作用[10]。电晕放电产生的带电粒子的能量可以破坏硅橡胶材料分子结构,使硅橡胶发生裂解和氧化,硅橡胶分子中的Si-O键、Si-C键和C-H键的相对强度均随着电晕老化时间的增加呈下降趋势,造成硅橡胶材料憎水性下降。
当用氙灯辐射对硅橡胶试片进行老化时,由于氙灯光谱集中在可见光区,可见光光子能量范围约为158～309 kJ/mol,能量不足以切断Si-O键、C-H键和O-H键。非极性的甲基基团未被破坏,所以试片表面憎水性基本不变。但部分Si-C键有可能被切断,造成试样中的Si有析出趋势,表面变得粗糙,凹凸不平。另外Si-C键被切断后,会发生交联反应,使得硅橡胶表面强度提高,弹性和韧性下降,导致硬度下降。
3 结语
本文对硅橡胶合成绝缘子外绝缘材料进行短时电晕及紫外老化试验。试验结果表明,紫外辐射对材料表面的憎水性影响不大,HTV硅橡胶表面憎水性的逐渐丧失主要是由电晕放电引起。而紫外老化会使硅橡胶材料硬度变大,材料表面变粗糙。因此,合成绝缘子材料配方筛选及长年限绝缘子运行性能检测时应加强交流电晕放电以及紫外老化影响的评估。
参考文献
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绝缘层质量 篇8
随着我国电力事业的迅猛发展,电力传输显得至关重要。此前我国中低压电力的传输有相当部分依赖于架空裸导线来实现,但人口密度的增加,城市建筑群、绿化茂密区与城网架空输电线的矛盾日益突出,因无绝缘的裸导线是依靠空间距离及绝缘子架设于塔杆之上,在经过城市街道两侧、工厂内部、住宅小区等人类活动密集地区,经常会引发安全事故。虽然对中低压电力电缆进行埋地敷设可减少安全事故的发生且美化环境,但其开挖工程量大,耗资高,远不如架空敷设经济便捷。为保障用电,同时保障人身财产安全,必须尽可能地消除架空裸线带来的隐患,因此架空绝缘电缆成为了必然的选择。
架空绝缘电缆安全性能高、使用维修方便、敷设费用低、线路布局合理,但其在敷设或使用过程中时而发生绝缘滑脱现象,尤其是1kV架空绝缘电缆因没有导体屏蔽,且绝缘厚度较薄,绝缘拉断力小,相比10kV架空绝缘电缆,其绝缘与导体之间更容易发生滑脱。由于架空绝缘电缆架设于塔杆上,其敷设及使用环境决定了电缆纵向承力较大,一旦承力过大会致使绝缘发生滑脱、断裂,环境中的潮气和水分即会从绝缘断裂处进入导体,大大降低电缆的使用寿命和安全性。虽然现行国家标准GB/T12527《额定电压1kV及以下架空绝缘电缆》对绝缘的滑脱力指标并无要求,但考虑到上述问题,架空绝缘电缆的生产企业必须对其给予足够的重视和关注。
1 绝缘滑脱的原因分析
经过深入分析发现,架空绝缘电缆发生绝缘滑脱的原因主要有以下两种:a.因施工方法不当或受外力破坏使绝缘局部破损而造成滑脱。b.因电缆受到的纵向外力大于绝缘与导体间的作用力及绝缘拉断力之和,导致导体与绝缘之间发生相对位移。因此,为避免或减少绝缘滑脱现象的发生,应严格按操作规程或要求进行施工,且要避免电缆绝缘受到外力作用出现破损,同时应增加架空绝缘电缆的防绝缘滑脱能力,即提高绝缘与导体间的作用力及绝缘拉断力。
2 绝缘滑脱力的影响因素
架空绝缘电缆绝缘拉断力主要与绝缘厚度正相关,而国家标准中已对绝缘厚度做出了相应规定,且考虑到电缆成本因素,也不宜通过增大绝缘厚度,提高绝缘拉断力,改善电缆绝缘滑脱力。因此,从架空绝缘电缆本身出发,通过增大架空绝缘电缆绝缘与导体间的作用力是改善电缆绝缘滑脱力关键。绝缘与导体间的作用力的主要影响因素有导体表面粗糙度、导体最外层单丝紧压程度和绞合节径比、绝缘挤出方式等,下面将对此展开分析和研究。
2.1 导体表面粗糙度
导体表面粗糙程度直接影响导体与绝缘之间的摩擦力,通常导体表面越粗糙,导体与绝缘之间的摩擦力也就越大,绝缘的滑脱力也越大。因此,为增大绝缘与导体之间的摩擦力,可对导体表面进行粗糙处理。由于采用化学和电化学方法对导体表面进行粗糙处理需要较长时间,根据导体的实际生产情况,其很难与导体的绞制工序相结合,无法满足线缆行业产品连续生产的要求,影响生产效率且增加成本,而采用物理方法———喷砂对导体表面进行粗糙处理,可在导体绞制完成后收线前,进入增设的喷砂设备,依靠喷砂设备发射出沙粒高速冲击导体表面,在导体表面留下无数细小且均匀的凹坑,从而达到增加导体表面粗糙程度的目的[1],因此建议采用喷砂方法对导体表面进行粗糙处理。图1示出了喷砂设备,该设备能够实现在线、高速、连续喷砂,且不影响导体绞制的生产效率。
2.2 导体最外层单线紧压程度和绞合节径比
导体的紧压程度通过紧压系数来反映,紧压系数越大,则紧压程度越高。导体最外层单线紧压系数越大,则最外层单线与单线之间的缝隙越小,导体表面的光滑度提高,绝缘挤出时嵌入导体的绝缘材料量减少,导体与绝缘之间的结合强度降低;同时,导体表面越光滑,导体与绝缘之间的摩擦力越小。因此,导体最外层单线紧压程度越高,则绝缘与导体之间的滑脱力越小,反之,导体最外层单线紧压程度越低,绝缘与导体之间的滑脱力越大。由于在标准GB/T 12527中仅要求架空绝缘电缆导体为紧压结构,而未对导体紧压系数作说明,因此架空绝缘电缆的生产企业可以在保证导体紧压的前提下,结合生产工艺及成本适当减小导体外层单线的紧压系数,从而提高绝缘滑脱力。
在架空绝缘电缆导体最外层绞合节径比符合相关要求的前提下,改变导体最外层绞合节径比会对挤出的绝缘嵌入导体间隙的状态产生相应影响。导体最外层绞合节径比越小,则单线间隙与导体纵向夹角越大,挤出的绝缘嵌入单线间隙后,使绝缘与导体沿纵向方向阻止发生滑移的作用力越大,即绝缘滑脱力越大,反之,导体最外层绞合节径比越大,单线间隙与导体纵向夹角越小,纵向阻止发生滑移的作用力越小,即绝缘滑脱力越小。架空绝缘电缆的生产企业可在兼顾导体绞合节径比对导体电阻及生产成本影响的前提下,结合生产情况及需要适当减小导体绞合节径比,提高绝缘滑脱力。
为了了解导体最外层紧压系数和绞合节径比对架空绝缘电缆绝缘滑脱力的影响,分别对导体最外层采用不同紧压系数和绞合节径比的两种相同型号规格的架空绝缘电缆进行绝缘滑脱力对比测试。表1示出了测试时采用的试样电缆的具体参数。测试前,先按照GB/T 14049—2008中附录B对试样电缆进行尺寸处理,再将处理好的试样电缆在室温下放置4h。测试时,测试温度为室温(25±5)℃,先将试样电缆放在专用夹具内,再置于WDW-10电子万能拉伸试验机上,启动设备在(2±1)cm/min速度下进行拉伸,记录下每个试样电缆的绝缘与导体产生滑移时的拉力T,测试结果如表2所示。可见,对于相同型号规格的架空绝缘电缆,导体最外层单线紧压系数越大(紧压程度越高),绝缘滑脱力越小,反之,则绝缘滑脱力越大;导体最外层绞合节径比越小,绝缘滑脱力越大,反之,则绝缘滑脱力越小。
注:1)导体最外层单线间隙与导体纵向夹角约为20°;2)导体最外层单线间隙与导体纵向夹角约为15°。
2.3 绝缘挤出方式
为了提高生产效率,通常电缆生产企业会优先选择挤管式工艺挤出绝缘。虽然挤管式挤出工艺具有生产速度快、易于调整偏心、配模简便且模具的通用性大等特点,但在挤制架空绝缘电缆绝缘时,因挤出模具对绝缘料的挤出压力较小,机头处会有大量空气存留,阻碍绝缘与导体之间紧密结合,致使导体与绝缘之间的紧密程度下降,相互间的作用力变小,从而使绝缘滑脱力减小,绝缘更容易被拉脱。因此,为了提高绝缘滑脱力,必须增加挤出压力,采用挤压式(或半挤压式)挤制架空绝缘电缆绝缘。通过挤压式(或半挤压式)模具产生的挤出压力使绝缘能更好、更彻底地嵌入导体最外层单丝间隙中与导体紧密结合包覆在导体上,同时挤出压力也将绝缘与导体之间的空气排出,进一步提高绝缘与导体之间的结合强度,从而提高绝缘滑脱力。
为了了解绝缘挤出方式对架空绝缘电缆绝缘滑脱力的影响,分别对采用挤管式工艺和挤压式工艺的相同型号规格的架空绝缘电缆进行绝缘滑脱力对比测试。表3示出了测试时采用的试样电缆的具体参数。测试前的试样电缆处理和测试时的温度、过程与2.2节中的相同,测试结果如表4所示。可见,对于相同型号规格的架空绝缘电缆,采用挤管式工艺挤制电缆的绝缘滑脱力远小于挤压式工艺挤制电缆的绝缘滑脱力。
3 结束语
为确保架空绝缘电缆在敷设或使用过程中的安全性,本文着重分析了绝缘滑脱力的影响因素(导体表面的粗糙程度、导体最外层单丝紧压程度和绞合节径比、绝缘挤出方式),并在此基础上指出各影响因素的改善措施,通过相关对比试验验证了改善措施对提高绝缘滑脱力的有效性。因各个架空绝缘电缆生产企业的生产工艺及设备存在差异,可根据自身实际情况选择改善方法。
参考文献
绝缘层质量 篇9
一、实验
采用阳极氧化的方法来制备Ta2O5绝缘层。首先, 用一层450nm后的Ta薄膜作为栅极, 再将其进行阳极氧化。阳极氧化在0.01M的柠檬酸溶液中进行。利用Keithley2400 作为阳极氧化的电流电压源, 一个恒定的电流 (0.2A/cm2) 加在Al薄膜样品上, Ta薄膜表面被慢慢氧化成Ta2O5, 氧化过程2 小时, 这时Ta薄膜表面以下一定厚度的Ta氧化成150nm厚度的Ta2O5, 其厚度与所加电压成正比, 约为2nm/V。然后将Ta2O5薄膜基片放入真空室, 在氢气的气氛下, 加热350℃, 恒定10min, 马上退火处理。在Ta2O5绝缘层直接镀上金电极制备了金属-绝缘层-金属 (MIM) 器件;测试MIM器件的频率特性, 将MEH-PP有机半导体材料甩膜在阳极氧化Ta2O5绝缘层上作为有机场效应晶体管的有源层, 并在MEH-PPV上再镀上金电极制备了有机场效应晶体管 (OFET) 源、漏电极, 金电极的宽长比为100。最后测试并分别比较了经过和未经Ta2O5绝缘层热处理这两种器件的电学性能。器件的电学特性由半导体参数测试仪 (Agilent 4155C) 测试。
二、结果与分析
图1 分别出示了Ta2O5的MIM结构的电容-频率特性, 从图1 中可以看出电容大小在110k~110k Hz频率的范围内基本保持平稳, 从110k Hz开始急剧下降, Ta2O5经过热处理后, 其MIM的电容率有所提高, 达到50n F。
OFETs的迁移率通过饱和区的电流公式来计算:
式中W和L分别代表器件沟道的宽度和长度, Ci是栅绝缘介质层的单位面积电容, μ 是场效应迁移率, VT是阈值电压。经图2 的数据处理得到:Ta2O5未经氢热处理时, MEH-PPV的场效应迁移率为1.15×10-5cm2/Vs, 而经过氢热处理的为2.35×10-4cm2/Vs, 可知Ta2O5绝缘层经过氢热处理后, 其OTFT的饱和区的场效应迁移率高了近20 倍。这说明Ta2O5绝缘层和MEH-PPV半导体层之间的接触得到改善。分析认为这是由于在氢热处理过程中Ta2O5绝缘体内部的原子部分发生了重构现象, 大大减小了Ta2O5绝缘体表面的缺陷密度, 同时氢饱和了Ta2O5绝缘体表面以及体内部分悬挂键造成的。
三、结论
研究了热处理对阳极氧化的Ta2O5的绝缘性能的影响。Ta2O5经过热处理后, 其MIM结构的电容率有所增大, 这就导致了经热处理的Ta2O5膜的OFET器件的迁移率比没有经过热处理的Ta2O5膜的OFET器件提高了近20 倍, 阈值电降低。热处理过程的Ta2O5绝缘体内部的缺陷和位错密度大大减小, 从而使Ta2O5的绝缘性能得到了很大的改善。
摘要：研究了采用阳极氧化法制备Ta2O5绝缘层, 探索了Ta2O5绝缘层的氢热处理对其频率特性的影响。结果发现, Ta2O5绝缘层经过氢热处理后, 其电容率变大, 同时, 以Ta2O5作为绝缘层, 制备基于半导体材料poly (2-methoxy-5- (2’-ethyl-hexyloxy) -1, 4-phenylene-vinylene) (MEH-PPV) 场效应晶体管器件, 器件经热处理后, 其场效应迁移率从1.15×10-5cm2/Vs提高到了2.35×10-4cm2/Vs, 这是热处理改善Ta2O5绝缘层和MEH-PPV半导体层之间接触的结果。
关键词：有机场效应晶体管,阳极氧化Ta2O5绝缘层,热处理
参考文献
[1]Chung Y, Johnson O, Deal M, et al.Engineering the metal gate electrode for controlling the threshold voltage of organic transistors[J].Appl.Phys.Lett., 2012 (101) .