高分子绝缘材料的漏电起痕及其理论分析阿里巴巴dongg1的博客BLOG

1、高分子绝缘材料的漏电起痕

        高分子绝缘材料的表面受到潮气和具有正负离子污染物的污染时,在外加电压作用下其表面的泄漏电流比干净的表面要大得多。该泄漏电流将产生热量,蒸发潮湿污染物,使绝缘材料的表面处于不均匀的干燥状态,导致绝缘表面形成局部干燥点或干燥带。干区使表面电阻增大,这样电场就变得不均匀,进而产生闪络放电。在电场和热的共同作用下,促使绝缘材料表面碳化,碳化物电阻小,促使施加电压的电极{jd0}形成的电场强度增大,因而更容易发生闪络放电。如此恶性循环,直到引起施加电压的电极间表面绝缘破坏,形成导电通道,产生漏电起痕。

        高分子绝缘材料一旦发生漏电起痕,即出现三种劣变现象,一是出现碳化的黑色树枝状导电通道,经过连续多次放电,导电通道逐渐增长,当两电极被桥联起来时,材料便发生击穿破坏;二是在多次放电作用下,材料着火,发生破坏;三是材料出现一些凹坑,当放电不断继续进行时,凹坑加深,产生电腐蚀,有时发生击穿破坏,有时并不被击穿。
2、高分子绝缘材料漏电起痕的理论分析

        高分子绝缘材料电痕化时的闪络放电产生火花,火花作为热源,使绝缘材料表面的温度局部升高,使之逐渐发生化学组成上或结构上的变化,如氢气、低分子烃和其他气体的逸出;分子链发生断链或交联;分子链的支化度和结晶度发生变化以及分子的同分异构体相互转变等。因此,绝缘材料耐漏电起痕性能主要由高分子材料的化学结构和复合物组成决定。耐漏电试验中,材料若有可燃性挥发物产生,就容易引起燃烧而破坏;材料在闪络放电过程中若不易残留碳痕和不易产生挥发物时,其耐漏电性必然好些。

        从化学反应机理上看,高分子材料电痕化反应机理与热分解反应机理有相似之处。由放电产生的热量足以使高分子绝缘材料发生热分解,当热分解后产生的热能达到原子间的键能时,键能小的键自然会先断。例如,酚醛树脂中较弱的C—H键(84Kcal/mol)先断,较强的H—O键(110Kcal/mol)后断,两者都留下碳残留物,因此容易产生电痕化。在聚酯树脂中,酯基(—COO—)热分解为不可燃的CO2气体,并且—COO—中C—O键上的O的p电子与羰基(O=C—)中双键的Л电子产生p—Л共扼效应,从而C—O键的键长相应缩短,其键能得到增强,因此不易产生电痕化。

        选择适当的填料对提高高分子绝缘材料的耐漏电起痕性有较显著的作用。材料的电痕化是由两个相对过程所决定的,即碳的形成和碳的挥发,当前者快于后者时,便发生电痕化。氧化反应过程最容易产生挥发性的碳(CO或CO2),如果材料中加入富氧的化合物作为填料,例如水合氧化铝(Al2O3.3H2O)即氢氧化铝,则其耐漏电起痕性可得到改善,其化学反应为:
        Al2O3.3H2O + 3C ——→ CO↑ + Al2O3 + 3H2

        氢氧化铝是一种有效的无机阻燃剂,因此,许多加入氢氧化铝的阻燃塑料的CTI值都较原来的高。石棉作为填料对绝缘材料的耐漏电起痕性也有改善。当材料表面的高分子化合物被破坏时,由于石棉的优良耐高温性能,阻碍了碳化通道的进一步发展,防止了材料的进一步劣化。



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