電氣特性
半導(dǎo)體則涵蓋面更廣,如直流放大倍數(shù)、交流放大倍數(shù)、整流電流、反向擊穿電壓、正向?qū)妷骸⒔Y(jié)電容、噪聲系數(shù)、特征頻率、截止頻率、耗散功率等。
IC也非常多,如最大工作電壓、運放的壓擺速率、帶寬、失真系數(shù)、ADC的轉(zhuǎn)換速率、轉(zhuǎn)換精度、分辨率等。
電氣性能連接器的主要電氣性能包括接觸電阻、絕緣電阻和抗電強(qiáng)度。①接觸電阻高質(zhì)量的電連接器應(yīng)當(dāng)具有低而穩(wěn)定的接觸電阻。連接器的接觸電阻從幾毫歐到數(shù)十毫歐不等。②絕緣電阻衡量電連接器接觸件之間和接觸件與外殼之間絕緣性能的指標(biāo),其數(shù)量級為數(shù)百兆歐至數(shù)千兆歐不等。③抗電強(qiáng)度或稱耐電壓、介質(zhì)耐壓,是表征連接器接觸件之間或接觸件與外殼之間耐受額定試驗電壓的能力。
影響;
為研究環(huán)氧絕緣材料電荷積聚過程的影響因素,減少材料表面電荷積聚效應(yīng),采用高阻計對直流電壓下環(huán)氧絕緣材料不同時間點的體積電阻率和表面電阻率等關(guān)鍵電氣性能進(jìn)行測量,并采用直流試驗裝置,借助電容探頭法進(jìn)行直流高壓下的表面電荷測量。通過相關(guān)理論研究,獲得了環(huán)氧絕緣材料電阻率隨直流電壓作用時間的關(guān)系,建立了環(huán)氧絕緣材料電氣性能與電荷積聚的關(guān)系,并明確了環(huán)氧絕緣材料電氣性能的改進(jìn)措施,對于減少直流電壓下,環(huán)氧絕緣材料的表面電荷積聚,提高輸變電設(shè)備直流絕緣子運行可靠性具有實際意義。
電荷積聚過程的理論
電荷要從表面消散需要從內(nèi)部遷移至表面,這將導(dǎo)致環(huán)氧絕緣材料內(nèi)部可自由移動的電荷進(jìn)一步下降,此時遷移的速率較大,由于表面電荷量較小,幾乎無表面向內(nèi)部消散,電荷在材料表面逐漸積聚;然后,由于環(huán)氧絕緣材料內(nèi)部自由電荷量有限,電荷遷移的速率逐漸下降,而電荷沿向內(nèi)部消散量逐漸增加,某一時刻,出現(xiàn)體積電阻率的極大值。而后電荷遷移的速率進(jìn)一步下降,由于此時電荷沿內(nèi)部消散仍在增加,體積電阻率出現(xiàn)略微的回落,直至遷移和沿內(nèi)部消散都最終趨于穩(wěn)定,體積電阻率也趨于穩(wěn)定,此過程也就是直流電場下特殊的電飽和過程。
環(huán)氧絕緣材料電氣性能的改進(jìn)
體積電阻率方面。增大初始體積電阻率有利于減小電荷遷移速率和遷移電流密度,但由于體積電阻率增大的同時也會延長階段1的持續(xù)時間,此外,增大初始體積電阻率還將增大電荷沿內(nèi)部消散的時間常數(shù)。因此,體積電阻率只能適當(dāng)增大。
表面電阻率方面。環(huán)氧絕緣材料表面電阻率越小則環(huán)氧絕緣材料表面電荷積聚后的消散速度越快,即如果降低表面電阻率,將減小電荷積聚密度。但由于在切向場強(qiáng)一定的情況下,表面電阻率的減小將增大表面電導(dǎo)電流密度,從而增加閃絡(luò)的風(fēng)險,3#絕緣子電荷密度本身較大,而表面電阻率較小,表面電導(dǎo)電流過大,發(fā)生閃絡(luò),因此表面電阻率只可適當(dāng)減小。
此外,表面電阻率和體積電阻率存在一定匹配特性。當(dāng)某種材料存在過大的體積電阻率和過小的表面電阻率時,由于內(nèi)部電荷遷移至表面的遷移電流密度較小,遷移速率也較小,表面積聚電荷量較小,且增速較小,表面切向場強(qiáng)主要來自外加電場的分量,此時場強(qiáng)相對較大,由于表面電阻率過小,產(chǎn)生的電荷很快向電極加載部位移動,形成過大的表面電導(dǎo)電流,出現(xiàn)閃絡(luò)。9#絕緣子體積電阻率與表面電阻率差值較大,雖然電荷量較小,但仍發(fā)生閃絡(luò)。因此,表面電阻率和體積電阻率應(yīng)有一定差值關(guān)系。如體積電阻率在1014Ω·m數(shù)量級時,表面電阻率應(yīng)在1011Ω數(shù)量級左右。
微觀結(jié)構(gòu);
對局部放電損傷過程中油浸絕緣紙的微觀結(jié)構(gòu)及其與電氣性能的關(guān)系進(jìn)行研究。使用原子力顯微鏡和 X 射線衍射儀等材料分析手段與介電譜儀、高阻儀和柱–柱電極等電氣分析手段相結(jié)合的方法,分析損傷過程中油浸絕緣紙分子鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)、體積電導(dǎo)率和電氣強(qiáng)度。結(jié)果表明:損傷過程中,絕緣紙結(jié)晶區(qū)比無定形區(qū)更易受到局部放電破壞;結(jié)晶度呈上升趨勢且晶粒取向加強(qiáng),但晶粒大小、晶體類型和二相共存結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變;結(jié)晶度升高和晶粒取向加強(qiáng)造成介電常數(shù)、體積電導(dǎo)率和介質(zhì)損耗因數(shù)呈下降趨勢,但電氣強(qiáng)度呈上升趨勢;結(jié)晶和取向改變了分子、離子和電子的活動性,是造成電氣性能變化的重要原因
電氣性能測量;
在20℃條件下,采用Concept80寬帶介電譜測試系統(tǒng)(novocontrol GmbH)測量損傷過程中油浸絕緣紙的頻域介電譜、頻域介損譜和頻域內(nèi)的體積電導(dǎo)率;同時,根據(jù)IEC60093和IEC60243-1標(biāo)準(zhǔn),分別測量油浸絕緣紙直流體積電導(dǎo)率和工頻電氣強(qiáng)度。
為了使電氣性能的測量結(jié)果更具代表性且能有效地反映材料微觀結(jié)構(gòu)的變化,即電氣性能測量不受水分和其它損傷產(chǎn)物的影響,每次測量取出 5個試品,測量前試品先經(jīng)丙酮清潔、真空干燥和浸油處理。5個試品測量平均值作為測量結(jié)果
電氣性能變化;
結(jié)構(gòu)和性能之間呈現(xiàn)內(nèi)在的關(guān)聯(lián)性,其中聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是直接影響材料性能的重要因素。在局部放電損傷過程中,局部放電產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致表征油浸絕緣紙聚集態(tài)結(jié)構(gòu)特征的結(jié)晶度增加、取向度加強(qiáng),也必將引起其電性能發(fā)生變化。
極化、電導(dǎo)、損耗和擊穿是絕緣介質(zhì)材料的4種基本電性能。極化包括瞬時極化和松弛極化等形式,介電常數(shù)(或相對介電常數(shù))是描述介質(zhì)極化的宏觀參數(shù),分為實部和虛部,實部與由瞬時極化和松弛極化引起的無功電流成正比。而虛部在不考慮電導(dǎo)時與由松弛極化引起的有功電流成正比;電導(dǎo)有電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)等,電導(dǎo)率是表征介質(zhì)電導(dǎo)性能的宏觀參數(shù)。損耗主要由電導(dǎo)和松弛極化引起,其特性可由介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ表征,在不考慮電導(dǎo)電流時其值計算。擊穿表征了介質(zhì)在電場作用下的極限能力,電氣強(qiáng)度表征了介質(zhì)的這種能力,它是介質(zhì)的特性參數(shù)
油浸絕緣紙相對介電常數(shù)隨頻率變化;
局部放電損傷過程中,油浸絕緣紙經(jīng)清潔、真空干燥和浸油處理后,含水量均小于0.1817%,且油浸絕緣紙的組成基本相同;另一方面,表征聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度逐漸增加,晶粒取向加強(qiáng);同時,測得其介電常數(shù)、體積電導(dǎo)率、介質(zhì)損耗因數(shù)及電氣強(qiáng)度。
油浸絕緣紙經(jīng)清潔、真空干燥和浸油處理后,其介電常數(shù)實部隨頻率減小而增加,但虛部隨頻率減小呈現(xiàn)先減小后增加的現(xiàn)象,出現(xiàn)最小值。隨著損傷時間增長,實部和虛部頻域譜線均呈向下移動趨勢,但譜線形狀基本不變;在低頻區(qū)譜線的下降速度較快,同時虛部最小值左移。這表明隨著結(jié)晶度增加和晶粒取向加強(qiáng),油浸絕緣紙的介電常數(shù)呈下降趨勢
直流下測得的油浸絕緣紙體積電導(dǎo)率;
描述了在交流和直流條件下測得的油浸絕緣紙體積電導(dǎo)率。油浸絕緣紙經(jīng)清潔、真空干燥和浸油處理后,其體積電導(dǎo)率隨頻率減小而減?。浑S著損傷時間的增長,體積電導(dǎo)率頻域譜線也呈向下移動趨勢,但其譜線形狀基本不變,并且在低頻區(qū)譜線的下降速度較快;當(dāng)頻率減小到其最小極限值時,電壓源顯示直流特性。直流條件下測得其體積電導(dǎo)率隨損傷時間增長亦呈下降趨勢。由此可見,隨著結(jié)晶度加和晶粒取向加強(qiáng),油浸絕緣紙的體積電導(dǎo)率呈下降趨勢。
油浸絕緣紙介質(zhì)損耗因數(shù)隨頻率變化;
伴隨著介電常數(shù)和體積電導(dǎo)率的變化,介質(zhì)損耗因數(shù)亦將發(fā)生相應(yīng)變化。油浸絕緣紙經(jīng)清潔、真空干燥和浸油處理后,其介質(zhì)損耗因數(shù)在頻域范圍內(nèi)的變化相似于介電常數(shù)虛部的變化規(guī)律,即其隨著頻率降低先減小后增加,且有最小值出現(xiàn);隨著損傷時間的增長,介質(zhì)損耗因數(shù)譜線呈向下移動趨勢,但譜線形狀基本不變,而且最小值左移。這說明隨著結(jié)晶度增加和晶粒取向加強(qiáng),油浸絕緣紙的介質(zhì)損耗因數(shù)呈下降趨勢。
油浸絕緣紙的電氣強(qiáng)度;
在損傷過程中,油浸絕緣紙經(jīng)清潔、真空干燥和浸油處理后,測得的電氣強(qiáng)度??梢姡S著損傷時間增長,油浸絕緣紙的電氣強(qiáng)度總體呈上升趨勢。換而言之,隨著結(jié)晶度增加和晶粒取向加強(qiáng),油浸絕緣紙電氣強(qiáng)度呈上升趨勢。
總之,隨著結(jié)晶度增加和晶粒取向加強(qiáng),油浸絕緣紙的介電常數(shù)、體積電導(dǎo)率和介質(zhì)損耗因數(shù)均呈下降趨勢,但其電氣強(qiáng)度總體呈上升趨勢。