[發明專利]一種環氧樹脂機械應力與絕緣劣化聯合表征方法

在審

• 申請號: 202110258130.5
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113049375A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 李進;張瑩;杜伯學;梁虎成;孔曉曉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/04;G01N1/36;G01R31/12
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 程小艷

本發明公開一種環氧樹脂機械應力與絕緣劣化聯合表征方法，通過機械應力下環氧樹脂內部的應力分布與電樹枝生長同步光學觀測，對絕緣材料絕緣狀態進行有效的評估。包括以下步驟：首先，制備預置針電極的電樹枝試樣，拉伸應力為啞鈴狀試樣，壓縮應力為長方體試樣；其次，搭建光彈性裝置，使用偏振片觀察拉伸和壓縮應力下的應力分布；然后，試樣被固定在推拉力機的測試單元，拉伸應力和壓縮應力的取值分別為10、20、30Mpa，針電極、板電極分別與高壓端、地電極相連；最后，計算電樹枝累積損傷，得到環氧樹脂機械應力下電樹枝的生長情況。

技術領域

本發明屬于高壓設備領域，涉及電樹枝累計損傷來評估電纜絕緣材料的劣化狀態，特別涉及一種環氧樹脂機械應力與絕緣劣化聯合表征方法。

背景技術

隨著電網規模不斷增大，傳輸容量逐步提升，對電纜的可靠性和安全性要求也越來越高。環氧樹脂因其具有良好的加工性、優良的機械和電性能、穩定的化學性能，被廣泛應用于交流電纜終端。電纜終端內部結構復雜，具有多層結構，因此，電纜終端內部電場分布的復雜性高于電纜本體。而且由于是現場安裝，不可避免的給電纜附件帶來劃痕、氣泡等缺陷，這也給電纜安全可靠運行帶來了威脅。據統計。電纜附件的故障率占電纜事故的70％以上，且故障部位多集中于半導電層與環氧樹脂的結合點。絕緣材料在運行過程中會發生絕緣劣化現象，電樹枝作為典型的絕緣劣化形式，受到了國內外學者的廣泛關注。電樹枝是由于雜質、氣泡等缺陷導致的局部電場集中所引起的局部放電現象，最終可貫穿高壓電極與地電極，造成絕緣擊穿，發生電力系統事故。因此，研究電纜絕緣劣化以及失效機理迫在眉睫。

電纜在長期運行過程中，要承受機械應力和電壓的同時作用。在電纜終端中，由彈簧夾緊裝置產生高壓電纜的切線方向的壓縮應力。電纜在運行過程中產生焦耳熱，環氧樹脂絕緣材料受熱產生熱環抱力，為拉伸應力。機械應力可改變分子鏈構象，從而影響電荷輸運行為與內部電場分布，最終改變絕緣材料的電氣性能。但是，目前機械應力和電場聯合作用下環氧樹脂絕緣劣化的研究尚為空白。

光彈性法是利用雙折射效應研究物體應力分布的實驗方法，通過觀察到的干涉條紋，可以得到承受的機械應力狀態。環氧樹脂為光彈性材料，未施加應力時各向同性；施加應力時會出現暫時雙折射效應。入射光的光程差與主應力的大小相關聯，通過得到的光程差信息可以分析主應力情況。利用光彈性法可以得到等傾線與等差線，從而獲得主應力的方向與主應力差。本設計在使用光彈性裝置的同時，給試樣施加電壓，利用電樹枝觀測裝置評估電纜在機械應力下的絕緣老化情況為研究機械應力下環氧樹脂電樹枝的引發和生長機理提供了全新的方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種環氧樹脂機械應力與絕緣劣化聯合表征方法。

本發明提出的技術方案是，一種環氧樹脂機械應力與絕緣劣化聯合表征方法，利用環氧樹脂內部的應力分布與電樹枝生長的同步光學觀測，該方法包括如下步驟：

1)采用環氧樹脂制備預置針電極的電樹枝試樣：其中拉伸應力為啞鈴狀試樣，壓縮應力為長方體試樣；

2)搭建光彈性裝置，使用偏振片觀察拉伸和壓縮應力下的應力分布；

3)試樣被固定在推拉力機的測試單元，同時針電極、板電極分別與高壓端、地電極相連；

4)電樹枝累積損傷計算。

進一步地，所述電樹枝試樣的制備過程如下：

(1)將雙酚A環氧樹脂、聚酰胺固化劑按照2-10:1的配比，倒入燒杯中；

(2)將混合物放入轉速為60±10r/min磁力攪拌器中，攪拌使其均勻混合；

(3)混合物均勻混合后，放入干燥真空箱中，連續抽真空，充分去除混合物體中的空氣；

(4)將混合物澆筑到預置針電極的模具中，人為制造缺陷，其中針尖與地電極的距離控制為2±1mm；