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聚酯PET薄膜在气体绝缘封闭线路中的作用

阅读次数: 发布日期:2020-03-31 文章链接:http://www.pettape.com/news/265.html

     气体绝缘封闭线路(Gas Insulation Lines, GIL)可以处理特殊环境下的输电线路架设问题,与传统架空线路和电缆相比,具有输送容量大、布置灵活、可靠性高等优点。随着我国特高压技术的发展,GIL在大规模输电领域具有广阔的应用前景。然而,在生产和组装GIL 设备的过程中,不可避免地会产生金属微粒。这些金属微粒一旦带电将在电场中运动,会成为威胁GIL 设备绝缘性能的一大隐患。

    聚酯(PET)薄膜在气体绝缘封闭线路(GIL)中用作电极覆膜以降低金属微粒对GIL的威胁。PET 薄膜会在电、热等因素作用下逐渐老化最终导致绝缘失效。
    作为一种经典的塑料薄膜,聚酯(PolyethyleneTerephthalate, PET)薄膜因其具有良好的绝缘性能、力学性能、耐溶剂性以及成本低和易加工等优点,在近年来被开发出了越来越多的用途。其中,FlexFilms 公司研发了一款新型高阻隔性金属化PET 薄膜,在恶劣环境下具有更强的金属附着力;TorayPlastics 公司开发了具有耐擦伤、高平滑表面功能的PET 薄膜,可以应用于精密的电子元器件。作为在A(105℃)~F 级(155℃)绝缘系统中使用的主要电机绝缘材料,PET 介电常数与矿物油接近,介质损耗因数和吸水率较低,其基本电气参数均满足直流GIL 工作环境要求。如果在直流GIL 的外壳电极覆以PET 薄膜,可以明显抑制传导方式的微粒带电,提高局部放电电压,从而达到抑制导电金属微粒运动的目的,降低其对GIL 运行时的威胁。

    但PET 薄膜暴露于侵蚀性环境,如高温和高电场强度环境,会引起其物理和化学特性的变化,导致聚合物破裂,绝缘性能降低。尽管PET 薄膜具有优异的化学稳定性,长期作用下会仍对其内部分子结构造成不可恢复的损伤,从而导致其失去绝缘性能,无法限制金属微粒的活性,从而引发气体间隙击穿,降低GIL 的绝缘性能。因此,研究复杂环境下PET 薄膜的绝缘老化机理对于提升直流GIL 绝缘性能至关重要。

    在直流GIL 运行过程中,PET 薄膜通常是在电、热、机械等应力的长期共同作用下逐渐发展、并最终导致PET 老化裂解的,故需对其在多种老化因子协同作用下的过程进行深入的研究以总结其老化规律。由于电热因子是最常见的两种老化因素,且大多数绝缘材料都无法避免,因此电-热应力联合老化是目前研究中应用最多的一种组合方式。

早期对PET 裂解过程的研究大多采用电热加速老化实验结合差示扫描量热法(Differential ScanningCalorimetry, DSC)和热重分析(Thermo Gravimetric,TG)的方法。杨凯等学者采用电热老化实验的方法,对不同老化阶段的聚合度、介质损耗因数进行了测试。

    但是这些基于传统实验的分析方法只能总结老化过程的宏观特性,并不能揭示PET 裂解过程的微观动态反应路径和中间产物,更无法在原子水平上给出PET 裂解微观机理的合理解释。随着计算机技术和量子力学理论的发展,分子模拟技术已经能够在分子水平上呈现分子的构象变化从而计算材料的性能,被称为第三种认知自然的方法。其中,反应分子动力学模拟(Reactive ForceField, ReaxFF)由于克服了传统分子动力学的缺点,被广泛用于复杂化学反应的分析。李庆民等学者总结概括了分子模拟技术在高电压绝缘领域的应用,其中特别肯定了反应分子动力学方法在高电压工程学中的应用潜力。ReaxFF 力场考虑所有可能的反应路径,模拟遵循热力学最有利的反应路径。由量子力学和实验数据结合所推导出来的ReaxFF 力场参数在一定程度上保证了其结果的准确性。


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