温度和机械应力对GF/EP复合材料介电强度的影响

摘要

玻璃纤维/环氧树脂(Glass Fiber/Epoxy，GF/EP)复合材料具有较高的机械性能和电气性能，被广泛应用于电机、绕包绝缘干式变压器、干式空心电抗器等高压电力设备的绝缘结构中。电力设备的运行状况直接关系到电网的安全与稳定，而电力设备的可靠性在很大程度上取决于绝缘的工作情况，电力设备中的绝缘一旦发生击穿，就会对整个系统造成难以估量的危害。因此，复合材料的击穿特性是评价设备复合绝缘程度好坏的重要指标。随着电力系统电压等级的提高，对系统供电可靠性的要求也越来越高，保证电力设备的绝缘在高场强下的正常工作非常重要。在高压电气产品中绝缘不但受到振动、冲击等机械应力的作用，同时承受着电、热应力的作用，因此研究GF/EP复合材料在机械应力和温度共同作用下的介电强度，对于提高材料的电气强度、完善产品结构具有重要意义。GF/EP复合材料主要由树脂基体、玻璃纤维和界面三部分构成，在工频电压下的击穿特性非常复杂。国内外学者针对复合绝缘材料在常温下的击穿性能和高温下的热老化问题进行了大量的实验研究。但是，针对电力设备实际运行环境温度和机械应力共同作用下的介电强度问题，目前还没有相关的研究报道。我国东北地区年温差较大，干式空心电抗器在冬季异常低温条件下发生绝缘故障的现象较为频繁。因此，研究较宽温度范围内GF/EP复合材料的介电强度具有重要意义。
　　本文研究了温度和机械应力对GF/EP复合材料介电强度的影响，分别在不同温度、不同应力大小和不同应力作用形式下对GF/EP复合材料进行了工频击穿测试。实验结果表明:在外界环境温度一定的情况下，GF/EP复合材料的击穿强度随试样形变量的增大而减小;在环境温度一定的情况下，GF/EP复合材料的介电强度在试样弯曲程度增大的初始阶段有所上升，而后呈现下降的趋势;在确定的机械应力下，GF/EP复合材料低温和高温的介电强度都比室温下有所提高。研究结果为GF/EP复合材料在工程实际中的应用提供了重要的实验基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 GF／EP复合材料概述

1．3 国内外研究现状

1．4 课题来源及主要研究内容

第2章 实验平台的搭建与数据处理方法

2．1 高电压高低温环境的实现

2．2 拉应力及电极系统的实现方法

2．2．1 拉应力的实现方法

2．2．2 拉应力的计算

2．2．3 拉伸实验电极系统的设计

2．3 弯曲应力及电极系统的实现方法

2．3．1 弯曲应力的实现方法

2．3．2 弯曲应力的计算

2．3．3 弯曲实验电极系统的设计

2．4 实验线路的连接

2．5 整体实验平台的温度特性测试

2．6 实验材料的选择与处理

2．6．1 实验材料的选择

2．6．2 试样的预处理

2．7 实验方法与步骤

2．8 实验数据的处理方法

2．9 本章小结

第3章 GF／EP复合材料介电强度的测试结果与分析

3．1 温度对介电强度影响的实验结果与分析

3．2 拉应力对介电强度影响的实验结果与分析

3．3 弯曲应力对介电强度影响的实验结果与分析

3．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢