恶劣条件下电气设备用环氧树脂材料绝缘特性研究
高海拔和磁场环境下环氧树脂的绝缘破坏.
高海拔和磁场环境下环氧树脂的绝缘破坏Effects of High Altitude and Magnetic Field on Dielectric Breakdown of Epoxy Resin学科专业:电力系统及其自动化研究生:高宇指导教师:杜伯学教授天津大学电气与自动化工程学院二零零六年一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果, 除了文中特别加以标注和致谢之处外, 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果, 也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
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(保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名:导师签名:签字日期:年月日签字日期:年月日中文摘要环氧树脂作为绝缘材料, 广泛应用于电气电子设备, 其绝缘性能直接影响到设备运行的安全性和可靠性。
随着我国西部的开发,设备需要运行于 4000m 以上的高海拔地区,当气压降低至 70kPa 以下时,环氧树脂的绝缘性能因低气压的影响而改变。
在变压器,电抗器等器件周围广泛分布着磁通密度在 0.1T 至 1T 之间的磁场,这对附近的电气电子设备的绝缘性能产生影响,威胁到设备的安全稳定运行。
目前,对于磁场环境下环氧树脂绝缘性能的研究很少。
随着我国西部开发进程的不断发展,越来越多的电气电子设备将运行于高海拔地区和磁场环境下, 环氧树脂的绝缘性能也将受到低气压和磁场环境的考验,考察环氧树脂在低气压下磁场环境中的绝缘性能具有理论意义和实用价值。
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二、环氧树脂绝缘层受力情况分析
产生上述问题的原因在于环氧树绝缘材料在输变电设备制造过程及使用过
程中会受到多种力的作用：
1、固化过程中由于化学反应发生收缩产生的收缩应力；
2、环氧树脂与金属的线膨胀系数的差异产生的应力
材料名称
石英
铝
铜
环氧树脂
表 2-1 几种常用材料的线膨胀系数
图 2-1 包裹或镶嵌金属零件的绝缘体示意图
环氧树脂合金技术（增韧技术）是大幅度提高环氧树脂绝缘材料抗开裂性 的新技术。环氧树脂合金技术与增柔技术不同，不是将材料整体柔性化，而是 将环氧树固化物从均相材料变成非均相的多相多组分体系即环氧树脂合金。典 型的环氧树脂合金结构是“海岛结构”，见图 3-1。
分散尺寸合适，含量恰当的“海岛结构”一经形成，材料的抗开裂性能变 就发生突变，几倍几十倍地增加，而原有的机械性能、耐热性能和电气性能不 受损失或损失较小，这样的优异性能，正是人们所期望的。
三、提高环氧树脂绝缘浇注制品品质的三个环节
1、设计合理 2、提高环氧树脂绝缘材料的韧性 3、浇注工艺合理 从以上三点来看，由于设计一般是固定的，所以运用合理的工艺和提高环 氧树脂本身的韧性，减弱和消除绝缘体内部的气泡或缺陷是降低局放的根本方
在电工绝缘领域为克服环氧树脂的脆性采取了很多方法，绝大多数采用的 是增柔，增柔技术大幅度地降低了树脂绝缘体的耐热性，而抗开裂性增加有限。
一、环氧树脂在电工绝缘领域中应用的特点
二十世纪四十年代末，环氧树脂开始被应用于电工绝缘领域，至今已经有 五十余年的历史。
双酚 A 型环氧树脂/酸酐体系是当前输变电设备绝缘浇注材料的主要品种， 其优点突出：
具有良好的粘接性； 固化过程中收缩率低； 在固化过程中不产生小分子； 耐热性、耐药品性优良； 机械强度高； 电气绝缘性能优良。
高压环氧树脂绝缘子
高压环氧树脂绝缘子高压环氧树脂绝缘子是一种常见的电力设备，广泛应用于输配电系统中。
它具有优良的绝缘性能和耐电弧性能，能够有效保护电力设备的正常运行。
下面将从结构特点、主要优点和应用领域等方面对高压环氧树脂绝缘子进行介绍。
高压环氧树脂绝缘子的结构特点主要体现在以下几个方面。
它由内芯、外壳和金属件等组成。
内芯采用环氧树脂材料制成，具有良好的绝缘性能和机械强度。
外壳则起到保护内芯的作用，通常采用硅橡胶或硅橡胶复合材料制成，具有良好的防腐蚀性能和耐候性能。
金属件用于连接绝缘子与电力设备，通常采用镀锌钢或不锈钢材料制成。
这种结构设计使得高压环氧树脂绝缘子具有较高的机械强度和耐候性能，适用于各种恶劣的环境条件。
高压环氧树脂绝缘子具有多种优点。
首先，它具有良好的绝缘性能，能够有效阻止电流的泄漏和绝缘破坏，确保电力设备的安全运行。
高压环氧树脂绝缘子在电力系统中有广泛的应用领域。
首先，它常被用于变电站的电缆分支箱、电缆终端头等设备中，用于隔离和保护电缆。
其次，它还可用于高压开关设备的绝缘支撑和隔离，确保开关设备的安全运行。
此外，高压环氧树脂绝缘子还可应用于电力线路的绝缘支撑和隔离，保证电力线路的稳定供电。
总之，高压环氧树脂绝缘子广泛应用于输配电系统中的各个环节，起到了重要的作用。
在使用高压环氧树脂绝缘子时，需要注意一些问题。
首先，使用前需要对绝缘子进行检查，确保其外观无明显损伤和污染。
其次，应按照规定的安装方法和步骤进行安装，避免出现安装不牢固或安装错误的情况。
此外，在运行过程中，还需要定期检查和维护绝缘子，确保其正常运行和绝缘性能。
如果发现绝缘子存在损坏或老化等情况，应及时更换或修复，避免发生事故。
高压环氧树脂绝缘子是一种具有优良绝缘性能和耐电弧性能的电力设备。
它的结构特点和主要优点使其在电力系统中得到广泛应用。
在使用过程中，需要注意对绝缘子的检查、安装和维护，确保其正常运行和绝缘性能。
相信随着科技的不断进步和应用的不断拓展，高压环氧树脂绝缘子将在电力领域发挥更加重要的作用。
环氧树脂复合材料的介电性能研究
环氧树脂复合材料的介电性能研究随着科技的不断进步，复合材料作为一种新型材料，受到了广泛的关注和应用。
其中，环氧树脂复合材料因其优良的力学和电学性能，在电子、航空航天、汽车等领域具有广泛的应用潜力。
本文将围绕"环氧树脂复合材料的介电性能研究"展开论述，以带领读者深入了解这一热门研究领域。
首先，介电性能是环氧树脂复合材料电学性能的重要指标之一。
介电性能研究的目标是探究材料在电场作用下的电学行为，即电容、介电常数、损耗因子等参数的变化规律。
通过研究电场下的介电性能，可以评估材料的绝缘性能、耐电压性能以及对电磁波传播的影响。
其次，环氧树脂复合材料的介电性能受多种因素影响。
首先是填料的选择和添加剂的使用。
不同类型的填料和添加剂对复合材料的介电性能具有差异性影响。
例如，纳米填料和导电填料的添加可以提高复合材料的导电性和热导率，但也会同时增加损耗因子。
身材对复合材料的极化过程和电流密度分布的影响也是一个研究热点。
此外，复合材料的制备工艺和工艺参数，例如固化温度和固化时间，也会对其介电性能产生影响。
第三，为了研究环氧树脂复合材料的介电性能，研究人员通常采用多种试验方法和测试技术。
其中，巴逊电器频率响应法、交变电场下的介电强度测试方法等是较为常用的试验方法。
此外，还可以利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等高分辨率显微镜观察材料的微观结构和相界面分布情况。
这些试验方法和测试技术的应用可以为介电性能研究提供实验数据和表征手段。
最后，环氧树脂复合材料的介电性能研究有着重要的应用价值。
首先，研究环氧树脂复合材料的介电性能可以为复合材料在电力系统中的应用提供理论指导和技术支持。
例如，在高电压设备的绝缘领域，研究材料的介电强度、电容等参数可以为绝缘材料的选取和设计提供依据。
其次，研究环氧树脂复合材料在电磁波传播中的介电特性，对于电磁屏蔽和电磁波吸收材料的开发具有重要意义。
由于环氧树脂复合材料具有较低的介电常数和较高的介电强度，因此在电磁屏蔽和电磁波吸收领域有着广泛的应用前景。
环氧树脂材料热氧老化特性研究
2020年10月电工技术学报Vol.35 No. 20 第35卷第20期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Oct. 2020DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.191165环氧树脂材料热氧老化特性研究谢伟1杨征2,3程显2,3李文博2,3陈硕2,3（1. 国网河南省电力公司电力科学研究院郑州 4500012. 郑州大学电气工程学院郑州 4500013. 河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心郑州 450001）摘要随着以环氧树脂为主绝缘介质的电气设备的推广，环氧树脂的绝缘劣化问题受到广泛关注。
为研究环氧树脂在热积累作用下所产生的绝缘劣化问题，展开热氧老化试验研究。
结果表明：热质量损失率随老化时间均匀变化，可较好地预测使用寿命；局部放电量（PD）、介质损耗角正切值（tanδ）、相对介电常数（εr）均呈现分段式变化趋势，体积电阻（Ωr）仅在临近老化终点显著下降；醚键的大量断裂是导致材料绝缘失效的主要原因；环氧树脂随老化时间的增加，表面分裂形成颗粒状物质，裂隙增多，间距加大，为环氧树脂的绝缘状态监测提供参考。
关键词：环氧树脂绝缘参数热氧老化绝缘状态监测中图分类号：TM215Study on Thermo-Oxygen Aging Characteristics ofEpoxy Resin MaterialXie Wei1 Yang Zheng2,3 Cheng Xian2,3 Li Wenbo2,3 Chen Shuo2,3（1. Henan Engineering Research Center of Power Transmission & Distribution Equipment andElectrical Insulation Zhengzhou 450001 China2. School of Electrical Engineering Zhengzhou University Zhengzhou 450001 China3. State Grid Henan Electric Power Company Electric Power Research InstituteZhengzhou 450001 China）Abstract With the popularization of electrical equipment that uses epoxy resin as the main insulating medium, the insulation degradation of epoxy resin has been widely concerned. In order to study the insulation degradation caused by epoxy resin under thermal accumulation, thermal oxygen aging test was carried out. The results show that the thermal mass loss changes uniformly with aging time, and the service life can be predicted well. Partial discharge (PD), dielectric loss angle tangent (tanδ) and relative permittivity (εr) all show a piecewise trend, while the resistance (Ωr) only decreases significantly near the end of aging. Ether cleavage is the main cause of material insulation failure. As the aging time increases, the surface of the epoxy resin splits to form granular materials, the cracks increase, and the spacing increases, which provides a reference for insulation status monitoring of epoxy resin.Keywords：Epoxy resin, insulation parameters, thermo-oxidative aging, insulation condition monitoring国家自然科学基金（51977195）和中国博士后科学基金（2017M622370）资助项目。
环氧树脂的绝缘强度
环氧树脂的绝缘强度环氧树脂是一种常见的绝缘材料，具有较高的绝缘强度。
绝缘强度是指材料在电场作用下的抗电击穿能力，它是判断绝缘材料性能优劣的重要指标之一。
本文将详细介绍环氧树脂的绝缘强度，包括其定义、影响因素以及提高绝缘强度的方法。
一、绝缘强度的定义绝缘强度是指绝缘材料在一定工作电场下不发生击穿的电压强度。
它是评价绝缘材料绝缘性能的重要指标，通常用电场强度（单位是V/mm）来表示。
绝缘强度越高，说明材料的绝缘性能越好，能够有效阻止电流流过，避免电器设备发生故障。
二、环氧树脂绝缘强度的影响因素环氧树脂的绝缘强度受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1.材料纯度：纯度高的环氧树脂具有较好的绝缘性能，因为纯度越高，杂质和导电物质的含量越低，电流传导能力越差，绝缘强度也越高。
2.材料结构：环氧树脂分子结构的紧密程度和有机骨架的稳定性对绝缘强度有重要影响。
分子结构越紧密，有机骨架越稳定，电流在材料内部的传导能力越差，绝缘强度越高。
3.湿度：湿度对环氧树脂的绝缘强度有显著影响。
湿度增加会导致环氧树脂中的水分子与材料中的离子发生作用，形成导电通道，降低绝缘强度。
因此，在潮湿环境下使用环氧树脂时，绝缘强度会降低。
4.温度：温度对绝缘强度也有较大影响。
一般情况下，温度升高会导致绝缘强度下降。
这是因为温度升高会加速材料分子的热运动，增大电子的激发能量，使电子更容易从价带跃迁到导带，导致绝缘强度降低。
三、提高环氧树脂绝缘强度的方法为了提高环氧树脂的绝缘强度，可以采取以下措施：1.提高材料纯度：通过提高环氧树脂的纯度，降低杂质和导电物质的含量，可以有效提高绝缘强度。
2.优化材料结构：通过调整环氧树脂的分子结构和有机骨架的稳定性，增加分子之间的键合强度，可以提高绝缘强度。
3.防潮措施：在环氧树脂的加工和使用过程中，采取防潮措施，避免湿度对绝缘强度的影响。
4.降低温度：在使用环氧树脂的电器设备中，可以采取散热措施，降低设备的工作温度，从而提高环氧树脂的绝缘强度。
环氧树脂绝缘材料
环氧树脂绝缘材料环氧树脂是一种常用的绝缘材料，具有优异的绝缘性能和机械性能，被广泛应用于电气设备、电力系统、航空航天等领域。
本文将从环氧树脂绝缘材料的特性、应用领域和发展趋势等方面进行介绍。
首先，环氧树脂绝缘材料具有优异的绝缘性能。
环氧树脂本身是一种无色透明的固体，具有良好的绝缘性能和耐高温性能，可以在较宽的温度范围内保持稳定的绝缘性能。
此外，环氧树脂的介电常数和介电损耗角 tangent δ值较低，使其在电气设备中能够有效地减小电场集中，提高设备的绝缘性能。
其次，环氧树脂绝缘材料具有良好的机械性能。
环氧树脂在固化后形成了一种坚硬的材料，具有较高的机械强度和耐磨损性能，能够有效地保护电气设备的内部结构。
同时，环氧树脂的粘接性能和成型性能较好，可以根据实际需要进行成型加工，适用于不同形状和尺寸的绝缘构件制造。
环氧树脂绝缘材料广泛应用于电气设备、电力系统和航空航天等领域。
在电气设备中，环氧树脂绝缘材料常用于制造绝缘子、绝缘套管、绝缘板等绝缘构件，用于提高设备的绝缘性能和安全性能。
在电力系统中，环氧树脂绝缘材料被广泛应用于制造高压电缆、绝缘子、互感器等设备，用于提高电力系统的可靠性和稳定性。
在航空航天领域，环氧树脂绝缘材料常用于制造飞机电气设备、导航设备、通信设备等，用于提高航空航天设备的性能和可靠性。
随着电气设备和电力系统对绝缘材料性能要求的不断提高，环氧树脂绝缘材料的发展趋势主要体现在以下几个方面。
一是环氧树脂绝缘材料的研发将更加注重材料的耐高温性能、耐电弧性能和阻燃性能，以满足电气设备在高温、高压、高频等恶劣工况下的使用要求。
二是环氧树脂绝缘材料的生产工艺将更加注重材料的成型精度和表面质量，以满足电气设备对绝缘构件精度和表面光洁度的要求。
三是环氧树脂绝缘材料的应用将更加注重材料的环保性能和可再生利用性，以满足节能减排和循环利用的社会需求。
综上所述，环氧树脂绝缘材料具有优异的绝缘性能和机械性能，广泛应用于电气设备、电力系统和航空航天等领域。
环氧树脂绝缘件在电力设备中的应用
环氧树脂绝缘件在电力设备中的应用简述介绍了环氧树脂绝缘件的的物理、力学、电气和热性能等特性参数，以及简明扼要地对制作流程做了说明，并以断路器极柱为例对环氧树脂绝缘件在电力设备应用中的击穿机理和优化方案进行了详细分析，最后对环氧树脂绝缘件试验项目进行了叙述。
近些年，以环氧树脂为电介质的绝缘件在电力行业得到了普遍应用，比如在三相交流高压开关设备上用环氧树脂制造的套管、支撑绝缘子、触头盒、绝缘筒和极柱等，下面结合这些环氧树脂绝缘件在应用过程中出现的绝缘问题，谈一些我个人的看法。
1环氧树脂绝缘件的制作环氧树脂材料内聚力大，黏附力强，柔顺性好，具有优良的热固化性能和稳定的耐化学腐蚀性等一系列在有机绝缘材料中突出的优点，可通过环氧树脂浇注体系如自动环氧压力凝胶制造工艺(APG工艺)，真空浇注制成各种固体材料。
所制成的环氧树脂绝缘件由于机械强度高，耐电弧性强，致密性高，表面光洁，具有较好的耐寒性和具有良好的耐热性，良好的电气绝缘性能等优点，在电力行业应用很广，主要起到支撑和绝缘作用。
对于3.6——40.5kV环氧树脂绝缘件的物理、力学、电气和热性能如下表所示。
环氧树脂与添加物同时使用，以获得应用价值。
添加物可按不同用途加以选择，常用添加物有以下几类：①固化剂。
②改性剂。
③填料。
④稀释剂。
⑤其他。
其中固化剂是必不可少的添加物，无论是作黏接剂、涂料和浇注料都需添加固化剂，否则环氧树脂不能固化。
由于用途、性能和要求各不相同，对环氧树脂及固化剂、改性剂、填料及稀释剂等添加物也有不同的要求。
绝缘件在制造过程中如环氧树脂等原材料的质量、模具、装模、加热温度以及浇注压力、固化时间等都对绝缘件的成品质量有很大影响，因此，制造厂都有规范的工艺流程来保证绝缘件的质量控制。
2环氧树脂绝缘件的击穿机理和优化方案环氧树脂绝缘件是一种固体介质，固体击穿场强比液体和气体介质高。
固体介质击穿的特点是击穿场强与电压作用的时间有很大关系，一般来讲，作用时间t<1s的击穿为电击穿，作用时间1s≤t<几小时的击穿为热击穿，作用时间t≥几小时的击穿为电化学击穿。
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恶劣条件下电气设备用环氧树脂材料绝缘特性研究
恶劣条件下电气设备用环氧树脂材料绝缘特性研究
一、引言
电气设备是现代工业生产过程中不可或缺的组成部分。
然而，恶劣的工作环境和工作条件给电气设备的绝缘带来了巨大的挑战。
绝缘材料作为电气设备中的关键部件，其性能在恶劣条件下的表现尤为重要。
所以，研究恶劣条件下电气设备用环氧树脂材料的绝缘特性具有重要的意义。
二、恶劣条件对电气设备绝缘的挑战
恶劣条件包括高温、高湿、强机械冲击、高电压和辐射等。
这些条件对电气设备的绝缘材料提出了更高的要求，因为绝缘材料在这些条件下容易发生老化、破裂和损坏。
特别是在高温和高湿的环境下，绝缘材料容易被潮气侵蚀和高温热解。
三、环氧树脂材料在恶劣条件下的绝缘性能
环氧树脂材料是电气设备中常用的绝缘材料之一，因其高绝缘强度、低介电损耗和优异的耐热性能而备受青睐。
然而，在恶劣条件下，环氧树脂材料的绝缘性能受到挑战。
首先，高温会导致环氧树脂材料变硬，降低了其绝缘性能。
当环氧树脂材料暴露在高温环境中时，其分子间结构开始发生改变，导致材料的玻璃化转变温度和熔点上升。
这使得环氧树脂材料的绝缘强度和介电常数降低，从而影响了电气设备的绝缘可靠性。
其次，高湿度环境容易导致环氧树脂材料发生吸湿现象。
环氧树脂材料的分子结构中含有大量的羟基（-OH）基团，这些羟基基团会吸收周围的水分。
当环氧树脂材料吸湿后，其体积会发生膨胀，且封闭的电气设备中产生潮湿的环境，进一
步加速了环氧树脂材料的老化和破坏。
此外，恶劣条件下的机械冲击、高电压和辐射也会对环氧树脂材料的绝缘性能造成损害。
机械冲击会引起环氧树脂材料的微裂纹形成，从而导致漏电，使绝缘性能降低。
而高电压和辐射会导致树脂材料中的粒子或气泡激发起放电现象，使得绝缘材料内部发生热分解，进而引起断裂。
四、环氧树脂材料在改善绝缘特性方面的研究
为了改善环氧树脂材料在恶劣条件下的绝缘特性，研究者们进行了很多工作。
其中，添加纳米填料是一种常见的策略。
纳米填料可以增强绝缘材料的绝缘强度和抗老化性能，减轻温度和湿度的影响。
此外，改进环氧树脂材料的体系也是提高绝缘性能的关键。
通过改变环氧树脂的配方和改进其分子结构，可以增强其耐温性、耐湿性和抗辐射性。
最后，针对高温和高湿环境中的特殊需求，开发高温环氧树脂和防潮环氧树脂也是一种有效的改善绝缘特性的方法。
五、结论
恶劣条件下电气设备用环氧树脂材料的绝缘特性是电气设备可靠性的关键因素。
在高温、高湿、强机械冲击、高电压和辐射等恶劣条件下，环氧树脂材料易受到老化、破裂和损坏。
然而，通过添加纳米填料、改进材料体系和开发特殊环氧树脂，可以有效地提高其绝缘特性，提高电气设备的可靠性和安全性。
因此，对恶劣条件下电气设备用环氧树脂材料的绝缘特性进行研究具有重要意义，将有助于推动电气设备技术的发展和应用
综上所述，环氧树脂材料在恶劣条件下的绝缘特性是电气设备可靠性的关键因素。
恶劣条件下，环氧树脂材料易受到老化、破裂和损坏，影响电气设备的安全性和可靠性。
为了改善环氧树脂材料的绝缘特性，研究者们进行了广泛的研究和探索。
添加纳米填料可以增强材料的绝缘强度、抗老化性能，减轻温度和湿度的影响。
改进材料体系和分子结构也是提高绝缘性能的关键。
开发高温和防潮环氧树脂能够满足高温和高湿环境下的特殊需求。
因此，对恶劣条件下电气设备用环氧树脂材料的绝缘特性进行研究具有重要意义，有助于推动电气设备技术的发展和应用。