电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置及试样制作方法.pdf

《电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置及试样制作方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置及试样制作方法.pdf（9页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010255785.2 (22)申请日 2020.04.02 (71)申请人 西安交通大学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 彭阳涛魏孙佳星徐曼 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 郭瑶 (51)Int.Cl. G01R 31/12(2006.01) G01R 31/20(2006.01) G01R 1/02(2006.01) G01R 1/04(2006.01) (54)发明名称 电缆附件用硅橡胶材料的电。

2、树枝试验装置 及试样制作方法 (57)摘要 电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置 及试样制作方法， 将半导电硅橡胶加入到二甲苯 中， 然后在硅橡胶绝缘样片表面喷洒， 固化， 然后 裁剪为纵截面端部呈三角形的高压电极， 然后将 高压电极粘贴在硅橡胶绝缘样片表面， 高温硫 化， 得到压电极硅橡胶样片； 将压电极硅橡胶样 片放入模具中， 注胶， 高温硫化， 得到试样； 然后 在距离高压电极尖端2mm处裁剪， 在截面处粘贴 平板结构地电极即可。 采用本发明的试样在大机 械形变下高压电极尖端不会出现气隙与裂纹。 而 且， 实际电缆附件中电树枝通常由半导电向绝缘 部分发展， 半导电材料作为高压电极与电缆附。

3、件 实际工作工况更加相似。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 111308294 A 2020.06.19 CN 111308294 A 1.电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置， 其特征在于， 绝缘油浴槽(20)、 电源线、 数字显微成像系统以及用于对电树枝试验试样进行拉伸的拉伸试验装置(30)； 其中， 数字显微成像系统包括显微镜头(51)、 冷光源(52)和计算机(53)； 显微镜头(51) 设置在拉伸试验装置(30)上方， 并与计算机(53)相连； 冷光源(52)设置在绝缘油浴槽(20) 下方； 电源线包括高压电源线(41)和接地线(42)两部分， 高压电源线(41)一端与高。

4、压电源连 接， 另一端与电树枝试验试样的电高压电极相连， 接地线(42)一端接地， 另一端与电树枝试 验试样的地电极相连； 拉伸试验装置(30)设置在绝缘油浴槽(20)内； 拉伸试验装置(30)包括对称设置的两个拉伸件， 每个拉伸件包括运动螺杆(31)、 调节 螺母(32)、 立板(33)以及滑块； 立板(33)竖直设置， 运动螺杆(31)一端穿过滑块， 另一端穿 过立板(33)， 并且穿出立板(33)的运动螺杆(31)上设置有调节螺母(32)； 立板(33)通过支杆(34)相连， 滑块位于两个拉伸件的立板(33)之间。 2.根据权利要求1所述的电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置， 其特征在。

5、于， 拉伸 试验装置(30)的材质为绝缘材料， 运动螺杆(31)的材质为硬质有机玻璃， 调节螺母(32)的 材质为尼龙， 立板(33)与支杆(34)的材质为环氧树脂。 3.根据权利要求1所述的电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置， 其特征在于， 滑块 包括固定螺栓(351)、 上滑块(352)和下滑块(353)， 上滑块(352)设置在下滑块(353)上， 并 且上滑块(352)和下滑块(353)通过固定螺栓(351)固定， 运动螺杆(31)穿过下滑块(353)， 并与下滑块(353)固定。 4.根据权利要求3所述的电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置， 其特征在于， 上滑 块(352)底部设。

6、置有矩形突起， 下滑块(353)顶部设置有矩形凹槽， 矩形凹槽与矩形凸起相 匹配； 两个立板(33)平行设置， 两个立板(33)之间通过立杆(34)相连， 两个滑块设置在两个 立板(33)之间。 5.根据权利要求1所述的电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置， 其特征在于， 绝缘 油浴槽(20)为上部开口的长方体状空腔， 空腔底部开设有通孔， 通孔处设置有透明无机玻 璃， 冷光源(52)设置在透明无机玻璃下方。 6.电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验试样的制作方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 1)将半导电硅橡胶加入到二甲苯中， 搅拌均匀， 然后在硅橡胶绝缘样片表面均匀喷洒， 然后固化， 得到表。

7、面覆有半导电涂层的样片； 2)将表面覆有半导电涂层的样片裁剪为纵截面端部呈三角形的高压电极， 然后将高压 电极粘贴在硅橡胶绝缘样片表面， 高温硫化， 得到粘有高压电极的硅橡胶样片； 3)将粘有高压电极的硅橡胶样片放入模具中， 注胶， 高温硫化， 得到试样； 然后在距离 高压电极尖端2mm处裁剪， 在截面处粘贴平板结构地电极， 得到电缆附件用硅橡胶材料的电 树枝试验试样。 7.根据权利要求6所述的电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验试样的制作方法， 其特 征在于， 步骤1)和2)中， 硅橡胶绝缘样片通过以下过程制得： 将高温硫化液体硅橡胶按质量 比1： 1将A组分和B组分进行混合， 然后注入模具中，。

8、 然后在175下高温硫化30min， 得到硅 橡胶绝缘样片。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111308294 A 2 8.根据权利要求6所述的电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验试样的制作方法， 其特 征在于， 步骤1)中， 半导电硅橡胶与二甲苯的质量比为1： 12， 固化的温度为175， 时间为 30min； 半导电涂层的厚度为10-15 m。 9.根据权利要求6所述的电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验试样的制作方法， 其特 征在于， 步骤2)中， 三角形顶角的夹角为30 ， 采用高温硫化液体硅橡胶粘贴。 10.根据权利要求6所述的电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验试样的制作方法， 其特 征在。

9、于， 步骤2)与3)中， 高温硫化的温度为175， 时间为30min。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111308294 A 3 电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置及试样制作方法 技术领域 0001 本发明涉及电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置及试样制作方法， 属于绝缘 材料耐电树枝性能研究技术领域。 背景技术 0002 随着我国高压电力电缆及附件生产技术的日趋成熟， 高压电缆逐渐取代架空线路 成为城市内电力输送的主要通道， 电缆附件的用量也随之增加。 电缆附件是电力系统最脆 弱的环节， 70的电力系统故障都是由于电缆附件故障引起， 主流观点认为附件内部产生 电树枝是电缆附件故障的主要。

10、原因。 目前电缆附件的安装多采用预制式结构， 硅橡胶以优 异的机械性能和电性能成为预制式电缆附件的主要材料。 预制式附件在设计过程中会设置 一定的过盈量， 确保运行过程中电缆本体与附件之间的接触面具有足够的界面压力。 这导 致电缆附近在运行过程中长期承受热、 电和较大机械应力等因素的影响， 在较长运行时间 后会导致硅橡胶材料内部交联结构破坏， 发生材料降解出现弱区， 继而可能引发电树枝并 导致电缆附件发生击穿故障。 因此， 对机械应力作用下电缆附件的电树枝特性研究有明确 的实际意义。 0003 现有技术在研究绝缘材料电树枝试验过程中采用拉伸装置， 通过调节螺栓， 对压 件杆施加压力， 将试样端。

11、部固定在凹槽内。 这种压杆结构在固定试样存在明显的缺陷， 压杆 会在螺栓紧固过程中转动， 并带动凹槽中的试样运动， 导致试样左右两侧长度不同， 形变后 应力分布不均， 试样表面出现褶皱， 影响试验结果。 并且受凹槽尺寸和压件杆体积影响， 装 置适合固定厚度较薄的片状试样， 但是电树枝试样为保证电树引发区域电场均匀， 需要地 电极宽度足够， 导致电树枝试样厚度较厚， 不易放入凹槽之内固定。 0004 在电树枝试验试样方面， 目前广泛采用钢针制做而成的针-板电极结构试样。 由于 硅橡胶材料属于超弹性材料， 且抗撕裂强度低， 钢针作为高压电极在大机械形变作用下， 针 尖处极易产生裂纹与气隙， 甚至从。

12、针尖位置撕裂试样， 严重影响试验结果。 个别研究者采用 钢针制成针-板电极结构的硅橡胶试样， 研究了压缩力作用下和拉伸形变下硅橡胶电树枝 的引发与生长特性， 但是其拉伸比例最大为30， 远低于常见高压电缆附件45左右的扩 径率， 无法反映电缆附件实际形变尺寸下的电树枝特性， 并且难以实现大机械形变的测试。 发明内容 0005 为克服现有技术中的问题， 本发明的目的是提供电缆附件用硅橡胶材料的电树枝 试验装置及试样制作方法。 0006 为实现上述目的， 本发明采用如下的技术方案： 0007 电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置， 绝缘油浴槽、 电源线、 数字显微成像系 统以及用于对电树枝试验试样。

13、进行拉伸的拉伸试验装置； 0008 其中， 数字显微成像系统包括显微镜头、 冷光源和计算机； 显微镜头设置在拉伸试 验装置上方， 并与计算机相连； 冷光源设置在绝缘油浴槽下方； 说明书 1/5 页 4 CN 111308294 A 4 0009 电源线包括高压电源线和接地线两部分， 高压电源线一端与高压电源连接， 另一 端与电树枝试验试样的电高压电极相连， 接地线一端接地， 另一端与电树枝试验试样的地 电极相连； 0010 拉伸试验装置设置在绝缘油浴槽内； 0011 拉伸试验装置包括对称设置的两个拉伸件， 每个拉伸件包括运动螺杆、 调节螺母、 立板以及滑块； 立板竖直设置， 运动螺杆一端穿过滑。

14、块， 另一端穿过立板， 并且穿出立板的 运动螺杆上设置有调节螺母； 0012 立板通过支杆相连， 滑块位于两个拉伸件的立板之间。 0013 本发明进一步的改进在于， 拉伸试验装置的材质为绝缘材料， 运动螺杆的材质为 硬质有机玻璃， 调节螺母的材质为尼龙， 立板与支杆的材质为环氧树脂。 0014 本发明进一步的改进在于， 滑块包括固定螺栓、 上滑块和下滑块， 上滑块设置在下 滑块上， 并且上滑块和下滑块通过固定螺栓固定， 运动螺杆穿过下滑块， 并与下滑块固定。 0015 本发明进一步的改进在于， 上滑块底部设置有矩形突起， 下滑块顶部设置有矩形 凹槽， 矩形凹槽与矩形凸起相匹配； 两个立板平行设。

15、置， 两个立板之间通过立杆相连， 两个 滑块设置在两个立板之间。 0016 本发明进一步的改进在于， 绝缘油浴槽为上部开口的长方体状空腔， 空腔底部开 设有通孔， 通孔处设置有透明无机玻璃， 冷光源设置在透明无机玻璃下方。 0017 电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验试样的制作方法， 包括以下步骤： 0018 1)将半导电硅橡胶加入到二甲苯中， 搅拌均匀， 然后在硅橡胶绝缘样片表面均匀 喷洒， 然后固化， 得到表面覆有半导电涂层的样片； 0019 2)将表面覆有半导电涂层的样片裁剪为纵截面端部呈三角形的高压电极， 然后将 高压电极粘贴在硅橡胶绝缘样片表面， 高温硫化， 得到粘有高压电极的硅橡胶样。

16、片； 0020 3)将粘有高压电极的硅橡胶样片放入模具中， 注胶， 高温硫化， 得到试样； 然后在 距离高压电极尖端2mm处裁剪， 在截面处粘贴平板结构地电极， 得到电缆附件用硅橡胶材料 的电树枝试验试样。 0021 本发明进一步的改进在于， 步骤1)和2)中， 硅橡胶绝缘样片通过以下过程制得： 将 高温硫化液体硅橡胶按质量比1： 1将A组分和B组分进行混合， 然后注入模具中， 然后在175 下高温硫化30min， 得到硅橡胶绝缘样片。 0022 本发明进一步的改进在于， 步骤1)中， 半导电硅橡胶与二甲苯的质量比为1： 12， 固 化的温度为175， 时间为30min； 半导电涂层的厚度为1。

17、0-15 m。 0023 本发明进一步的改进在于， 步骤2)中， 三角形顶角的夹角为30 ， 采用高温硫化液 体硅橡胶粘贴。 0024 本发明进一步的改进在于， 步骤2)与3)中， 高温硫化的温度为175， 时间为 30min。 0025 与现有技术相比， 本发明具有的有益效果： 0026 本发明中通过将滑块设置为上滑块和下滑块， 适用不同厚度的试样的夹持， 对厚 度较厚的试样也可以施加0125的形变， 形变范围可以覆盖实际电缆附件大约45的形 变量， 能够研究硅橡胶试样在较大机械形变范围内的电树枝特性。 上滑块352和下滑块353 之间的间距方便调节， 对试样厚度要求较低， 试样加持方便， 。

18、可以很好的应用在厚度较厚的 说明书 2/5 页 5 CN 111308294 A 5 电树枝试样。 0027 进一步的， 上滑块的矩形突起可以嵌入下滑块的矩形凹槽， 并通过紧固螺栓将上 下滑块固定在一起， 可以极大的增强上滑块和下滑块之间的配合， 增加电树枝试样在滑块 间的摩擦力， 防止拉伸形变过程中试样发生滑移。 0028 本发明所采用的试样， 不仅可以在机械形变尺度上可以达到电缆附件实际形变， 电极材料也与实际电缆附件电树枝引发材料一致， 且电极形状可以精准控制， 可以很好的 模拟实际电缆附件在机械应力作用下的电树枝引发与生长过程。 0029 本发明所得半导电电极形状可以精准控制， 不会因。

19、高压胶枪注胶过程中产生巨大 压力而变形。 高压电极尖端的材料为一次性模压硫化成型， 与实际电缆附件生产工艺一致。 所得的半导电高压电极电树枝试样在承受较大机械形变过程中， 高压电极与硅橡胶绝缘材 料同步变化， 不会出现导电电极与绝缘材料分离产生气泡和裂纹的问题。 本发明可以得到 大机械形变具有半导电电极的电树枝试样， 配合改进后的绝缘拉伸试验装置对电树枝试样 提供较大机械形变， 可以很好的模拟实际高压电缆附件在扩径作用下的电树枝引发与生长 过程， 解决目前现有技术中的问题。 0030 进一步的， 运动螺杆上开设有螺纹， 转动调节螺母即可控制运动螺杆的运动， 从而 改变滑块的位置， 实现电树枝试。

20、样的机械形变。 两个立板和四根支杆34支撑和固定作用， 使 得滑块可以沿着支杆水平运动， 两个立板之间必须严格保持平行， 保证试样拉伸过程中尽 可能平整。 附图说明 0031 图1为拉伸试验装置的结构示意图。 0032 图2为本发明的电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置的结构示意图。 0033 图中， 20为绝缘油浴槽， 30为拉伸试验装置； 0034 31为运动螺杆， 32调节螺母， 33为立板， 34为支杆， 351为固定螺栓、 352为上滑块， 353为下滑块， 36为电树枝试样， 0035 41为高压电源线， 42为接地线； 0036 51为显微镜头， 52为冷光源， 53为计算机。 。

21、具体实施方式 0037 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行详细描 述。 所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例， 并非全部实施例。 基于本发明中的实施 例， 本领域内研究人员在未做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发 明保护的范围。 0038 参见图1和图2， 本发明提供的一种电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验装置， 包 括： 绝缘油浴槽20， 拉伸试验装置30， 电源线以及数字显微成像系统。 0039 其中， 数字显微成像系统， 用于实时监测电树枝试样36的引发与生长过程， 主要包 括显微镜头51、 冷光源52和计算机53； 其中， 并且显微镜头。

22、51设置在拉伸试验装置30上方， 用于监测电树枝试样36， 并与计算机53相连。 0040 电源线包括高压电源线41和接地线42两部分， 高压电源线41用以连接高压电源和 说明书 3/5 页 6 CN 111308294 A 6 电树枝试样36的尖锥形半导电高压电极， 接地线42连接至电树枝试样36的平板形地电极。 0041 绝缘油浴槽20整体由环氧材料制成， 绝缘油浴槽20为上部开口的长方体状空腔， 空腔底部中心处开设有通孔， 通孔处设置有与通孔等大的圆形透明无机玻璃， 圆形透明无 机玻璃下方设置有冷光源52， 冷光源52的光线能通过透明无机玻璃进入绝缘油浴槽20内， 照射在电树枝试样36上。

23、。 0042 拉伸试验装置30设置在绝缘油浴槽20内。 0043 参见图1， 拉伸试验装置30包括对称设置的两个拉伸件， 每个拉伸件包括一个运动 螺杆31、 一个调节螺母32、 一块立板33、 一根支杆34、 一个滑块， 整个拉伸试验装置30采用绝 缘材料制作。 0044 每个立板33竖直设置， 两个立板33平行设置， 两个立板33之间通过4根立杆34相 连， 两个滑块设置在两个立板33之间， 运动螺杆31一端穿过滑块， 另一端穿过立板33， 并且 穿出立板33的运动螺杆31上设置有调节螺母32。 0045 同样的， 另一根运动螺杆31一端穿过另一个滑块， 另一端穿过另一个立板33， 并且 穿。

24、出立板33的运动螺杆31上设置有调节螺母32。 本发明是对称设置的结构。 0046 每个滑块包括固定螺栓351、 上滑块352和下滑块353， 上滑块352设置在下滑块353 上， 并且上滑块352和下滑块353通过固定螺栓351固定在一起， 运动螺杆31穿过下滑块353， 并与下滑块353固定在一起。 0047 上滑块352和下滑块353用以夹持电树枝试样36， 上滑块352底部设置有矩形突起， 下滑块353顶部设置有矩形凹槽， 矩形凹槽与矩形凸起相匹配。 上滑块352的矩形突起可以 嵌入下滑块353的矩形凹槽， 并通过紧固螺栓351将上下滑块固定在一起， 可以极大的增强 上滑块352和下滑。

25、块353之间的配合， 增加电树枝试样36在滑块间的摩擦力， 防止拉伸形变 过程中试样发生滑移， 对厚度较厚的试样也可以施加0125的形变， 形变范围可以覆盖 实际电缆附件大约45的形变量， 能够研究硅橡胶试样在较大机械形变范围内的电树枝特 性。 上滑块352和下滑块353之间的间距方便调节， 对试样厚度要求较低， 试样加持方便， 可 以很好的应用在厚度较厚的电树枝试样。 0048 运动螺杆31采用硬质有机玻璃制成； 调节螺母32由尼龙制成； 立板33、 支杆34由环 氧树脂制成； 0049 运动螺杆31上开设有螺纹， 转动调节螺母32即可控制运动螺杆31的运动， 从而改 变滑块的位置， 实现电。

26、树枝试样36的机械形变。 两个立板33和四根支杆34起支撑和固定作 用， 使得滑块可以沿着支杆34水平运动， 两个立板33之间必须严格保持平行， 保证试样拉伸 过程中尽可能平整。 0050 一种电缆附件用硅橡胶材料的电树枝试验试样的制备方法， 步骤如下： 0051 1)首先将高温硫化液体硅橡胶按质量比1： 1将A组分和B组分进行混合， 然后采用 高压去除泡后通过高压胶枪注入长方形模具中， 模具内部设置有一个空腔， 空腔的高度为 1mm， 然后在175高温硫化30min后自然冷却， 得到两个1mm厚的硅橡胶绝缘样片。 0052 2)将半导电硅橡胶加入到二甲苯中， 进行稀释， 半导电硅橡胶与二甲苯。

27、的质量比 为1： 12， 搅拌均匀， 然后注入高压喷雾枪中， 在1mm厚的硅橡胶绝缘样片单侧表面均匀喷洒， 然后在175下硫化30min固化， 自然冷却至室温， 在1mm厚的硅橡胶绝缘样片单侧表面形成 涂层， 得到单侧表面覆有半导电涂层的样片， 半导电涂层的厚度为10-15 m。 说明书 4/5 页 7 CN 111308294 A 7 0053 3)将表面覆有半导电涂层的样片裁剪为纵截面端部呈三角形的尖锥状高压电极， 纵截面上部为三角形， 三角形顶角的夹角为30 ， 在没有半导电涂层的样片表面(即与覆有 半导电涂层相对的样片的另一面)涂抹高温硫化液体硅橡胶， 按质量比1： 1将A组分和B组分。

28、 混合均匀， 粘贴在1mm厚的硅橡胶绝缘样片表面， 在175下高温硫化30min， 固定尖锥形高 压电极， 得到粘有高压电极的硅橡胶样片。 0054 4)将粘有高压电极的硅橡胶样片放入4mm厚的模具中， 用高压胶枪注胶， 并于175 下高温加热30min， 自然冷却至室温， 得到试样； 然后对试样进行裁剪， 在距离高压电极尖 端2mm处裁剪， 在截面处粘贴平板结构地电极， 可以采用铜箔或者导电胶制作平板电极， 得 到电树枝试样36。 0055 测试方法： 0056 将电树枝试样36两端分别放在拉伸试验装置30的上滑块和下滑块之间， 紧固固定 螺栓351， 防止电树枝试样36在拉伸过程中发生滑移。

29、。 0057 转动调节螺母32调整电树枝试样36处于自然伸展状态， 测量两个滑块之间的试样 长度。 0058 拉伸比例设置范围0、 15、 30、 45、 60、 75， 参考电缆附件(常见45扩 径率)， 转动调节螺母32， 调整两个滑块间距， 使试样达到对应拉伸比例。 0059 将装载好的电树枝试样36的拉伸试验装置30装放入绝缘油浴槽20中， 倒入硅油至 油面浸没电树枝试样36， 保证试验试样不会发生沿面闪络， 并且可以通过硅油弥补拉伸试 验装置30表面缺陷， 防止表面损伤和缺陷对观察结果造成干扰。 0060 接通高压电源线41(高压电源线41用以连接高压电源和电树枝试样36的尖锥形半 。

30、导电高压电极)和接地线42， 开始升压进行试验， 并通过数字显微摄像系统连续记录试验结 果。 0061 从数字显微摄像系统的实时监测可以看出电树枝的引发与生长过程， 比如电树起 树过程， 电树生长形态， 以及试样是否被击穿。 0062 本发明为了解决高压电缆附件用高温硫化液体硅橡胶厚度较后时大机械形变施 加问题， 及大机械形变下针-板结构电树枝试验技术中针尖处会产生气隙和裂纹干扰试验 结果的问题。 根据相关电缆附件事故分析报告， 电缆附件电树枝通常生长于半导电结构与 绝缘层的界面处， 由半导电表面微观缺陷引发， 向绝缘层进行生长， 采用本发明的试样以及 实验装置， 不仅可以在机械形变尺度上可以达到电缆附件实际形变， 电极材料也与实际电 缆附件电树枝引发材料一致， 且电极形状可以精准控制， 可以很好的模拟实际电缆附件在 机械应力作用下的电树枝引发与生长过程。 本发明能够实现大机械形变下实时观测高压电 缆附件硅橡胶材料电树枝引发与生长过程。 说明书 5/5 页 8 CN 111308294 A 8 图1 图2 说明书附图 1/1 页 9 CN 111308294 A 9 。