互感器用絕緣聚四氟乙烯薄膜的研制

周 飛 楊俊秋

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430050)

互感器用絕緣聚四氟乙烯薄膜的研制

周 飛 楊俊秋

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430050)

介紹了高性能絕緣用聚四氟乙烯薄膜的制備，該薄膜用于互感器層間及電磁線繞組的絕緣，也可用于高溫即耐熱環(huán)境要求高的絕緣場合,經(jīng)測試薄膜的電氣強(qiáng)度大于160kV/mm、拉伸強(qiáng)度大于60MPa、薄膜材料的分解溫度為385℃,各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足用戶的要求。

互感器；聚四氟乙烯薄膜；絕緣材料

互感器常用于向電能計(jì)量、測量、控制、繼電保護(hù)等提供電流電壓信號方面，其精度及可靠性與電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)，是電力系統(tǒng)中重要的高壓設(shè)備之一。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)傳輸容量不斷增大，電網(wǎng)運(yùn)行電壓等級越來越高，隨著電壓等級的不斷提高,互感器在制造上面臨著絕緣結(jié)構(gòu)難于滿足運(yùn)行要求的難題[1～3]。

眾所周知，聚四氟乙烯(PTFE)因其優(yōu)異的電性能(屬C類絕緣材料)，耐化學(xué)腐蝕性，耐候性，一定的力學(xué)性能和超乎尋常的熱穩(wěn)定性，超廣的耐溫性能(長期使用工作溫度-150℃～+260℃)等，在電子電器、電線電纜、絕緣領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。PTFE薄膜能應(yīng)用在互感器繞組銅箔之間,通過薄膜的絕緣和粘接,提高互感器的絕緣等級,減少了互感器的層間間隙并能增強(qiáng)互感器的機(jī)械強(qiáng)度，此外, PTFE薄膜亦可用于干式變壓器、電容器、電器儀表等的層間襯墊絕緣和耐熱電磁鐵、安裝線、耐熱導(dǎo)線的絕緣，具有十分廣闊的市場前景[4,5]。互感器絕緣用聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的制備方法及性能研究也受到國內(nèi)外眾多科研工作者和加工企業(yè)的重視，本文通過試驗(yàn)并對實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行獲得的PTFE薄膜制備方法進(jìn)行了研究。

1 PTFE薄膜的制備

1.1 樹脂的選擇

用于加工互感器絕緣的聚四氟乙烯薄膜樹脂應(yīng)選用分子質(zhì)量分布均勻、結(jié)晶度高的懸浮樹脂，結(jié)晶度一般選98%以上，分子質(zhì)量在107～109，樹脂顆粒粒徑為30μm左右，采用此種規(guī)格的PTFE原料，制備的互感器絕緣用聚四氟乙烯薄膜才會有優(yōu)良的物理性能和優(yōu)異的電性能。通過試驗(yàn)篩選，山東東岳高分子材料有限公司生產(chǎn)的DF―16A和浙江巨圣氟化學(xué)有限公司生產(chǎn)的JF- 4TM的樹脂適合加工互感器絕緣用聚四氟乙烯薄膜。

1.2 PTFE薄膜的生產(chǎn)工藝

互感器絕緣用聚四氟乙烯薄膜的生產(chǎn)工藝如圖1所示。

圖1 互感器絕緣用聚四氟乙烯薄膜的生產(chǎn)工藝流程圖

(1)PTFE原料的預(yù)處理

將PTFE懸浮細(xì)料樹脂放入20℃～23℃的恒溫室中靜至24小時(shí)進(jìn)行預(yù)處理。

(2)搗料過篩

將預(yù)處理后的PTFE懸浮細(xì)料樹脂經(jīng)搗料機(jī)搗碎過篩，使樹脂松散利于模壓加工。

(3)模壓

采用冷壓工藝法，將10000gPTFE懸浮細(xì)料樹脂加入到模具中，在100噸自動(dòng)壓力機(jī)上，按20MPpa的成型單壓進(jìn)行壓胚，壓制中注意排氣，避免胚料炸裂。

(4)燒結(jié)

將壓制好的制品胚件放入高溫?zé)Y(jié)爐，以50℃/h 的速率升溫至330℃，保溫3h，然后以30℃/h 的速率升溫至380℃左右，保溫10～14h， 再以30～40℃/h 的速率降溫至320℃后，保溫3～4h，最后以50℃/h 的速率降溫至150℃后，關(guān)電自然冷卻至室溫，取出產(chǎn)品。

(5)旋切加工成薄膜

將燒結(jié)好的制品胚件用專用車床旋切加工成薄膜胚件。薄膜胚件為0.2mm×255mm×300m(厚度×寬度×長度)。

(6)壓延定向

將旋切加工好的定向胚件，經(jīng)熱輥定向壓延機(jī)加工(見圖2)成為定向度為1.8～2.0，厚度為0.1mm的定向薄膜，熱輥溫度控制在150℃～180℃左右。

(7)分切

將厚度為0.1mm的定向薄膜用專用分切機(jī)加工成為0.1mm×35mm×450～500m(厚度×寬度×長度)的互感器絕緣用聚四氟乙烯薄膜。

(8)檢驗(yàn)包裝

加工好的互感器絕緣用聚四氟乙烯薄膜，抽樣進(jìn)行內(nèi)在性能檢驗(yàn)，同時(shí)對該薄膜進(jìn)行外觀和尺寸檢驗(yàn)，將檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品，用PVC薄膜袋進(jìn)行包裝，附上檢驗(yàn)合格證。

圖2 熱輥定向壓延機(jī)加工PTFE薄膜

2 PTFE薄膜的性能檢驗(yàn)

2.1 測試方法和測試設(shè)備

(1)拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率按GB/T 13022-1991標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，在深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CMT 8502 型電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試, 拉伸速度為100mm/min, 試驗(yàn)溫度為(23℃±2℃), 每種材料至少取5個(gè)樣，取平均值。

(2)直流擊穿電壓強(qiáng)度按GJB5344-2004標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，在HZXC-Ⅱ全自動(dòng)變壓器上進(jìn)行測試，試驗(yàn)電極用黃銅材料制造，上電極尺寸φ25mm×50 mm，下電極尺寸φ75mm×30 mm，試驗(yàn)時(shí)，電壓從零開始，電壓以1kV/s的速度平穩(wěn)升高。共測10點(diǎn)，取其平均值。

(3)1MHz下介質(zhì)損耗因素按GB/T 1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的測試方法進(jìn)行測試。

(4)1MHz下相對介電常數(shù)按GB/T 1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的測試方法進(jìn)行測試。

(5)體積電阻率按GB/T 1410-1989標(biāo)準(zhǔn)的測試方法進(jìn)行測試。

2.2 PTFE薄膜的性能指標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)以不同定向度[6](定向度-材料的取向程度，其數(shù)值為加熱前和加熱后薄膜試樣長度之比)的PTFE薄膜與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)相比，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、直流擊穿電壓強(qiáng)度等性能如表1所示。

3 結(jié)果與討論

相對于不定向的普通薄膜而言，互感器絕緣用PTFE薄膜(定向度為1.8～2.0)，有著如下突出特點(diǎn)：

(1)薄膜的力學(xué)性能，為了增強(qiáng)互感器的機(jī)械強(qiáng)度,對薄膜的物理機(jī)械性能也有一定的要求，測試結(jié)果如表1所示，由表1可見,薄膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)值,顯示出互感器絕緣用PTFE薄膜優(yōu)良的物理機(jī)械性能。

(2)薄膜的電氣性能，作為互感器的層間絕緣材料,指標(biāo)要求絕緣層薄膜的直流擊穿電壓強(qiáng)度不得低于120kV/mm, 由測試結(jié)果表1可見,測得薄膜的強(qiáng)度達(dá)到166.6kV/mm，高于標(biāo)準(zhǔn)的要求，其他如介質(zhì)損耗因素、相對介電常數(shù)、體積電阻率等各項(xiàng)也都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 不同定向度的PTFE薄膜與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)性能對比

(3)薄膜的熱性能，用于互感器絕緣的材料,薄膜的耐熱性是個(gè)非常重要的指標(biāo)。氟塑料有著超乎尋常的熱穩(wěn)定性，薄膜材料的分解溫度為385℃,使得PTFE薄膜能適應(yīng)150℃～260℃的高溫環(huán)境，從而大大提高了該類絕緣材料的使用范圍[7,8]。

4 結(jié) 語

互感器用絕緣PTFE薄膜(定向度為1.8～2.0)是一種新型的互感器層間絕緣膜,薄膜的電氣強(qiáng)度大于160kV/mm，拉伸強(qiáng)度大于60MPa，薄膜材料的分解溫度為385℃,各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到要求。此外,它亦可用于重要儀表儀器的絕緣，干式變壓器、電器儀表、電容器等的層間襯墊絕緣和耐熱電磁鐵、耐熱導(dǎo)線、安裝線的絕緣。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)傳輸容量不斷增大，必會迎來更加廣闊的發(fā)展前景。

1 張建超，劉曉波，張飛，等.電子式高壓電力互感器的發(fā)展現(xiàn)狀及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].高壓電器，2009(8):106-110.

2 陳月輝，王錦成,王繼虎，等.互感器用絕緣復(fù)合膜的研制[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004(6):114-116.

3 任曉，方春恩，李偉，等.35kV電子式電流互感器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電工電氣，2012(4):21-24.

4 郭昱延，李衛(wèi)國，楊鑫，等. 3種聚合物薄膜拉伸狀態(tài)下的絕緣強(qiáng)度研究[J].絕緣材料，2012(4):53-59.

5 孫德，李冰冰，許振良.PTFE一PDMS/PET復(fù)合膜制備及其滲透汽化性能[J].膜科學(xué)與技術(shù),2013(6):39-43.

6 李捷，王成，劉培杰，等.PTFE/玻纖膜結(jié)構(gòu)材料拉伸性能研究[J].高科技纖維與應(yīng)用，2013(2):48-52.

7 劉慈軍，詹小軍.聚四氟乙烯襯里工藝及其應(yīng)用[J].化工裝備技術(shù)，2012(10)61-63.

8 黃慶林，肖長發(fā)，胡曉宇，等.聚四氟乙烯膜的制備及性能[J].高分子材料科學(xué)與工程，2010(5):123-126.

(責(zé)任編輯：譚銀元)

Development of Insulating PTFE Film Used on Transformers

ZHOU Fei，YANG Jun-qiu

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China)

This paper introduces the development of a high-performance insulating PTFE film, which is mainly used for the interlayer adhesion of transformer and the insulation of electromagnetic winding wires, and also exhibits excellent insulating properties with high temperature. TGA test shows that the electrical strength of the film is more than 160kV/mm and its tensile strength is greater than 60 MPa. The film’s heat decomposition temperature is 385℃. All properties of the new-type film can satisfy the requirements of users.

transformer; PTFE film; insulating materials

2016-10-11

周飛,男，講師，主要從事材料科學(xué)與工程等方面的教學(xué)和科研工作。

TM55

A

1671-8100(2017)01-0025-03