復合絕緣子傘套硅橡膠陷阱電荷量和陷阱能級的熱刺激電流測試方法目次范圍 1規范性引用文件 1術語和定義 1熱刺激電流測試裝置 2試樣準備和測量步驟 3熱刺激電流設備校驗 5試驗報告 6附錄A（資料性附錄） 測試參數選取建議 8附錄B（資料性附錄） 測量報告實例 12I復合絕緣子傘套硅橡膠陷阱電荷量和陷阱能級的熱刺激電流測試方法范圍本標準規定了電力工程中使用熱刺激電流法測試高海拔地區復合絕緣子傘套硅橡膠材料陷阱電荷量和陷阱能級的術語和定義、熱刺激電流測量裝置、測試步驟、設備校驗和試驗報告等內容。的測量。規范性引用文件凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T16927.1 1部分：一般定義及試驗要求GB/T195191000V方法及接收準則GB/T22079標稱電壓高于1000V使用的戶內和戶外聚合物絕緣子一般定義、試驗方法和接收準則DL/T626 劣化懸式絕緣子檢測規程DL/T741 架空輸電線路運行規程DL/T810±500kV及以上電壓等級直流棒形懸式復合絕緣子技術條件DL/T1000.3標稱電壓高于1000V交流架空線路用復合絕緣子使用導則第3部分：交流系統用棒形懸式復合絕緣子術語和定義GB/T16927.1、GB/T19519、GB/T22079、DL/T626、DL/T741、DL/T810和DL/T1000.3界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1熱刺激電流以熱能作為活化能，在不同溫度下激發電介質中的空間電荷形成的微電流，稱為熱刺激電流。3.2熱刺激電流法測試并獲得熱刺激電流的方法。3.3空間電荷材料中積聚的電荷。13.4陷阱陷阱是能夠對電荷產生束縛作用的定域態或局域態。3.5陷阱電荷量被陷阱捕獲的電荷總量。3.6陷阱能級雜質或缺陷在聚合物的禁帶中入陷所構成陷阱的能級。熱刺激電流測試裝置概述免加壓時發生閃絡，可加入真空系統。測試系統結構如圖1所示。熱刺激電流測試裝置 b)電極結圖1熱刺激電流測試裝置示意圖直流加壓系統0kV~20.0kV，精度0.1kV。溫控系統溫控系統維持加壓時樣品的溫度以及降溫和升溫過程中樣品變溫速率，溫度范圍-150.0℃~200.0℃，精度0.1K，降溫速率可達到10.0K/min，升溫速率可控制在0.1K/min~10.0K/min范圍內。監測和采集系統110-14A。測試腔體2測試腔體為測試提供相對穩定的測試環境，可選擇干燥或真空環境。試樣準備和測量步驟試樣準備取樣位置3片或以上片數樣品，且每組樣品必須包含傘裙上下表面的部分。試樣尺寸試樣的面積應與測量設備的有效范圍相匹配，厚度宜小于2mm，試樣表面應平整、厚度均勻，應保證試樣表面和電極的緊密接觸。試樣表面處理樣的中間位置。測試環境的要求直流電源，監測和采集系統應在0℃～40℃之間的環境范圍中進行使用和測試。測量原理及步驟測量原理熱刺激電流法利用熱能作為活化能，在不同溫度下激發電介質中的空間電荷形成微電流，由陷阱能級可以判斷電介質材料性能的變化。（加壓溫度樣施加作用電壓U0化曲線如圖2所示。3圖2熱刺激電流測試過程電壓和電流變化曲線陷阱電荷密度計算基于熱刺激電流曲線，按式（1）計算得到試樣在時間區間的陷阱參數陷阱電荷密度：tb 60Itdt ITdTQ =ta 式中：

TSC

r2

r2

..............................(1)—起始升溫時刻,單位為秒(s)；—終止升溫時刻,單位為秒(s)；—升溫速率，單位為開爾文/分鐘Ta—起始升溫溫度，單位為開爾文(K)；Tb—終止升溫溫度，單位為開爾文(K)；r—鍍金層半徑，單位為厘米(cm)。陷阱能級計算按式（2）計算陷阱能級（eV）：

2.47T2k mT

.....................................(2)式中：k—波爾茲曼常數；Tm—峰值電流對應的溫度，單位為開爾文（K）；T—半峰值電流對應的溫度差，單位為開爾文（K）。4測試步驟加壓加壓過程是為了向試樣內注入電荷。通過控溫系統使試樣加熱至加壓溫度T0U0t1T0A.1U0的選取可t1A.3,B,CTa（平均降溫速率α宜在20～30K/min范圍內）。在降溫過程結束后，撤去電壓，對試樣兩端進行接地短路，以減少電極極化對測試結果的影響。升溫以升溫速率β對試樣進行升溫，同時監測并記錄試樣的實時溫度和熱刺激電流，升溫到Tb后，實驗結束。熱刺激電流設備校驗勻速升溫校驗由熱刺激電流法(TSC)的數據分析原理可得，若要通過熱刺激電流曲線表征陷阱能級和陷阱電荷3所示。圖3勻速升溫校驗結果有效性校驗電流測試，第一次除了不對試樣施加高電壓外，其它都參照第5節中規定的熱刺激電流測試步驟進行，得到熱刺激電流曲線。第二次均按照第5節中規定的熱刺激電流測試步驟進行，得到熱刺4所示。5某試樣正常加壓下的TSC某試樣正常加壓下的TSC曲線不加高壓下某試樣的TSC曲線200160I/pAI/pA80400200 240 280 320 360溫度T/K圖4硅橡膠熱刺激電流測試的系統誤差和外界干擾的校驗累積效應校驗為了考察硅橡膠熱刺激電流試驗的重復穩定性，需要對同一片試樣進行多次熱刺激電流試驗，故對熱刺激電流試驗中的電荷累積效應進行了如下對比試驗。按照第5節的熱刺激電流試驗步驟，對試樣進行第一次試驗，得到第一條熱刺激電流曲線。之后，立刻對該試樣進行第二次試驗，此外，除了不對試樣施加高電壓外，其它均按照第5節的熱刺激電流試驗步驟進行，得到第二條熱刺激曲線。測試結果如圖5所示。某某某某某某TSC某某某某某某TSC曲曲某某某某某某TSC曲曲I/pAI/pA100500200 240 280 320 360溫溫T/K圖5硅橡膠熱刺激電流試驗的累積效應試驗報告試驗報告應包括下列內容：被測試樣的基本信息(運行環境、取樣部位等)；試樣信息說明：尺寸、試樣處理厚度等；測試參數：所加電壓、加壓溫度、加壓時間、降溫溫度、升溫速率以及升溫時間等；實驗測試結果(陷阱電荷量、陷阱能級等)。6附錄A（資料性附錄）概述主要測試參數選取包括加壓溫度、所加電壓（場強）和加壓時間的選取。加壓溫度的選取不同溫度下的加壓過程會影響材料對空間電荷的捕獲情況。按照表A.1的測試參數進行熱刺激電流測試，測試結果如圖A.1所示，空間電荷特性分析結果如表A.2所示。表A.1不同加壓溫度的測試參數試樣編號加壓溫度K場強kV/mm加壓時間min升溫速率°C/min1303.08.0203.02313.08.0203.03323.08.0203.04333.08.0203.05343.08.0203.0加加溫溫加加溫溫加加溫溫加加溫溫60電電/pA電電/pA200200 250 300 350 400溫溫/K圖A.1不同加壓溫度下的測量結果7表A.2不同加壓溫度的測試結果試樣編號峰值電流pA峰值電流溫度K陷阱電荷量nC陷阱能級eV58.50304.387.050.345265.20310.6102.910.355369.10318.6115.770.294476.40347.2144.500.295572.90353.7129.840.297A.1323.0～333.0K之間的加壓溫度進行加壓。加壓場強的選擇材料中空間電荷的積聚情況直接受到所處場強形式以及其幅值的影響。選取表A.3所示的測試參數進行測試，得到的電流－溫度圖和空間電荷特性分析結果分別如圖A.2和表A.4所示。表A.3不同加壓場強的測試參數試樣編號場強kV/mm加壓時間min加壓溫度K升溫速率K/min10.320323.03.023.020323.03.035.020323.03.048.020323.03.0場場0.3kV/mm場場0.3kV/mm 場場5.0kV/mm場場8.0kV/mm場場3.0kV/mm60電電/pA電電/pA200200 250 300 350溫溫/K圖A.2不同加壓場強下的測試結果8表A.4不同加壓場強的測試結果試樣編號峰值電流pA峰值電流溫度K陷阱電荷量nC陷阱能級eV12.17319.53.110.311218.10326.726.390.329334.60321.552.080.293469.80330.3108.020.300加壓時間的選擇表A.5不同加壓時間的測試參數試樣編號加壓時間min場強kV/mm加壓溫度K升溫速率K/min1108.0323.03.02208.0323.03.03308.0323.03.04408.0323.03.0加加加加加加加加 加加40min電電電電200200 250 300 350溫溫/K圖A.3不同加壓時間下的測試結果9表A.6不同加壓時間對測試結果的影響試樣編號峰值電流pA峰值電流溫度K陷阱電荷量nC陷阱能級eV137.80314.590.200.330242.20319.198.710.291343.00319.3106.490.286455.00316.0143.510.254通過表A.5A.6可以發現，加壓時間對測得熱刺激電流峰值對應溫度的影響很小如圖A.3所20～3020保證試驗的準確性以及可重復性。它電介質材料還需要選擇更合適的測試參數。測試結果分級及評價建議表A.7測試結果的分級及評價建議分級陷阱電荷量nC特性描述評價建議10＜Q≤97.78運行良好及新試樣正常297.78＜Q≤217.37憎水性輕微喪失關注3217.37＜Q≤283.98輕微粉化，憎水性喪失程度較重重點關注4Q＞283.98傘裙脫落及傘裙嚴重粉化退出運行運行良好及新試樣的陷阱電荷量范圍在0～97.78nC。當測得傘套硅橡膠材料97.78nC＜Q≤217.37nC時，傘套表現為憎水性輕微喪失，其運行狀態需引起運行部門的關注，建議巡檢周期為6月/217.37nC＜Q≤283.98nC3月/次。當測得傘套硅橡膠材料283.98nC時，傘套表現為脫落及嚴重粉化，建議絕緣子退出運行。10附錄B（資料性附錄）測量報告實例概述本標準中以復合絕緣子傘裙硅橡膠材料為例，提供一個測量實例，測量報告如下所示。試樣信息試樣名稱：高溫硫化硅橡膠；試樣結構：片狀結構；厚度：0.7mm；處理方式：用無水乙醇擦拭，并用離子濺射儀對硅