X射线辐射对固体绝缘材料电气性能影响

刘泽坤，于虹，刘宇，徐成龙，郭铁桥

(1.华北电力大学能源动力与机械工程学院，保定 071000；2.华北电力大学云南电网公司研究生工作站，昆明 650217；

3.云南电网公司电力研究院，昆明 650217)

X射线辐射对固体绝缘材料电气性能影响

刘泽坤1，2，于虹3，刘宇1，徐成龙1，2，郭铁桥1

(1.华北电力大学能源动力与机械工程学院，保定 071000；2.华北电力大学云南电网公司研究生工作站，昆明 650217；

3.云南电网公司电力研究院，昆明 650217)

在带电与不带电两种情况下，逐渐改变射线的能量和辐射时间，来研究X射线辐射对环氧树脂和聚乙烯绝缘材料的击穿强度、介电强度等电气性能的影响。

X射线辐射；环氧树脂；聚乙烯；电气性能

0 前言

X射线数字成像技术集成了计算机技术、X射线实时检测系统、数据采集技术、图像处理技术等，能够在不断电、不拆卸的情况下，快速的将透视图像传输到人机交互界面，使技术人员可直观的判断出设备的故障类型、外观、位置等信息[1]，因此，已被广泛应用于变压器、GIS、断路器、互感器等高低压电力设备的无损检测当中。

但在不同的照射时长和不同的射线能量下，X射线辐射对电力设备固体绝缘材料电气性能的影响情况在国内外文献中还未见报道。本文选用环氧树脂和聚乙烯两种常用的固体绝缘材料，在带电和不带电两种情况下，逐渐改变X射线的能量和辐射时长，来研究X射线辐射对环氧树脂和聚乙烯绝缘材料的击穿强度、介电强度等电气性能的影响。

1 X射线辐射实验过程

实验样本：5 cm×5 cm的环氧树脂薄膜和5 cm×5 cm聚乙烯薄膜。

实验条件：

1)实验室温度23℃，湿度47%；

2)样本加10 kV电压和不加电压两种条件；

3)辐射时间：间隔1分钟和间隔1小时；

4)X射线机管电压分别为50 kV、110 kV、300 kV；

5)X射线机管电流为3 mA。

图1为样本加电压的示意图，样本一端加10 kV的电压，一端接地；

图1 带电样本示意图

2 X射线辐射对固体绝缘的影响

2.1 对材料击穿性能的影响

在对带电与不带电辐射的聚乙烯和环氧树脂的击穿场强进行测试后，得到其在不同辐射时间与不同辐射功率下的击穿场强。图2和图3分别是是聚乙烯在不带电和带电的情况下不同辐射时间与不同辐射功率下的击穿场强。

图2 聚乙烯在击穿场强(不带电)

图3 聚乙烯在击穿场强 (带电)

由图可知，聚乙烯这种固体绝缘材料在不带电的情况下随着辐射时间的增长，其击穿场强几乎无明显变化，但随着辐射功率的增加，在50kV与300kV功率的时候，击穿场强十分接近，但在中等强度功率辐射下，其呈现稍低的击穿场强，很可能是由于其制备过程中，薄膜厚度不均匀造成的；而聚乙烯在带电情况下的击穿场强趋势与不带电情况下几乎一样，说明在X射线辐射对聚乙烯的击穿性能无明显影响。

图4和图5分别是是环氧树脂在不带电和带电的情况下不同辐射时间与不同辐射功率下的击穿场强。

图4 环氧树脂击穿场强 (不带电)

图5 环氧树脂击穿场强 (带电)

由图可知，环氧树脂这种固体绝缘材料在不带电情况下，随着辐射时间增长，其击穿场强无明显变化，但随着辐射功率增加，其击穿场强缓慢降低，而环氧树脂在带电情况下，随着辐射时间增长，其击穿场强无明显变化，但随着辐射功率增加，其击穿场强逐渐降低，其下降速度大于不带电的情况。但无论是聚乙烯还是环氧树脂，带电与不带电情况下其平均击穿场强具体数值几乎无明显变化。

2.2 对材料表面电阻和体积电阻的影响

表1和表2分别是聚乙烯在不同辐射时间和不同辐射功率下的表面电阻和体积电阻。由表中数据可知，聚乙烯在不带电情况下，随着辐射时间增加，表面电阻率有较小的增大，而随着辐射功率的增大，其表面电阻几乎无明显变化；而在带电情况下，随着辐射时间增加，表面电阻同样有较小的增大，而随着辐射功率的增大，其表面电阻在辐射初期逐渐增大，在辐射后期逐渐减小；同时，聚乙烯在不带电情况下，随着辐射时间增加，体积电阻出现先增大后减小的趋势，而随着辐射功率的增大，其表面电阻几乎无明显变化；而在带电情况下，随着辐射时间增加，体积电阻同样有先增大后减小的趋势，而随着辐射功率的增大，其表面电阻在辐射初期逐渐增大，在辐射后期逐渐减小。

环氧树脂在不同辐射时间与不同辐射功率下的表面电阻与体积电阻，其变化趋势也聚乙烯的情况基本相同。

2.3 对材料介电性能的影响

图6和图7分别是辐射功率为50 kV的聚乙烯在不同辐射时间下介电常数与频率的关系图。由图可知，辐射功率为50 kV，不带电情况下，聚乙烯介电常数随辐射时间增加，无明显变化，而带电情况下变化相对明显，但数值仍保持在一个较小的范围内。图8和图9分别是辐射功率为300 kV的聚乙烯在不同辐射时间下介电常数与频率的关系图。其变化规律与辐射功率为50 kV的情况大致相同。

图6 聚乙烯50 kV管电压(不带电)

图7 聚乙烯50 kV管电压(带电)

图10 和图11分别是辐射功率为50 kV的环氧树脂在不同辐射时间下介电常数与频率的关系图。由图可知，辐射功率为50 kV，不带电情况下，环氧树脂介电常数随辐射时间增加，出现先增大在减小的趋势，而带电情况下变化相对明显，但数值仍保持在一个较小的范围内。图12和图13分别是辐射功率为300 kV的环氧树脂在不同辐射时间下介电常数与频率的关系图。其变化规律与辐射功率为50 kV的情况大致相同。

图8 聚乙烯300 kV管电压 (不带电)

图9 聚乙烯300 kV管电压 (带电)

图10 环氧树脂50 kV管电压 (不带电)

图11 环氧树脂50 kV管电压 (带电)

图12 环氧树脂300 kV管电压 (不带电)

图13 环氧树脂300 kV管电压 (带电)

3 结束语

终上所述，X射线辐射对固体绝缘材料 (聚乙烯和环氧树脂)的电气性能响并不显著，对于带电与不带电两种情况比较，在带电情况下X射线辐射造成影响较为明显，但仍然在一个较小的范围内，故X射线无损探伤技术可以广泛应用于主要绝缘材料是聚乙烯与环氧树脂的电气设备的检测。

[1] 于虹，魏杰，王达达，等.X射线数字成像DR检测技术在电力设备状态检修中的应用 [C].全国输变电设备状态检修技术交流研讨会，2011.

[2] 闫斌，何喜梅，吴童生，等.GIS设备X射线可视化检测技术，中国电力，vol.43，no.7，2010.

[3] S.Rizzetto，G.C.Stone and S.A.Boggs，The Influence of X-rays on Partial Discharges in Voids，Annual Report-CEIDP1987，PP.89-94.

[4] N.Fujimoto，S.Rizzetto，J.M.Braun，Improved PD Testing of Solid Dielectries using X-ray Induced Discharge Initiation， IEEE Electrical Insulation Magazine， Vol.8，No.6，1992，pp.33-41.

[5] J.M.Braun，S.Rizzetto，N.Fujimoto and G.L.Ford，X-ray Induced Partial Discharge Testing of Full-Size EHV Insulators，1996 IEEE PES T＆D Conference，Los Angels，CA，Sept.1996，pp.L.

Research on Effects of X-ray Radiation to Electrical Properties of Solid Insulation Materials

LIU Zekun1，2，YU Hong3，LIU Yu1，XU Chenglong1，2，GUO Tieqiao1
(1 Department of Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding，Hebei 071003；2 Graduate Workstation of North China Electric Power University，Yunnan Power Grid Co.，Kunming 650217；3.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217)

Under the condition that gradually changing the ray energy and radiation time with electrification or not，this paper has researched the effects of X ray radiation to behaviour of electricity of epoxy resin and polyethylene such as breakdown strength，dielectric strength.

X-ray radiation；epoxy resin；polyethylene；electrical performance

TM83

B

1006-7345(2014)06-0086-03

2014-10-24

刘泽坤 (1988)，硕士研究生，华北电力大学云南电科院研究生工作站，从事在线监测与故障诊断估方向的研究 (e-mail) 598128554＠qq.com。