高密度電工紙板作為電力/換流變壓器等大型電力設(shè)備的主要絕緣材料，其性能直接影響電力設(shè)備甚至電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在電力設(shè)備的運(yùn)行過程中，高密度電工紙板會承受多場耦合應(yīng)力的長時間作用，如溫度場、直流電場、交流電場、交直流復(fù)合電場及沖擊電場等。因此，高密度電工紙板的關(guān)鍵介電特性及其隨溫度、水分等外界條件的變化規(guī)律將直接或間接影響到相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行可靠性、安全性和使用壽命。

介電特性評價指標(biāo)

變壓器油紙絕緣結(jié)構(gòu)的運(yùn)行工況十分復(fù)雜且惡劣，油紙絕緣系統(tǒng)作為大型換流變壓器內(nèi)部及其高壓出線油浸套管的主要絕緣形式，在運(yùn)行過程中主要承受交直流復(fù)合電場及極性反轉(zhuǎn)電場，造成其與普通的電壓變換電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計和絕緣水平要求有很大的不同。在靜態(tài)直流電場中，電場強(qiáng)度依據(jù)絕緣介質(zhì)的絕緣電阻呈正比分布；在動態(tài)交流電場中，電場強(qiáng)度依據(jù)絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)配比呈反比分布。換流變壓器等大型設(shè)備在長期運(yùn)行過程中，其內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境（溫度和濕度等）的變化會對絕緣紙板的介電特性造成影響，甚至降低整體絕緣性能。因此，本文選擇相對介電常數(shù)、體積/表面電阻率作為紙板的介電特性測試指標(biāo)，紙板溫度和含水量作為影響因素，各項指標(biāo)對絕緣紙板性能的具體表征如下：

（1）相對介電常數(shù)。

紙板的相對介電常數(shù)可用來表征電介質(zhì)的極化強(qiáng)弱，與電介質(zhì)分子的極性強(qiáng)弱有關(guān)，其數(shù)值的大小與絕緣結(jié)構(gòu)的電場分布、電荷積聚等特性密切相關(guān)，且其還受到溫度、水分等外界因素的影響。

（2）紙板表面電阻率、體積電阻率。

電介質(zhì)的表面/體積電阻率是表征介質(zhì)導(dǎo)電性能的宏觀參數(shù)，介質(zhì)內(nèi)部載流子濃度和載流子遷移率決定了纖維素高分子聚合絕緣紙板的電阻率特性。在紙板的加工過程中，難免會摻雜微量雜質(zhì)形成載流子，除此之外，少量未參與化合過程的單體以及各種添加劑中，同樣存在少量載流子。遷移率指的是載流子在介質(zhì)聚合物內(nèi)部的定向運(yùn)動，其運(yùn)動能量的高低與體積、溫度、濕度等有很大關(guān)系。例如，電力設(shè)備運(yùn)行溫度升高時，微觀上表現(xiàn)為分子熱運(yùn)動加強(qiáng)，載流子與其他分子碰撞程度增強(qiáng)，弛豫時間縮短，在宏觀上就表現(xiàn)為絕緣介質(zhì)電阻率數(shù)值下降。因此電阻率數(shù)值及其隨溫度、水分等條件的變化可以靈敏地反映絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)能力，是衡量紙板介電特性的重要指標(biāo)。

測試平臺

對于高密度電工紙板介電特性測試中的待測試樣的選取、測量方案的制定、測量平臺的搭建，嚴(yán)格遵循GB/T 1409—1988《固體絕緣材料在工頻、音頻、高頻下相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的測試方法》、GB/T 1410—2006《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法》、IEC 60243—1《2013Electrical strength of insulating materials test methods Part 1: Tests at power frequencies》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，確保了試驗的一致性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（1）表面/體積電阻率測試平臺

電工紙板的表面/體積電阻率測試原理和測試平臺示意圖如圖 所示，電阻率測量三電極系統(tǒng)主要由直流電源、試驗腔體和數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成，三電極系統(tǒng)為黃銅電極。

（2）相對介電常數(shù)測試平臺

采用北京航天偉創(chuàng)的LDJD-B介電常數(shù)測試儀，相對介電常數(shù)測量范圍1~1000。