Page 44 - 无损检测2023年第九期

申 巍, 等:

基于红外成像的缺陷复合绝缘子温升特性分析

陷绝缘子低压端温升幅值如表2所示, 可见低压端

发热幅值为0.6~3.4K , 铁屑越大、 质量越大则温升
越高。
铁屑具有较高的电导率且以分散形式分布, 泄
漏电流较大, 导电介质的损耗发热更严重, 因此呈现
发热面积大, 发热幅值大的现象。发热区域已延伸
至高压端两个伞裙处, 红外检测过程中能够明显发

现此种发热缺陷。

图15 不同湿度对缺陷处温升的影响

橡胶干燥静置后放入 90% 相对湿度以上环境中吸
湿后, 介电常数从4.09 升至 6.30 , 而介质损耗也从
1.2%增加至 13.2% , 吸湿部分的介损发热较为明
显 [ 25 ] 。缺陷处散热主要依靠传导、 辐射和对流 [ 26 ] 。

dt
q 1=- λ ( 2 )
dx
图14 工艺铁屑残留缺陷绝缘子高压端温升幅值 ) ( 3 )
q 2= h ( T w-T f
4
4
表2 铁屑附着芯棒缺陷绝缘子低压端温升幅值 K q 3= εσ ( T w-T f ) ( 4 )
式中: 、 、 分别为传导、 对流和辐射的热流密
试件 加压时长 / min q 1 q 2 q 3
编号 度; λ 为导热系数; dt / dx 为温度梯度; h 为传热系
5 30 60 90 120
分别为固体表面温度和周围流体温
D-4 1.2 2.2 2.2 1.9 2.2 数; T w 和 T f
度, ε 为发射率; σ 为辐射常数, 通过查询热学参数可
D-5 2.3 2.4 3.2 3.4 3.4
D-6 0.6 0.8 1.1 0.9 1.9 以得数值。
结合式( 1 ) ~ ( 4 ), 在外界温度不变的情况下, 散
D-7 2.3 2.4 2.4 2.2 2.4
4.2 湿度对温升幅值的影响 热条件不变, 则式( 2 ) ~ ( 4 ) 求得的散热功率属于定
湿度是影响温升的重要因素 [ 22 ] , 随着湿度增 值, 不随时间或外界情况而变化。当吸水增加后, 材
加, 各类缺陷处的温升均会有所提升, 且湿度的影响 料受潮, 介损角正切值增大, 发热功率增大, 从而积
会随着时间增加而加重。不同湿度对缺陷处温升的 累产生的温升幅值越大, 因此湿度对缺陷处发热的
影响如图15所示, 湿度增加35%时, 缺陷处的温升 影响是较为明显的。
有较大变化, 其中工艺铁屑附着缺陷随湿度增加温
5 结论
升幅度最小, 而芯棒内部存在气隙时温升幅度最大。

环境湿度对红外拍摄过程及缺陷发热机理均有 ( 1 )当复合绝缘子存在芯棒 - 护套界面气隙缺

一定影响。常温下, 湿度越大, 绝缘子整体表面温度 陷时, 护套表面发热较低, 温升为0.5~3.3K ; 当存
在芯棒内部气隙时, 绝缘子呈现集中性发热, 温升为
越低, 绝缘子缺陷处发热更明显。
在发热机理方面, 绝缘子受潮后的介质损耗发 1~4K ; 当存在铁屑附着缺陷时, 护套表面发热幅

热功率可以表示为 [ 23 ] 值较大, 达到了0.7~4.5K 。

P c = ωCUtanδ ( 1 ) ( 2 )复合绝缘子的 3 种缺陷类型发热机理不
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式中: ω 为电压角频率; C 为材料电容量; U 为电压 同, 红外检测图像也有差别。芯棒 - 护套界面气隙缺
幅值; tanδ 为介损角正切值; 缺陷处受潮后介损角 陷发热面积大, 发热幅值较小; 芯棒内部气隙缺陷发

增大, 导致发热功率增大 [ 24 ] 。 热集中, 幅值较大; 工艺铁屑残留缺陷发热范围广
湿度较大时, 缺陷处对于水分的吸收更明显。 泛, 集中发热区域幅值较大。
水相比硅橡胶和芯棒具有更大的相对介电常数, 硅 ( 3 )环境湿度对存在缺陷的复合绝缘子表面发

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2023年 第45卷 第9期
无损检测