ICS 19.020 K 04 云 南 省 地 方 标 准 DB53/T 981—2020 复合绝缘子伞套硅橡胶陷阱电荷量和 陷阱能级的热刺激电流测试方法 2020 - 04 - 26 发布 云南省市场监督管理局 2020 - 07 - 26 实施 发 布 DB53/T 981—2020 目 次 前言 ................................................................................ II  1 范围 .............................................................................. 1  2 规范性引用文件 .................................................................... 1  3 术语和定义 ........................................................................ 1  4 热刺激电流测试装置 ................................................................ 2  5 试样准备和测量步骤 ................................................................ 3  6 热刺激电流设备校验 ................................................................ 5  7 试验报告 .......................................................................... 6  附录 A（资料性附录） 测试参数选取建议 ................................................ 8  附录 B（资料性附录） 测量报告实例 ................................................... 12  I DB53/T 981—2020 前 言 本标准按照 GB/T 1.1—2009 《标准化工作导则 第 1 部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。 本标准由云南省电力装备标准化技术委员会（YNTC09）提出并归口。 本标准起草单位：云南电网有限责任公司电力科学研究院、华北电力大学、国网浙江省电力有限公 司电力科学研究院、重庆普尔斯科技有限公司、上海交通大学、云南电网有限责任公司、云南电网有限 责任公司大理供电局、云南电网有限责任公司德宏供电局、中国南方电网超高压输电公司昆明局、云南 电网有限责任公司昭通供电局、云南电网有限责任公司楚雄供电局、云南电网有限责任公司文山供电局、 上海鸿岩机械科技有限公司、云南电网有限责任公司昆明供电局、大唐云南发电有限公司、中国能源建 设集团云南省电力设计院有限公司、景森设计股份有限公司昆明分公司、昆明电器科学研究所、云南电 力技术有限责任公司、云南电网有限责任公司红河供电局、广东电网有限责任公司电力科学研究院、中 国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局、云南电网有限责任公司临沧供电局、中国能源建设集 团云南省电力设计院有限公司。 本标准主要起草人：彭庆军、屠幼萍、王璁、周仿荣、马仪、钱国超、周兴梅、袁之康、姜雄伟、 谭坚文、吴建东、沈志、黄修乾、李国彬、浦仕遵、刘劲松、杨和刚、高波、段军鹏、冯跃、冯锋锋、 徐家勇、李晓婷、潘晓娟、洪志湖、杨阿娟、廖圣、青言、周原、聂建高、陆佳琪、敖翔。 II DB53/T 981—2020 复合绝缘子伞套硅橡胶陷阱电荷量和 陷阱能级的热刺激电流测试方法 1 范围 本标准规定了电力工程中使用热刺激电流法测试高海拔地区复合绝缘子伞套硅橡胶材料陷阱电荷 量和陷阱能级的术语和定义、热刺激电流测量装置、测试步骤、设备校验和试验报告等内容。 本标准适用于发电、输变电、配电等高海拔地区复合绝缘子伞套硅橡胶材料陷阱电荷量和陷阱能级 的测量。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 16927.1 高电压试验技术 第 1 部分：一般定义及试验要求 GB/T 19519 架空线路绝缘子标称电压高于 1000 V 交流系统用悬垂和耐张复合绝缘子定义、试验 方法及接收准则 GB/T 22079 标称电压高于 1000 V 使用的户内和户外聚合物绝缘子一般定义、试验方法和接收准 则 DL/T 626 劣化悬式绝缘子检测规程 DL/T 741 架空输电线路运行规程 DL/T 810 ±500 kV及以上电压等级直流棒形悬式复合绝缘子技术条件 DL/T 1000.3 标称电压高于 1000 V 交流架空线路用复合绝缘子使用导则 第 3 部分：交流系统 用棒形悬式复合绝缘子 3 术语和定义 GB/T 16927.1、GB/T 19519、GB/T 22079、DL/T 626、DL/T 741、DL/T 810 和 DL/T 1000.3 界定 的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 热刺激电流 以热能作为活化能，在不同温度下激发电介质中的空间电荷形成的微电流，称为热刺激电流。 3.2 热刺激电流法 测试并获得热刺激电流的方法。 3.3 空间电荷 材料中积聚的电荷。 1 DB53/T 981—2020 3.4 陷阱 陷阱是能够对电荷产生束缚作用的定域态或局域态。 3.5 陷阱电荷量 被陷阱捕获的电荷总量。 3.6 陷阱能级 杂质或缺陷在聚合物的禁带中入陷所构成陷阱的能级。 4 热刺激电流测试装置 4.1 概述 热刺激电流测试系统应由直流加压系统、温控系统、监测和采集系统、测试腔体四部分组成。为避 免加压时发生闪络，可加入真空系统。测试系统结构如图 1 所示。 a) 热刺激电流测试装置 图1 4.2 b) 电极结构 热刺激电流测试装置示意图 直流加压系统 直流加压系统为样品提供直流电压，包含直流电源和电极，直流电压源提供的电压范围 0 kV ~ 20.0 kV，精度 0.1 kV。 4.3 温控系统 温控系统维持加压时样品的温度以及降温和升温过程中样品变温速率，温度范围 -150.0 ℃ ~ 200.0 ℃，精度 0.1 K，降温速率可达到10.0 K/min，升温速率可控制在 0.1 K/min ~10.0 K/min 范 围内。 4.4 监测和采集系统 监测和采集系统用于监测和采集测试过程中的温度和电流。温度传感器用于监测升温过程中实时温 度。静电计用于采集升温过程中试样电流，精度应优于 110 4.5 2 测试腔体 -14 A。 DB53/T 981—2020 测试腔体为测试提供相对稳定的测试环境，可选择干燥或真空环境。 5 试样准备和测量步骤 5.1 试样准备 5.1.1 取样位置 考虑到高海拔地区的复合绝缘子受紫外辐射严重、电晕放电频繁，从复合绝缘子首端和末端第一片 伞裙上各取 3 片或以上片数样品，且每组样品必须包含伞裙上下表面的部分。 5.1.2 试样尺寸 试样的面积应与测量设备的有效范围相匹配，厚度宜小于 2 mm，试样表面应平整、厚度均匀，应 保证试样表面和电极的紧密接触。 5.2 试样表面处理 5.2.1 热刺激电流法对电极材料无特殊要求，宜在样品两面蒸镀铜、铝、银、金或者需要的电极材料。 5.2.2 蒸镀直径应大于热刺激电流测量装置上电极的直径，且应小于试样整体直径。蒸镀位置应在试 样的中间位置。 5.3 测试环境的要求 直流电源，监测和采集系统应在 0 ℃ ～ 40 ℃ 之间的环境范围中进行使用和测试。 5.4 测量原理及步骤 5.4.1 测量原理 5.4.1.1 热刺激电流法利用热能作为活化能，在不同温度下激发电介质中的空间电荷形成微电流，由 此获得被测电介质中陷阱捕获到的电荷量，并得到温度上分立的陷阱能级。通过介质中的电荷密度以及 陷阱能级可以判断电介质材料性能的变化。 5.4.1.2 热刺激电流测试主要包括加压、降温以及升温三个过程。在某一温度（加压温度）T0 下对试 样施加作用电压 U0 一段时间后，保持该电场，迅速将试样降温至温度 Ta（Ta＜T0），撤去电场，使试 样线性升温，测量外电路的短路电流，该电流与温度的曲线即为热刺激电流的特性曲线，温度和电压变 化曲线如图 2 所示。 3 DB53/T 981—2020 图2 热刺激电流测试过程电压和电流变化曲线 （1）陷阱电荷密度计算 基于热刺激电流曲线，按式（1）计算得到试样在时间 区间的陷阱参数陷阱电荷密度 ： tb I  t  dt QTSC = ta  r2 60   Tb  I T  dT Ta  r2 .............................. (1) 式中： —起始升温时刻, 单位为秒(s)； —终止升温时刻, 单位为秒(s)； —升温速率，单位为开尔文/分钟(K/min)； Ta—起始升温温度，单位为开尔文(K)； Tb—终止升温温度，单位为开尔文(K)； r —镀金层半径，单位为厘米(cm)。 （2）陷阱能级计算 按式（2）计算陷阱能级（eV）： ETSC  2.47Tm2k T ..................................... (2) 式中： k —波尔兹曼常数； Tm —峰值电流对应的温度，单位为开尔文（K）； T —半峰值电流对应的温度差，单位为开尔文（K）。 4 DB53/T 981—2020 5.4.2 测试步骤 5.4.2.1 加压 加压过程是为了向试样内注入电荷。通过控温系统使试样加热至加压温度 T0 后，在试样两端施加 作用电压 U0，并保持一定的加压时间 t1。加压温度 T0 的选取可参考附录 A.1，作用电压 U0 的选取可 参考附录 A.2，加压时间 t1 的选取可参考附录 A.3, 测量实例参见附录 B,报告编制参见附录 C。加压 过程完成后应迅速降温至采集微电流的起始温度 Ta（平均降温速率 α 宜在 20～30K/min 范围内）。 在降温过程结束后，撤去电压，对试样两端进行接地短路，以减少电极极化对测试结果的影响。 5.4.2