荧光光纤温度传感器长期浸没在变压器油中,随着使用时间的增加,其护套材料不可避免地会经历老化过程。通过有限元仿真发现荧光光纤温度传感器及其护套在工作时所处的电场很小,热老化是护套材料老化的主要形式。为此,针对荧光光纤温度传感器的3种不同护套材料即交联聚烯烃、聚氨酯和聚氯乙烯,在不同温度的变压器油中进行了热老化;然后使用Fourier变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)对试样的化学结构进行了辅助分析,并且基于机械拉伸实验和使用沿面电极布置形式的等温松弛电流方法,对不同护套材料的老化状态进行了分析评估。红外光谱实验结果表明:交联聚烯烃和聚氨酯护套在变压器油中热老化后均发生一定程度的分解,聚氯乙烯护套的红外光谱在老化前后没有大的变化。机械拉伸实验结果表明:交联聚烯烃护套的断裂伸长率和拉伸强度都大幅下降,聚氨酯护套的断裂伸长率下降但是拉伸强度却增加,而聚氯乙烯护套的断裂伸长率和拉伸强度均没有太大变化。等温松弛电流方法计算结果表明:老化后各种护套的老化因子值均大于未老化护套的值。综合评估可得:交联聚烯烃护套在油中热老化性能最差,聚氨酯护套次之,聚氯乙烯护套性能最好老化时间为12、24、48、96、192h时分别取出若干试样进行红外光谱实验、机械拉伸实验以及等温松弛电流实验。1.2红外光谱实验使用美国ThermoFisher公司生产的Nicolet6700型Fourier变换红外光谱仪对不同老化温度下经过不同老化时间的试样进行Fourier变换红外光谱的测量。探究热老化过程中护套材料的化学结构变化诸如新官能团的产生等现象。测量波数范围为500~3400cm1，分辨率高于0.09cm1。1.3机械拉伸实验使用美国Instron公司生产的Instron4465型万能拉力实验机对不同老化温度下经过不同老化时间的试样进行机械拉伸实验，试样的光纤芯在拉伸前已经去除，只对护套进行机械拉伸。参照IEC60684-2标准来准备试样并设置实验参数。在25℃温度下，本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com  荧光光纤温度传感器-数控滚圆机滚弧机折弯机电动液压滚圆机滚弧机折弯机以0.25m/min的拉伸速率进行机械拉伸测试，得到断裂伸长率和拉伸强度。1.4等温松弛电流实验等温松弛电流方法作为一种非破坏性绝缘电性能评估方法，已广泛用来评估交联聚乙烯直流电松弛电流实验的电极设置不能适用于光纤及其护套的等温松弛电流测量。本文针对护套的等温松弛电流测量要求，提出沿面电极布置的实验形式，实验设置如图3所示。用2个铝箔紧密包裹护套表面作为电极，同时为了不对护套表面造成机械损伤，使用特制的3爪可收缩夹具来保证电极和护套能够紧密接触。电极间距为4mm。为验证该电极布置形式的合理性，采用有限元仿真软件来进行电场仿真。试样及电极整体为轴对称形式，可以简化为2维剖面布置。仿真参数以及试样尺寸与真实测量情况相同，2个电极之间施加500V直流电压，仿真结果如图4所示。从图4可以看出：护套以及内部光纤电场强度分布较为均匀，数量级约为0.1MV/m，在这样的极化电场下既保证有足够的极化强度又不会因为电场强度较高而形成额外的空间电荷积累[12]。在不破坏表面的情况下，采用合适电极间距的沿面电极布置的等温松弛电流方法可以对试样内部进行充分的极化。沿面电极布置的形式与电缆同轴电极布置的形式不同，同轴电极布置形式下绝缘靠近内侧导体曲率半径小的位置，电场强度大，而沿面电极布置形式下，绝缘外侧由于靠近电极，所以电场强度略大于内部。但是在等温松弛电流的测量条件下，只要试样内部得到足够的极化强度，就能将材料的陷阱特性体现出来。因此沿面电极布置形式得到的实验结果在理论上与同轴电极布置形式应该没有差别。等温松弛电流实验分为3个步骤：①极化过程，施加的极化电压为500V，极化时间为1800s；②短路过程，短路时间为5s，去除表面自由电荷；③去极化过程，测量等温松弛电流，测量时间为1800s。2实验结果与分析2.1红外光谱实验结果不同材料的未老化护套试样和在不同老化温度的变压器油中经过192h老化时间的护套试样的红外光谱分别如图5(a)荧光光纤温度传感器-数控滚圆机滚弧机折弯机电动液压滚圆机滚弧机折弯机本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com