2.7 定子绝缘材料的表面闪络试验
2.7.1 试验目的和要求
通过分析对比2.6节的各种试验条件下的试验结果，研究人员们大胆决定定子主绝缘可以采用F-113和聚酰亚胺的复合绝缘。另外，从上面的试验还可以明显地看到，采用这样一种架空式的绝缘结构带来了一般常规绝缘所不曾遇到的新问题。即在槽内沿固体架位表面的闪络电压大大低于相同距离下的间隙直接击穿电压，同时固体架位材料选择的不同，对表面闪络电压也有一定的影响。所以下一步必须对表面闪络做进一步的研究、试验，找出距离与表面闪络电压、材料与表面闪络电压的关系，供选择槽内架位和解决端部固定问题之用。
根据有关材料介绍，影响表面闪络电压的因素主要有以下几点：
①表面闪络距离的长短。
②材料本身的光洁程度、是否附着脏物及吸附潮气等情况，这些在均匀电场的情况下有一定影响，而对不均匀电场主要由于尖端放电而使材料附着脏物及潮气的影响降为次要地位，以致在实际中可以忽略，从而使电场不均匀在表面闪络中占主要地位。
③固体本身的介电系数比周围液体的介电系数要高。
④固体绝缘本身的性质：a.表面电阻要大；b.表面电容要小。
⑤电场的均匀程度。
考虑表面闪络的问题，可以从两种不同的结构形式去分析。第一种形式是沿介质表面的闪络距离与电极间最短距离相同或相近，也就是电力线和固体介质表面闪络路径平行即均匀电场的情况。第二种形式是电极间距离比表面放电距离小得多，也就是电力线和固体介质表面闪络路径相交即非均匀电场的情况。
对于这两种不同形式的表面闪络要分别进行试验，得出数据。供选择槽内架位之用并为解决端部固定问题提供依据。
2.7.2 试验装置
定子绝缘材料的表面闪络试验装置见图2-13，该试验装置说明如下：
图2-13 绝缘材料（不带铜片）表面闪络的试验装置
1—有机玻璃筒盖；2—有机玻璃筒；3—筒底；4—饼形电极；5—电极拉杆；6—电极固定螺母；7—固定支撑物；8—绝缘试验材料
做试验时，第一种结构形式完全与试验装置图2-13相同，试验时先将绝缘试验材料8用固定支撑物7固定好，使绝缘试验材料8靠紧饼形电极，然后将过滤好的F-113液体倒入有机玻璃筒2中，液面要高于电极，再把筒盖盖好，然后将电极的一端通过拉杆接至升压器的高压端，电极的另一端通过拉杆接地，检查好后即可进行试验，逐步升压直至看到一线状的间歇的表面闪络时，然后降压直至看不见为止，记下这一距离下的表面闪络电压值，然后再改变距离（移一下拉杆就可以了）做几次，便可得出不同距离下表面闪络电压值。
第二种结构形式做法与第一种结构形式的做法大致相同，只是在试验材料的下面放一铜片（铜片与被试验材料表面的垂直距离为12mm），使它和接地端电极相连，如图2-14所示。
图2-14 绝缘材料（带铜片）表面闪络的试验装置
1—电极；2—绝缘试验材料；3—铜片
试验材料：仅有的环氧玻璃布板和聚酰亚胺玻璃布板的材料尺寸分别是，环氧玻璃布板长137mm、宽112mm、厚 2.7mm，聚酰亚胺玻璃布板长137mm、宽112mm、厚 2.7mm，第三种试验材料铜片的尺寸是，长 137mm、宽23.5mm、厚 0.15mm。
开始试验是在白天做的，但还未见到表面闪络时就已经击穿了，所以后来改在晚上的暗室里做，这样可以比较清楚地看到表面闪络，便于取值记录，同时也发现，在用环氧玻璃布板时产生电晕，而且起晕电压不高。所用升压器是100kW的整套装置。
2.7.3 试验数据整理
重点整理的是表面闪络电压与距离的关系，得到的试验结果见表2-7～表2-10。
表2-7 环氧玻璃布板的起晕、表面闪络与绝缘距离的关系
试验条件：均匀电场的情况，用未经烘干的滤纸过滤蒸发冷却液体介质。
表2-8 聚酰亚胺玻璃布板的表面闪络与绝缘距离的关系之一
试验条件：均匀电场的情况，用未经烘干的滤纸过滤蒸发冷却液体介质。
表2-9 聚酰亚胺玻璃布板的表面闪络与绝缘距离的关系之二
试验条件：不均匀电场的情况，用未经烘干的滤纸过滤蒸发冷却液体介质。
表2-10 聚酰亚胺玻璃布板的表面闪络与绝缘距离的关系之三
试验条件：不均匀电场的情况，用烘干的滤纸过滤蒸发冷却液体介质。
2.7.4 试验结果分析
①用环氧玻璃布板试验：距离为8mm和10.5mm时，20kV就起晕了；距离为15.5mm和13mm时，22kV起晕。
②在均匀电场中环氧玻璃布板的表面闪络电压是随极间距离的增加而增加，但在8.5～55.5mm范围内表面闪络电压变化不大，仅由23kV升到28kV。
③在均匀电场中聚酰亚胺玻璃布板的表面闪络电压是随着距离的增加而增加。
④在不均匀电场中聚酰亚胺玻璃布板的表面闪络电压也是随着距离的增加而增加（用未烘干的滤纸和烘干的滤纸过滤的蒸发冷却液体介质都是这样）。
2.7.5 结论
①由于表面电阻系数不同，故材料不同对起晕电压和表面闪络电压的影响很大。如对于环氧玻璃布板这样的材料，是由于先产生电晕故而引起闪络而击穿，使在8.5～55.5mm距离范围内，该材料的表面闪络电压仅差5kV。
②从试验结果看，聚酰亚胺板要比环氧板的耐电晕性能好得多，用聚酰亚胺板做的过程中，一直未见电晕，因此环氧玻璃布板不适于做架位材料。
③在相同的试验条件下，聚酰亚胺板的表面闪络电压要比环氧板高10～15kV，可见聚酰亚胺板的耐表面闪络性能要比环氧板好得多。
④试验时模拟的液体里有脏东西对表面闪络电压影响较大。
⑤试验时使用的液体蒸发冷却介质，由于水分影响所造成的耐压强度的高低对表面闪络电压有一定的影响，但影响不大。
⑥从试验结果看，聚酰亚胺的耐表面闪络的性能较好，距离15.5mm时闪络电压达38kV，这种性能在我们的蒸发冷却电机里解决架位问题是可行的。