过氧化二异丙苯交联剂对XLPE击穿及陷阱特性的影响

通过表面电位衰减法(SPD)和工频击穿实验研究了过氧化二异丙苯(DCP)含量对XLPE试样击穿与陷阱特性的影响。结果表明:随着DCP含量的增加,XLPE的电气强度及深陷阱密度均呈先增大后减小的趋势,两者均在DCP质量分数为0.5%时达到最大值,这是由于未掺杂DCP时,试样内部的陷阱以浅陷阱为主,电气强度较低,随着DCP含量增加,交联过程中在XLPE内部引入了更多的深陷阱,电气强度升高。但DCP含量进一步增加时,深陷阱密度开始减小,电气强度降低。当DCP质量分数为0.5%～1.0%时有利于提高XLPE的击穿特性。     

高压电缆交联聚乙烯绝缘长期服役后的性能变化研究

为了准确表征电缆交联聚乙烯(XLPE)绝缘在长期服役过程中的性能演变,对比分析了110 k V新电缆XLPE绝缘和退役电缆XLPE绝缘的击穿特性、电荷陷阱特性和空间电荷特性的差异。结果表明:XLPE绝缘经过长期服役后,工频击穿强度变化较小,且绝缘层不同位置处击穿强度的差异性减弱;电荷陷阱能级由约1 eV减小至0.5～0.6 eV,且绝缘层不同位置处的能级差别不大,可以作为表征电缆绝缘在服役中性能演变的特征量;XLPE长期服役后在直流场下表现出明显的异极性电荷积聚,而新电缆XLPE绝缘则表现出少量同极性电荷注入。     

无机纳米掺杂XLPE电缆绝缘的力学性能与电气强度研究

通过自制掺杂纳米Si O_2和纳米炭黑的XLPE绝缘材料,研究了两种无机纳米颗粒对XLPE力学性能与电气强度的影响,测量了试样的拉伸率、断裂伸长率以及热老化前后的击穿电压和耐压时间。结果表明:添加纳米炭黑的XLPE试样具有最好的交联程度,材料韧性增加,而添加纳米Si O_2的XLPE试样的交联程度相对于纯XLPE试样变化不大,韧性减小,刚性增大;两种纳米颗粒的添加均使得XLPE电缆绝缘试样的击穿电压升高,同时耐压时间增加;热老化会降低XLPE绝缘材料的电气强度。     

电压稳定剂对交联聚乙烯直流绝缘性能的影响

电压稳定剂多用于交流电缆用交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)绝缘材料,尚未有研究系统探索电压稳定剂在直流电缆XLPE绝缘中应用的可行性。为了研究电压稳定剂对XLPE直流绝缘性能的影响,选取一种可接枝的芳香酮化合物(aromatic ketone compound,AKVS)作为电压稳定剂。通过熔融共混和热交联方法制备含有AKVS和抗氧剂的XLPE-A试样,以仅含抗氧剂的XLPE试样为参照,测试电压稳定剂对XLPE红外吸收光谱特性,以及不同温度下的直流击穿强度、电导特性和空间电荷积累特性的影响。实验结果表明:AKVS分子在热交联过程中能通过其乙烯基上的化学反应接枝到XLPE分子上;含有AKVS的试样不同温度下的直流击穿强度均得到大幅度提高;AKVS使XLPE电导率的温度依赖性略有增大,但对直流电缆绝缘层电场分布的负面影响并不明显;含有AKVS的试样空间电荷的分布相对更均匀、积累量相对减小,电荷消散速度相对更快。该文提出一种将电压稳定剂应用于直流电缆XLPE绝缘的方法,可以作为其他改性方法的有益补充。     

电压稳定剂对交联聚乙烯交流绝缘性能的影响

使用电压稳定剂能有效提高交联聚乙烯(XLPE)材料的耐电树枝性能,有利于提高XLPE绝缘高压电缆的使用寿命和电压等级。为了研究电压稳定剂对XLPE交流绝缘性能的影响,选取光稳定剂UV–531、光引发剂ITX、苯偶酰和茴香偶酰4种芳香族化合物作为电压稳定剂,熔融共混到聚乙烯中制成含有电压稳定剂的XLPE材料,以纯XLPE为参照,测试了不同电压稳定剂对XLPE的电树枝起始电压、电树枝生长特性、交流击穿强度、相对介电常数和介质损耗特性的影响。结果表明:添加茴香偶酰能使XLPE的电树枝起始电压提高49%,同时能抑制电树枝的生长;4种电压稳定剂均能提高XLPE的交流击穿强度,以ITX和UV–531效果最优,分别使击穿强度提高了9.4%和8.6%;加入电压稳定剂会使XLPE的相对介电常数和介质损耗因数增大,但除ITX以外的3种电压稳定剂对XLPE的介电性能影响较小,不影响材料工频电压下的使用。     

电压稳定剂接枝改性对500 kV直流XLPE电缆材料电气性能的影响

为了研究4-乙酰氧基苯乙烯（AOS）电压稳定剂接枝改性对500kV高压直流交联聚乙烯（XLPE）电缆材料在不同温度、电场强度和接枝含量下的电气性能的影响，该文通过熔融接枝法制备了不同含量的AOS接枝XLPE(XLPE-g-AOS)试样，通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和差示扫描量热实验分别表征试样的微观形貌、理化结构和结晶特性，对试样进行了直流电导电流、空间电荷、直流击穿、热刺激去极化电流测量，得到试样在不同温度和电场强度下的电气性能参数，结合量子化学计算分析了AOS接枝对XLPE复合材料陷阱特性和电荷输运的影响。结果表明：AOS接枝使试样断面形貌更加粗糙，而较高含量接枝会出现纳米球形分散相；XLPE-g-AOS的熔融温度和结晶度比纯XLPE更高；AOS质量分数为3%的XLPE-g-AOS具有最大的浅陷阱能级和密度，且其在高温高电场下具有最低的直流电导率、最少的空间电荷积聚量、最小的电场畸变率和最高的直流击穿强度。接枝AOS引入了更深且更多的浅陷阱，形成了均匀致密的浅陷阱点阵，阻碍了载流子迁移。     

乙烯共聚调控晶态结构对聚丙烯电缆绝缘料电气性能的影响

为了揭示乙烯共聚对聚丙烯电缆绝缘电气性能的影响机制，通过2阶段抗冲共聚工艺合成了3种不同乙烯-丙烯共聚物(ethylene-propylene copolymer,EPR)含量的抗冲共聚聚丙烯(impact polypropylene copolymer,IPC)，研究了其晶型、球晶形貌、相态分布、陷阱分布特性，以及机械、电气性能的变化。结果表明，通过共聚法引入15%的EPR时，结晶度相较等规聚丙烯下降约6.8%，断裂伸长率显著提升，拉伸模量降低37.4%，电荷注入阈值场强与击穿强度分别提升17.7%和8.0%。引入30%的EPR时，结晶度相较等规聚丙烯下降可达30.6%，同时断裂伸长率及击穿强度均显著降低。乙烯共聚对宏观性能的影响被证明可能与EPR“附生”在球晶上的特殊结构密切相关。研究表明适当的乙烯共聚可实现聚丙烯电缆绝缘机械、电气性能的协同优化，研究结果可为聚丙烯绝缘综合性能调控提供参考。     

抗氧剂对聚乙烯电缆直流介电性能的影响

为研究抗氧剂对聚乙烯(LDPE)绝缘电缆直流介电性能的影响,通过熔融共混制备了4种质量分数为0.3%的抗氧剂聚乙烯复合材料,在恒定的场强下,测试电导率随温度的变化,利用电声脉冲法(PEA),测试各试样中空间电荷的分布,并测量室温直流击穿特性。结果表明,添加抗氧剂300的LDPE试样中空间电荷量较少;在低场强下,添加抗氧剂300的LDPE对温度的依赖性较小,表现出良好的电导特性,在场强较高时,抗氧剂1010聚乙烯复合材料表现出良好的电导特性;抗氧剂聚乙烯复合材料的直流击穿强度比聚乙烯的直流击穿强度高。     

水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响

为研究水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响,分别制备了含水量为0.3%~7.0%的植物绝缘油浸纸板试样和矿物绝缘油浸纸板试样,对比分析了两种油浸纸板在不同含水量下的击穿特性。从电导率、介质损耗因数以及电场分布3个方面分析得出水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响规律。结果表明:当植物绝缘油浸纸板含水量高于4.0%时,其电导率和介质损耗因数急剧增加,电气强度迅速下降;电气强度与电导率和介质损耗因数呈负相关,并且水分对其击穿特性的影响存在阈值效应。     

不同温度热老化对高压配网交联聚乙烯电缆绝缘表面陷阱参数的影响

陷阱参数可影响交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘中载流子的注入和迁移过程,进而对XLPE电缆绝缘的介电性能产生影响。针对商用110kV的高压配电电缆绝缘,通过等温表面电位衰减(isothermal surface potential decay,ISPD)测试系统研究不同温度热老化过程对XLPE电缆绝缘表面陷阱参数的影响。实验结果表明,未老化的XLPE电缆绝缘表面以电子深陷阱和空穴深陷阱为主,当老化温度低于XLPE的熔融温度(T_m)时,浅陷阱密度增加,深陷阱密度变化幅度不大,XLPE电缆绝缘表面仍以深陷阱为主。而当老化温度高于Tm时,电子、空穴浅陷阱密度大幅增加,深陷阱密度大幅下降,陷阱能级下降,老化临界时间之后,XLPE试样表面以电子浅陷阱和空穴浅陷阱为主。热老化试样中浅陷阱密度的增加可能来源于羰基(C=O)等老化副产物的增加,深陷阱密度的下降可能是来源于老化过程对球晶的破坏。不同老化温度条件下表面陷阱密度和能级变化规律的差异可能是由晶体结构劣化方式的差异造成。     

电荷陷阱对XLPE绝缘电老化特性的影响

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)由于良好的电气性能而常被用作高压直流电缆的绝缘材料,但其内部缺陷形成的电荷陷阱会导致空间电荷积聚,从而加速绝缘材料的电老化。文中基于电荷陷阱对XLPE电缆绝缘电老化的影响,研究了电荷陷阱在XLPE电缆绝缘电老化过程的作用机理,并运用自由能增量理论定量地分析了电荷陷阱对电老化的影响。将电缆样品进行热老化预处理,得到具有不同电荷陷阱参数的XLPE样品,对其进行空间电荷测试和步进应力实验,验证了空间电荷陷阱和电老化进程之间的关系。结果表明,在XLPE电老化过程中,浅陷阱密度与材料的电老化速率正相关,而深陷阱对电老化过程起抑制作用。     

热老化对电压稳定剂改善交联聚乙烯绝缘性能的影响

为了进一步提高交联聚乙烯(XLPE)的电气性能,该文选用间氨基苯甲酸作为电压稳定剂,用溶液法制备了质量分数为1％的XLPE共混物试样,并对试样进行加速热老化实验.利用空间电荷、电导率和表面电位衰减测量,研究了添加电压稳定剂和热老化前后材料的电气性能.通过试样在添加电压稳定剂与老化前后的电场和陷阱能级分布,分析了电压稳定剂以及热老化对试样内部陷阱的影响.结果表明,间氨基苯甲酸能够有效抑制XLPE中的空间电荷积聚,改善试样内部电场分布,同时降低试样的直流电导率.热老化后,试样内部出现了明显的空间电荷积聚,电场畸变明显,表面电位衰减速率下降,直流电导率有明显上升.由此可知,电压稳定剂的添加导致试样内部深陷阱和浅陷阱密度的增加,提高了电荷注入的势垒.热老化使陷阱密度下降,深陷阱加深,导致材料中空间电荷积聚,电场畸变明显,从而降低了材料的电气性能.     

受阻酚抗氧剂对交联聚乙烯绝缘料交联流变特性的影响

交联聚乙烯（XLPE）绝缘料的交联流变特性可以反映绝缘料挤出过程中的过早交联现象和加工性能。绝缘料中的受阻酚抗氧剂不仅可以抑制挤出过程中的热氧化和降解,还可以有效地捕获自由基来抑制交联反应,从而改善聚乙烯熔体的加工性能。通过制备不同受阻酚抗氧剂种类和不同含量的绝缘料,测试140℃下剪切作用中绝缘料的扭矩与温度的变化,研...     

新型XLPE高压直流电缆绝缘料的空间电荷特性研究

高压直流电缆运行中的温度梯度效应导致电缆外绝缘层场强严重畸变,降低了绝缘的电气强度和使用寿命。在聚乙烯纳米复合材料的基础上,添加适量的交联剂、抗氧剂等制备了新型高压直流交联聚乙烯料,对其力学性能和电性能进行测试,并将其与国外主流XLPE直流电缆绝缘料的空间电荷积聚与场强畸变特性进行对比分析。结果表明:新型高压直流交联聚乙烯电缆料的性能优于国外主流XLPE直流电缆绝缘料,有望用于国产高压直流电缆。     

纳米石墨烯掺杂浓度对XLPE击穿性能的影响

制备了分散性良好的6种不同配比XLPE/纳米石墨烯聚合物,运用差式扫描量热法排除了结晶度对击穿性能的影响;对试样进行了工频击穿强度测量并通过拉伸强度测试评估了机械性能。实验表明,掺杂纳米石墨烯能使聚合物的工频击穿强度最大提高27. 66%,拉伸强度最大提高10. 64%,在工业实现上有积极意义。通过等温去极化电流计算聚合物陷阱密度及能级,并结合动态热机械分析从界面分子结合力探究不同含量石墨烯影响击穿性能的机理。研究表明掺杂少于0. 01 wt%的纳米石墨烯能增大陷阱能级,同时增大聚乙烯基体分子间作用力,进而提升聚合物击穿性能。     

抗氧剂300对交联聚乙烯水树枝老化特性的影响

将受阻酚类抗氧剂300(4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚))与低密度聚乙烯(LDPE)、交联剂进行熔融共混并热压成型,制备出一系列抗氧剂含量不同的交联聚乙烯(XLPE),并对其凝胶含量、热老化前后力学性能及水树枝老化特性进行测试。结果表明:添加抗氧剂可以降低XLPE的交联度、提高材料热老化后的力学性能、减缓水树枝的生长速率。当LDPE与抗氧剂质量比为100∶0.2时,XLPE中水树枝在横向和纵向上的平均长度综合最短,抑制水树枝生长的效果最好。     

抗氧化剂对水树老化XLPE电缆绝缘修复效果的影响研究

为研究抗氧化剂对交联聚乙烯(XLPE)水树老化电缆绝缘修复效果的影响,采用两种不同配方的修复液对水树老化电缆进行修复后,再次进行30天水树老化,分析老化后电缆的微观结构及电气性能变化情况。结果表明:相比未修复水树样本,修复样本水树长度明显减小,且添加了抗氧化剂的修复样本水树长度最小;修复后电缆样本的击穿电压明显提高,且含抗氧化剂修复电缆样本的击穿电压最高。这是因为抗氧化剂能够有效抑制水树生长中的分子链断裂氧化过程,从而抑制水树的进一步生长。     

长链硅烷修复液对水树老化电缆修复效果长期性的影响研究

为了研究长链硅烷修复液对水树老化交联聚乙烯(XLPE)电缆电气性能提升的长期性效果,对用两种不同配方修复液修复的水树电缆样本和未修复的水树电缆样本进行电热老化,随后结合击穿电压测试、扫描电镜观测和红外光谱测试,分析老化后电缆的电气性能及绝缘微观结构的变化情况。结果表明:电热协同老化35天后,修复样本的水树长度明显小于未修复的水树样本,且添加了长链硅烷的修复样本水树长度最小。修复后电缆样本的击穿电压明显高于未修复样本,且添加了长链硅烷的修复样本击穿电压最大。添加长链硅烷成分的修复液能更好地保留在水树老化区域,能更有效地抑制水树的生长,具有更好的长期性效果。     

热循环处理下电缆绝缘空间电荷特性研究

电缆绝缘特性的变化与实际运行工况有关,绝缘层的温度会随负荷波动发生变化,恒温热处理不能对其进行模拟。为了研究电缆投运时绝缘层的温度变化对其交联聚乙烯(cross-linked polyethylene, XLPE)绝缘空间电荷特性的影响,对3个不同电缆厂家生产的110 kV电缆绝缘分别进行了最高温度为80℃、90℃和100℃的热循环处理,并结合傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、差示扫描量热法(differential scanning calorimetry, DSC)和空间电荷实验结果,分析了热循环20次前后XLPE绝缘的空间电荷特性变化。结果表明:热循环处理前,XLPE残留的交联副产物等杂质成为试样电极处异极性电荷的主要来源;热循环处理后,试样内部出现次级结晶,同时XLPE支链和极性端基增多,使得其陷阱数目增大,且以浅陷阱为主;热循环处理温度越高,不饱和基指数越小,极化阶段平均体电荷密度越小,试样中生成的陷阱数目越少;在热循环刺激作用下,XLPE的熔融温度升高,结晶度增大,试样内部的深陷阱数目增多;热循环处理温度越高,次级结晶形成的片晶厚度越厚,试样中生成的深陷阱数目越多。短时适当提高电缆投运时的绝缘层温度,有助于减少电缆绝缘内部杂质以及生成的陷阱数目。     

热老化对交流配电XLPE电缆改为直流运行后电缆绝缘性能的影响

为了研究热老化对交流配电交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆改为直流运行后电缆绝缘性能的影响,先对已运行两年的10kV交流XLPE电缆样段进行135℃加速热老化试验,随后采用车床和特质刀具将电缆样段沿轴向环切得到薄片试样,通过直流电导率、空间电荷测量、表面电位衰减和直流击穿测试,结合载流子迁移率、活化能和陷阱参数的计算,对老化前后交流配电XLPE电缆的直流绝缘性能进行研究.结果 表明:随着老化时间的增加,交流XLPE电缆绝缘试样的直流电导率和载流子迁移率先下降后上升,长期老化后空间电荷积累阈值场强与试样的活化能明显减小,试样的直流电导率随着测量温度的升高而增加,其空间电荷积累阈值场强随着测量温度的升高而减小;随着老化时间的增加,试样中积累的空间电荷由异极性转变为同极性,深陷阱数量与直流击穿场强均呈现先上升后下降的趋势;分析认为短期热老化有利于提高交流配电XLPE电缆改为直流运行后的直流绝缘性能.