基于高温介电谱测量的XLPE老化状态评估

核电站中应用的交联聚乙烯(XLPE)电缆受到辐射作用后,其绝缘性能将发生变化。为研究XLPE绝缘经历热老化后在不同温度下介电特性的变化,对其分别进行了热和热-辐射老化实验。对试样进行了80、100、135、155℃下100-800小时的热老化,同时进行相同条件下引入100Gy/h伽马射线的热-辐射老化,并完成了25-200℃下介电谱测量。实验结果发现：引入辐射条件后,试样的活化能与Cole-Cole曲线中β的数值出现了明显减小;老化温度与辐射条件相同时,试样的电导率与松弛峰峰值频率fp随老化时间的增加而增大,能够很好地反映试样老化过程中介电特性的变化;温度不同时,低频下的复介电常数和复介电模量规律更加明显。因此,高温低频下的介电特性可以有效反映XLPE绝缘老化状况。     

介电谱用于评估XLPE电缆绝缘劣化状态的研究

电缆绝缘的介电性能与其劣化状态密切相关,本研究采用一种新的介电分析方法通过介电谱评估XLPE电缆绝缘的劣化状态,该方法通过对介电常数实部频谱进行数学变换获得新的谱图。首先在130℃下对XLPE电缆绝缘进行不同时间的加速老化实验,获得不同劣化程度的XLPE试样,然后用新的介电分析方法评估这些试样的劣化状态,并采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征其化学结构的变化。结果表明:新谱图中损耗峰的峰值频率能够表征电缆绝缘的劣化状态,峰值频率越低,劣化程度越严重。同时,羰基峰的出现表明XLPE的化学结构发生了变化,损耗峰峰值频率的变化与此相关。     

运行高压交联聚乙烯电力电缆的介电性能

为探究高压交联聚乙烯(XLPE)电力电缆在运行一段时期后的绝缘性能变化表征及老化程度判别依据,对新电缆、实际运行年限为2 a、5 a、9 a和12 a的220 k V高压XLPE电缆绝缘的介质损耗因数频谱、氧化诱导期和工频击穿电场强度等进行了研究。对实际不同运行年限的电缆样本进行了轴向切片处理,制取了表面平整、厚度为1 mm的片状试样并进行了测试。试验发现:XLPE的低频介质损耗因数与老化程度存在对应关系,当频率在0.1 Hz以下时,介质损耗角正切值(tanδ)随老化程度而呈现明显线性上升趋势;随着运行年限的增长,XLPE电缆的氧化诱导期(OIT)与羰基指数这2项参数均同时增大;当运行年限达到约5 a和12 a时,XLPE电缆的击穿电场强度明显下降,运行年限为12 a电缆的击穿电场强度比新电缆的降幅可达约13%。对以上参数的测量都可以作为评估运行XLPE电缆老化状态的有效手段,其中测试运行XLPE电缆的绝缘击穿电场强度变化情况可以反映其综合老化程度,是适合于实际工程应用的简单有效方法。     

基于超低频介损和U-I滞回曲线的XLPE电缆水树老化状态评估EI北大核心CSCD

为准确地评估交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆的水树老化程度,该文提出一种基于超低频介损和U-I滞回曲线的评估方法。对3组XLPE样本分别进行0、96和168h的加速水树老化,老化结束后采用快速超低频介损设备(very-low frequency dielectric loss detector,iFDS)在1mHz~1kHz范围内测试不同水树老化状态的XLPE电缆的介电频谱和不同频率下U-I滞回曲线。结果发现:水树老化后的电缆段在超低频段(1mHz~0.1Hz)的介损值显著增大,并在0.002和0.1Hz附近出现两个明显的松弛损耗峰。老化越严重的试样,U-I滞回曲线形变越严重。水树老化后电缆绝缘中产生了新的松弛极化过程,相较于单一频率0.1Hz下的介损值,超低频介电谱能够提供更丰富的绝缘状态信息。在1mHz下,U-I滞回曲线特性的偏转角变化率与曲线形变率均随超低频介损值的上升而增大,能够更加准确地评估电缆绝缘的水树老化程度。将超低频介损结合U-I滞回曲线可以有效地评估电缆绝缘的水树老化程度。     

XLPE电缆绝缘中的电树枝结构及其生长特性

为研究不同频率下半结晶XLPE电缆绝缘材料中的电树枝引发、生长及结构特征,系统的归纳了XLPE电缆绝缘中可能出现的电树枝特征及其与材料聚集态和残存应力的关系;采用变频高电压发生器、实时显微数字摄像技术及专用试样加工工艺,进行了大量的电树枝培养实验。实验研究发现,由于半结晶高聚物的不均匀结晶和电缆生产过程中在绝缘层中产生的残存应力的影响,使得50Hz施压频率下XLPE电缆绝缘试样中会生成枝状、枝状与丛林混合状及纯丛林状3类电树枝,而>500Hz高频下则只能生成稠密枝状电树枝,它们分别对应于不同的生长机理。低频下电树枝生长特性和电树枝结构与材料的聚集态密切相关,而高频下则关系不大。分形分析这些电树枝的结构后发现,电树枝的生长特性与其分形维数及其分形维数的变化有对应关系,故可用分形维数分类和定量描述这些电树枝.最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理。     

环氧-云母复合绝缘固化过程介电响应特性

为研究环氧-云母复合绝缘固化工艺条件对大型发电机绝缘质量影响的机理,采用频域谱法对电机线棒试品进行宽频介电谱测试。根据介电响应理论推导出介质损耗因数随频率和温度变化的关系式,同时实验研究了不同固化温度、固化时间下的介电参数频域特性。结果表明,170℃完全固化后的绝缘体系的介电响应特性要优于150℃和160℃时未达到完全固化的绝缘体系,固化后绝缘体系中小分子交联聚合成大分子,使能发生固化的极性分子大大减少,整体损耗也小于150℃和160℃下的损耗,且完全固化后的试样中各频率对应的损耗散点图也明显有一个收敛的趋势。研究表明,随着固化程度的增加,介质中容易发生转向极化的小分子逐渐减少,使同等频率下的松弛损耗相对于未固化时的损耗大幅度减小,固化后环氧-云母复合绝缘体系的介电性能有大幅度提高。     

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。     

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。     

温度和频率对XLPE电缆泄漏电流的影响

为了研究温度与频率对XLPE电缆泄漏电流的影响,采用粒料制作了XLPE片状试样,并对XLPE试样的复介电常数、电导率以及介电模量进行了测试,测试的温度和频率范围分别为20~200℃、10-2~105Hz。结果表明:复介电常数的实部随着频率升高快速降低,下降趋势随着温度升高而变缓;交流电导率与频率的关系遵循幂律定律,且其直流电导区域符合Arrhenius法则;介电模量谱很好地表征了介电松弛现象,能观察到被直流电导与电极极化淹没的损耗峰值,且随着温度的升高,损耗峰值向高频方向移动;XLPE绝缘的松弛极化的增强会造成介电常数以及松弛极化损耗的增大,在相同状态下,电缆泄漏电流会随着温度、频率的升高而增加。     

脱气热处理对110 kV交流XLPE电缆绝缘力学性能和介电性能的影响

脱气热处理工艺广泛应用于交联聚乙烯(XLPE)电缆的生产过程中,并对其性能有重要的影响。通过对数根完整切断的110 kV交流XLPE电缆分别进行不同温度和不同时间的脱气热处理,之后对其切片进行红外光谱分析、力学性能测试和介电性能测试,研究脱气热处理对XLPE性能的影响。结果表明:110 kV XLPE电缆绝缘层中的交联副产物主要是苯乙酮和枯基醇,交联副产物挥发速率随着脱气温度的升高而增大。结合交联副产物的挥发速率、生产成本和高温对电缆线芯的危害等因素考虑,110 kV XLPE电缆合理的脱气温度为70℃。交联副产物的含量随脱气时间的增加而减小,168 h后减小趋势减缓,至336 h时不再显著变化,因此XLPE电缆合理的脱气时间应控制在168～336 h。脱气时间对XLPE断裂伸长率的影响仅限于脱气处理初期,断裂伸长率随脱气时间的增加而增大,之后不再显著变化,将脱气时间控制在168～336 h能有效改善各层绝缘的力学性能。XLPE的介电常数和介质损耗均随脱气时间的增加而减小,但是当脱气时间超过168 h后,各层试样的介电性能变化不明显。     

材料性质对介质阻挡放电特性的影响

选取三种典型的介质材料：玻璃、环氧、聚四氟乙烯，通过试验研究它们的放电特性和介质厚度对放电特性的影响。结果表明阻挡层介质材料的选取对介质阻挡放电的特性有较大影响。试验和分析结果还显示了这样的规律，即选用介电常数较大、厚度较薄的材料容易产生强烈的放电。在理论上对这一试验结果给出了合理的解释．     

MOCVD (BaxSr1−x)Ti1+yO3+z (BST) thin films for high frequency tunable devices

Abstract

We have investigated the structural and electrical characteristics of (Ba_xSr_1?x)Ti_1+yO_3+z (BST) thin films synthesized at 650°C on Pt/SiO₂/Si substrates using a large area, vertical metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) reactor equipped with a liquid delivery system. Films with a Ba/Sr ratio of 70/30 were studied, as determined using X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) and Rutherford backscattering spectrometry (RBS). A substantial reduction of the dielectric loss was achieved when annealing the entire capacitor structure in air at 700°C. Dielectric tunability as high as 2.3:1 was measured for BST capacitors with the currently optimized processing conditions.     

共顶(轴)多介质锥(楔)中球(轴)对称静电场及其一般公式

本文提出并论证了多种介质锥公共锥顶点处点电荷的场是球对称场,多种介质楔公共棱轴处线电荷的场是轴对称场,给出了电位和电场强度的一般公式,并讨论了它们的应用。     

Alternating Current Conduction and Impedance Spectroscopy Analysis on Pulsed Excimer Laser Ablated (Pb,La)TiO 3 Thin Films

Lanthanum doped lead titanate (PLT) thin films were identified as the most potential candidates for the pyroelectric and memory applications. PLT thin films were deposited on Pt coated Si by excimer laser ablation technique. The polarization behavior of PLT thin films has been studied over a temperature range of 300 K to 550 K. A universal power law relation was brought into picture to explain the frequency dependence of ac conductivity. At higher frequency region ac conductivity of PLT thin films become temperature independent. The temperature dependence of ac conductivity and the relaxation time is analyzed in detail. The activation energy obtained from the ac conductivity was attributed to the shallow trap controlled space charge conduction in the bulk of the sample. The impedance analysis for PLT thin films were also performed to get insight of the microscopic parameters, like grain, grain boundary, and film-electrode interface etc. The imaginary component of impedance Z" exhibited different peak maxima at different temperatures. Different types of mechanisms were analyzed in detail to explain the dielectric relaxation behavior in the PLT thin films.     

交联聚乙烯电力电缆的介电损耗机理(英文)

基于电介质物理学经典理论及其在聚合物绝缘材料上的最新发展,阐述绝缘材料的介质损耗机理以及交联聚乙烯电力电缆介电损耗的最新研究进展。通过大量的试验研究,结合等效电路法和微观理论分析,发现了交联聚乙烯电力电缆绝缘系统中在不同频率时起主要作用的3种不同类型的介电损耗,且这些介电损耗共同造成了50 Hz频率电力电缆系统的介电损耗。这一新发现可以帮助电缆制造商提高生产技术,有助于电气工程师更好地了解电力电缆绝缘系统,从而可能减少电力电缆的介电损耗和增加其寿命。     

大型汽轮发电机主绝缘的频域介电响应研究

为研究将频域介电谱法(frequency domain dielectric spectroscopy,FDS)用于发电机绝缘状态无损诊断的可行性,对发电机线棒试品进行多因子加速老化,采用FDS法测量了不同老化程度下发电机定子线棒的介质损耗因数tanδ和相对介电常数ε,建立与常规试验参量介质损耗角正切tanδ和电容C之间的量化关系。结果表明,线棒试品的老化程度对频域谱曲线影响显著,随着老化的进行,tanδ和ε的值增大,低频下增大趋势更加明显,tanδ频谱曲线的损耗峰向高频方向移动;不同老化程度的线棒试品在特征频率处的tanδ与电容C、特征频率处的ε和工频下tanδ满足指数函数关系,研究成果表明FDS技术可用于发电机老化状态的无损诊断。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

绝缘介质介电频谱测量方法的研究

绝缘介质的介电频谱是绝缘聚合物研究中非常重要的参数。由于测量原理、测量方法和测量技术的不同,对相同材料的实际测量结果常常有偏差,这给绝缘聚合物的研究带来许多困难。为了得到一个准确的测量结果,利用Agilent 16451B电极夹具配合Agilent 4294A精密阻抗分析仪,采用接触法和非接触法分别对线性低密度聚乙烯(LLDPE)、有机玻璃(PMMA)和聚酰亚胺(PI)薄膜进行介电频谱测试。实验结果表明,非接触法是测量绝缘介质介电频谱较合适的方法,可以获得一个准确的结果。对于工频下的电桥测量,采用专门设计的柔性联接精密接触电极也能得到精确的测量结果。     

应用频域介电谱法的变压器油纸绝缘老化状态评估

通过频域介电谱法(frequency domain dielectric spectroscopy,FDS)测试分别在110和130℃下老化不同程度的变压器油纸绝缘试品的相对介电常数(εr)和介质损耗因数(tanδ),提出利用油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ值评估油纸绝缘老化状态的新方法,建立油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ与绝缘纸老化状态的量化关系。结果表明FDS低频段对油纸绝缘老化状态反应敏感,不同老化程度油纸绝缘试品在特征频率处的εr和tanδ值与绝缘纸聚合度满足指数函数关系;研究成果为将FDS用于无损诊断变压器老化状态提供参考。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。