复合电介纳米质的短时击穿及长时失效特性

介绍聚合物绝缘失效对电网的安全运行造成严重的影响,聚合物纳米复合电介质作为第三代绝缘材料表现出优异的电气特性,其中短时击穿及长时失效是纳米复合电介质的关键性能之一。针对目前纳米电介质的研究现状,综述了纳米电介质的短时击穿、真空沿面闪络、耐电晕、耐局部放电、耐电树老化、疏水特性以及其非线性电导特性,讨论了纳米掺杂对以上性能的改善机理。总结了纳米电介质研究的关键理论和技术问题,认为纳米粒子和聚合物基体之间的界面区是影响纳米电介质电气、理化、机械等性能的关键,并指出对纳米电介质界面区的认识及调控是今后的研究方向和重点。     

纳米TiO2-MWCNTs掺杂提升环氧绝缘材料真空直流沿面闪络性能

选用两种纳米填料:纳米氧化钛(TiO2)和多壁羟基碳纳米管(MWCNTS),向环氧树脂中单独或同时加入两种粒子,制备16种不同的环氧纳米复合电介质.通过体积电阻率测试、表面电位衰减试验与真空直流沿面闪络试验,探究纳米粒子对环氧纳米复合电介质沿面闪络特性的影响.结果表明:环氧纳米复合电介质的沿面闪络电压与填料的质量分数有关,适量的纳米填料会提升复合电介质的沿面闪络电压.单独加入纳米TiO2与MWCNTS分别将闪络电压提升了14.49％和23.11％,同时加入两种填料可进一步将闪络电压提升至44.99 kV,提升幅度高达36.06％.通过表面电位衰减曲线计算了材料的表面陷阱特性.分析深陷阱与沿面闪络电压的关系发现,闪络电压与深陷阱能级线性相关,陷阱能级越深,闪络电压越高.同时添加两种纳米粒子可以提高材料的深陷阱深度,从而抑制材料表面电子发射和电荷输运过程,提高沿面闪络电压.     

固体电介质真空沿面闪络研究进展

针对真空中复合绝缘体系的耐电强度受到沿面闪络现象限制问题,综述了国内外真空沿面闪络相关的研究进展。研究发现,真空中固体绝缘介质的沿面闪络性能受老练方式、介质的表面特性及体特性、介质表面沉积电荷、绝缘体系的电场分布等因素影响。机理分析认为真空中的沿面闪络现象实质上是高场下电荷在气-固界面的输运行为,其过程涉及到介质表层中的电荷捕获/脱陷特性、二次电子的发射特性、以及气相中的气体(或解吸附气体)分子的碰撞电离/电子倍增等过程,沿面闪络的发展和形成是以上几个因素相互耦合作用结果。基于以上分析及认识,认为可以从改变材料表面特性及体特性和改善整个绝缘体系的电场分布方面,来提升真空沿面闪络电压。     

介质击穿与界面区陷阱特性的关联

为了研究介质击穿与陷阱特性的关联,分别制备掺杂1%质量分数的聚丙烯/氮化铝和聚丙烯/氧化铝纳米复合电介质,测试了试样的热刺激电流、介电频谱、电阻率和直流击穿特性。实验结果表明：纳米复合电介质的深陷阱密度、体积电阻率和直流击穿强度均高于纯聚丙烯试样。分析发现纳米复合电介质的电阻率和击穿场强与深陷阱密度呈正相关性,深陷阱密度增加,其电阻率和击穿场强增加。基于电荷输运模型和交互区势垒模型,解释了直流击穿机理：介质体内深陷阱密度的增多来源于纳米掺杂形成的界面区;深陷阱密度的增加增强了捕获效应,限制了载流子迁移,导致载流子平均自由程、载流子迁移率和能量减小,使得电导率降低;高场强时,捕获效应增强抑制了介质体内载流子倍增过程,导致碰撞电离不易发生,直流击穿场强增加。     

提升纳米复合电介质击穿强度的理论与方法

聚合物复合电介质材料在电工领域有着广泛的应用。在电力设备运行过程中,电介质材料在温度、电(磁)场、机械力以及环境的作用下会发生击穿现象,造成电力设备失效以及由此引起的损失。因此,提升复合电介质的击穿强度一直是电工领域的重要问题。纳米复合电介质代表未来电力设备绝缘的发展方向。该文首先简述聚合物电介质的基本击穿理论,并总结提升纳米复合电介质击穿强度的基本策略及原理。接着,聚焦纳米粒子对电荷产生、输运以及电场分布的作用,总结几种提高纳米复合电介质击穿强度的方法,包括纳米粒子的表面工程、调控纳米粒子的维度和排列、制备多层结构的复合电介质、制备核壳结构纳米粒子复合介质,以及利用金属纳米颗粒的纳米效应。最后,对提升纳米复合电介质击穿强度未来的研究方向进行展望。     

直流-温度复合场下环氧树脂内电树枝生长特性研究现状

本文介绍了直流复合场对电树枝生长特性的影响规律,综述了温度和电场耦合条件下电荷输运对电树枝劣化的影响机理及环氧树脂纳米复合电介质电气性能的研究进展.     

氟化改性石墨烯纳米片对环氧树脂复合材料沿面耐压性能的影响EI北大核心CSCD

环氧树脂(epoxy resin,EP)的氟化纳米改性是提升复合绝缘材料沿面耐压性能的重要手段。该文对石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GNPs)分别进行等离子体氟化、化学氟化与等离子体–化学协同氟化3种不同形式的改性处理,探究不同氟化方式对含氟界面层的影响,并揭示其对EP复合材料直流沿面耐压性能的提升机理。结果表明:3种氟化石墨烯纳米片均对EP复合材料沿面闪络电压有提升效果。进一步对EP复合材料表面电荷消散情况及陷阱分布特性进行分析,发现不同接枝形式的GNPs对EP复合材料沿面耐压性能的提升机制存在差异。填料GNPs与EP基体间有效键合作用的形成,可以促进电荷沿GNPs的输运,从而影响EP复合材料的沿面耐压性能。     

聚合物纳米复合电介质界面微区原位测试研究进展

聚合物纳米复合电介质具有优异的电学、热学以及力学性能,在电力和能源等领域被广泛应用。研究者们将聚合物纳米复合电介质的特殊性能归因于基体与纳米颗粒之间形成的界面。但是传统的研究手段不能给出界面作用机理的直接证据,因此近年来以原子力显微镜为基础的界面微区原位测试成为重要的研究方法。该文首先对原子力显微镜的基本原理做简要介绍,然后对基于原子力显微镜的微区测试进行综述,包括线性电介质复合材料介电特性、铁电聚合物复合材料极化特性、电荷分布与输运、微区红外光谱等方面,最后对目前聚合物纳米复合电介质材料界面微区原位测试中存在的问题进行讨论,并展望界面微区研究未来的发展方向。     

真空中固体电介质沿面闪络现象研究现状

真空中固体电介质沿面闪络现象是制约真空断路器等电真空器件整体性能的重要因素。通过分析真空中固体电介质沿面闪络现象的机理及影响因素,对目前研究工作中存在的问题进行讨论。     

聚合物绝缘材料表面电荷衰减特性研究进展

聚合物材料表面电荷动态特性的研究对于材料介质的老化、击穿和闪络特性有重要意义。针对目前绝缘聚合物材料表面电荷特性的研究现状,文中首先讨论了表面电荷的产生途径和实验常用的几种测量方法,简要分析了不同测量方法的特点和应用方向。表面电荷动态特性以积聚和衰减为主,并且受电极结构、电压波形、环境气体及压强、表面处理以及加入添加剂等多种因素的影响。文中综述了目前国内外文献中不同因素对动态特性变化的影响结果。为了进一步理解表面电荷的变化本质,文中还分别论述了表面电荷积聚和衰减的机理研究,为改善材料的电绝缘性能提供理论基础。     

Flashover mechanism of silicone rubber insulators used for outdoorinsulation-I

Experimental results show that the contamination performance of silicone rubber composite insulators is better than porcelain insulators. This is attributed to the hydrophobicity of the silicone rubber. This suggests that the flashover mechanism of these insulators is different. This paper experimentally investigates contamination build-up, diffusion of low molecular weight (LMW) polymer chains, surface wetting, electrical field caused interaction between droplets, generation of conductive regions and filaments, field intensification caused spot discharge and the ultimate flashover of silicone rubber along wetted filaments. The studies resulted in a new flashover mechanism, which provides a better understanding of the superior performance of silicone rubber outdoor insulators. The results will be useful for the development of improved laboratory test procedures and to evaluate composite insulators' performance in contaminated conditions. The part of the paper describes an overview of the flashover mechanism and the diffusion of LMW polymer chains and wetting of the silicone rubber surface in detail     

真空中固体绝缘沿面闪络现象的研究进展

针对长期以来高电场下复合绝缘系统的耐电性能受绝缘材料的沿面闪络现象所限制,严重制约了很多电气电子系统的整体性能的现状,迫切需要深入研究真空中绝缘子沿面闪络现象,为此,综述了国内外相关研究现状和进展,认为此现象是一种发生在高电场下的复杂界面(电极与材料的交界面)和表面(材料的表面)的物理现象。闪络过程在本质上反映出高电场下的电荷行为,由体内(材料的表层内)和体外(材料的表面及表面以上)2过程支配。需综合考虑绝缘材料的介电常数、电阻率、二次电子发射特性、表面陷阱分布等影响因素,进而提出表征和改善真空中沿面闪络特性的综合评价体系,最终达到认识新的物理现象并将之有效调控的目的。     

Space charge in dielectrics. Energy storage and transfer dynamicsfrom atomistic to macroscopic scale

The consequence of the coupling of a charged particle with a polarization field is the formation of a quasi-particle called the `polaron'. The degree of `localization' of such charge depends on the nature of this coupling. In this way, trapping at an atomic scale is described as resulting from the evolution of a coupling involving successively: the electronic polarization field, the infrared polarization field, and the quasi-static ionic polarization field. The internal energy stored in the surrounding medium polarized by the charge is high because the charge is so well localized. The maximum of this energy is obtained for the quasi-static polarization field; its magnitude is of the order of 5 to 10 eV per trapped charge. This work addresses the physics of aging and of the breakdown process on the basis of an unsustainable increase in local internal energy within the material, due to charge trapping-the polarization around a trapped charge increases the local energy; the relaxation of the material lattice then follows a rapid detrapping of charges from their sites, releasing the local excess site region energy into the material. Such a release executes transient virtual work on the material, producing macroscopic dielectric damage, and when critical, unstable conditions are achieved in the time domain, this is followed by electrical breakdown. This interpretation of electrical material breakdown is related to bulk breakdown as observed in thin film laminate structures (~μm) and surface flashover as seen in large structures (~mm to cm)     

长效防污闪涂料——室温固化硅氟聚合物的研究

介绍一种室温固化硅氟聚合物(RTVSIF)长效防污闪涂料,用它喷涂后的瓷绝缘子表面具有优异的润滑性和很强的憎水性,从而可以显著提高绝缘子的耐污性能。通过人工加速光老化试验、涂层电性能试验、绝缘子人工污秽试验、自然污秽试验和挂网试运行,表明RTVSIF是一种理想的防污闪涂料。     

Prediction parameters of dimensioning of insulators under non-uniform contaminated conditions by multiple regression analysis

Surface tracking on solid insulators is one of the most severe breakdown mechanisms. Accurate assessment of real insulation conditions can be achieved by using the statistical techniques that assist the measurement and monitoring of contamination severity, flashover voltage and leakage current.To address the uncertainties that surround the exact physical mechanisms underlying the mathematical models, it has been shown that it is possible to include in the assessment of insulator performance contamination accumulation that is predicted by using a short historical of chemical components and atmospheric conditions. The results from this work are useful to predict the contamination severity, flashover voltage as a function of contamination severity, leakage current as a function of applied voltage, arc length and contamination severity, and especially to predict the flashover current.     

极性反转条件下油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器的油纸绝缘会承受极性反转电压,容易造成绝缘失效.基于油纸沿面绝缘结构的极性反转闪络试验平台,研究了油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响以及直流极性反转条件下油纸绝缘沿面闪络电压与单极性直流电压下沿面闪络电压的差别,并分析了油纸绝缘沿面放电针板电极模型的界面电荷在极性反转条件下对油纸绝缘沿面闪络电压的影响,发现油纸积聚的界面电荷密度越大极性反转时发生沿面闪络的电压越低.     

氧化铝陶瓷绝缘子真空沿面闪络过程中的陷阱机制

采用热刺激电流法(TSC)研究了不同烧结温度和掺有不同添加剂的氧化铝陶瓷的陷阱能级密度分布特性以及在负脉冲电压作用下的真空中表面带电和沿面闪络特性。研究发现，氧化铝陶瓷的陷阱分布与其真空中的表面带电和沿面闪络特性之间存在一定的内在联系，即材料中的陷阱密度越大，其表面电荷密度越高，且沿面闪络电压越低。上述结果表明，氧化铝陶瓷在真空沿面闪络过程中，除了电介质的二次电子发射作用外，载流子的入陷、脱陷机制也起着相当重要的作用。     

纳米填料对聚合物介电性能的影响

聚合物基纳米复合材料作为电介质和电气绝缘材料在电力电子技术领域有着广泛的应用前景。在综合国内外近年来公开发表的相关文献基础上,对无机纳米粒子的填充对聚合物材料在击穿强度、体积电阻率、介电性能以及耐电晕等方面的研究进展进行了评述,并指出今后研究的方向。