3种聚合物薄膜拉伸状态下的绝缘强度研究

研究了聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺薄膜(PI)、聚丙烯层压纸(PPLP)3种聚合物薄膜经液氮浸泡和冷热循环后在拉伸状态下的电气绝缘强度,并与未处理的样品进行对比。结果表明:未处理时,PI薄膜的工频绝缘强度最大;经液氮浸泡后,PTFE和PI薄膜的工频绝缘强度相当,而PPLP薄膜的工频绝缘强度相对稳定。     

聚丙烯绝缘材料电导特性与空间电荷研究

为考察聚丙烯作为直流电缆绝缘材料在电气性能上的的可行性,选用等规聚丙烯材料制备测试试样,通过差示扫描量热法测试熔融温度(165℃)和结晶温度(111℃),针对击穿特性、强场电导和空间电荷分布与电荷的消散等电气性能对聚丙烯材料进行测试。击穿强度测试发现:其交流击穿强度明显低于直流击穿强度,交流击穿强度数据的的分散性相对于直流击穿要好。强场电导特性测试发现:在3.3 kV/mm电场下当温度升高到90℃时,材料的强场电导明显升高,达到室温时的2倍。空间电荷实验结果表明聚丙烯在较低的电场强度(10、20 kV/mm)下未出现明显的空间电荷,而在电场强度达到50 kV/mm时,出现了明显的异极性空间电荷。将试样上下电极短接进行短路发现,10、20 kV/mm下加压0.5 h后,经过0.5 h短路放电,试样内部的空间电荷几乎释放完全。而在50 kV/mm下加压0.5 h后,经过1.5 h的短路时间仍然看到试样内部驻留着大量的异极性空间电荷。     

高温超导电缆及其低温绝缘研究现状

概述了世界上高温超导电缆的研究历史和现状,介绍了高温超导电缆本体的基本结构及绝缘要求,分析了高温超导电缆主绝缘的结构及存在的问题。针对高温超导电缆中使用的液氮和几种低温固体绝缘材料,分别介绍了其在低温环境下介电性能的相关研究进展。总结发现：液氮的击穿场强受到气泡和电极材料的影响;液氮下绝缘材料的直流击穿场强高于交流击穿场强;聚酰亚胺在液氮下的交直流击穿场强高于聚丙烯层压纸;低温会抑制环氧树脂中电树枝的生长。     

500 kV直流电缆接头增强绝缘设计关键参数及其控制研究

500 kV直流电缆接头设计的核心内容是增强绝缘的材料性能和几何结构.本文计算和仿真了直流电缆接头内电缆主绝缘与增强绝缘双层介质的电场分布特征,分析了直流电缆接头由界面放电引起的击穿故障的发展机理,测试了直流电缆接头中的交联聚乙烯(XLPE)与硅橡胶(SR)介质界面的击穿特性.结果表明:增强绝缘与电缆接头主绝缘的电导率和界面切向电场强度是增强绝缘设计的关键参数;增强绝缘材料的电导率在温度和电场容许范围内应始终小于XLPE;主绝缘与增强绝缘界面的切向电场强度是影响直流电缆接头运行可靠性的关键控制参数,在最不利的条件下其阈值为2.5 kV/mm.研究结果为解决直流电缆接头尤其是增强绝缘的设计问题提供了新方法.     

高载流量柔性直流电缆绝缘料关键性能研究

为实现高压柔性直流电缆绝缘材料国产化,文中通过添加纳米粒子方法制备了高载流量(工作温度90℃)柔性直流电缆绝缘料试样,开展了空间电荷、电阻率、直流击穿电场强度等关键电气性能指标的试验研究,并与高压交流电缆绝缘料和国外柔直电缆绝缘料这2种材料的相应试验结果进行了对比分析。结果表明,该柔直电缆绝缘料在常温(20℃)和高温(90℃)下具有良好的空间电荷抑制性能,电场畸变率小于5%;与其他2种材料相比,该绝缘料在高温下的电阻率增加约10倍、电阻率温度系数下降约1/3,能够降低柔直电缆的热损耗并有利于整个柔直电缆系统的绝缘设计;该绝缘料在高温下的直流击穿电场强度为其他2种材料的1.27～1.6倍。研究表明,该柔直电缆绝缘料电气性能优异,能够用于工作温度90℃的柔直电缆绝缘。     

XLPE及XLPE/MgO纳米复合材料的击穿强度与力学性能的比较研究

对比研究了氧化镁/交联聚乙烯电缆绝缘复合材料和传统的交联聚乙烯材料的击穿强度、力学性能、形态与分布、热稳定性和结晶度。结果表明,与传统交联聚乙烯相比,纳米复合材料的直流击穿强度、交流击穿强度、拉伸强度和初始分解温度分别提高了约20%、8%、7%和10%,介电常数和介质损耗因数基本不变,表明氧化镁纳米粒子的加入可提高电力电缆绝缘材料的击穿强度、力学性能和热稳定性。     

液氮下杂化薄膜材料的直流击穿性能研究

对纯聚酰亚胺薄膜Dupont 100HN、杂化聚酰亚胺薄膜Dupont 100CR、纯诺梅克斯纤维纸Dupont Nomex T410、杂化诺梅克斯纤维纸Dupont Nomex T418、聚酰亚胺薄膜Dupont150FN019(由纯聚酰亚胺薄膜100HN和铁氟龙构成分层结构的薄膜)及聚酰亚胺薄膜150FCR019(由杂化聚酰亚胺薄膜100CR和铁氟龙构成分层结构的薄膜)在液氮下进行直流击穿测试,并对非杂化薄膜和杂化薄膜的直流击穿性能进行比较。结果显示杂化薄膜直流击穿场强高于非杂化薄膜材料,并对非杂化薄膜和杂化薄膜击穿的差异性进行了分析。     

35kV超导电缆终端电流引线的绕包型绝缘设计

目前电流引线大多采用挤包型绝缘结构,为改进引线绝缘性能,提出对35kV超导电缆终端电流引线采用绕包型绝缘结构设计。选择了一种在低温条件下仍具有较好电气性能和机械性能的聚丙烯层压纸(LPP)对电流引线进行绕包,并等间距地加入铝箔作为电容屏以改善电流引线的电场分布。通过计算和仿真分析可知,加入4层铝箔对绝缘层电场分布的改善效果最为显著。电气性能测试表明该35kV电流引线完全符合电气性能要求。该绕包型绝缘设计的特点为:绝缘层可以骤冷,且不会遇低温开裂;改善了轴向与径向电场和绝缘层的抗电老化性能,提高了绝缘层的击穿电压。     

纳米改性聚丙烯复合绝缘材料性能研究Ⅰ——在交流电场下的击穿特性

聚丙烯作为一种复合绝缘材料目前已广泛应用于射频电容器及电力电缆等设备中。聚丙烯混合天然纳米黏土颗粒后可作为一种纳米复合绝缘材料应用于实际工程中。本文旨在通过实验及理论的研究获取该复合绝缘材料的电气性能,为其应用提供技术支持。首先搭建了一套用于测试材料电气击穿特性的综合实验平台,接着分别在2种不同的加压方式下测量得到了混合不同重量比例(0%、2%和6%)纳米黏土颗粒的聚丙烯绝缘薄膜的电流密度及击穿场强值。研究结果表明:1)混合纳米颗粒的聚丙烯其击穿场强要明显高于未经纳米黏土添加的试品;2)复合绝缘材料电流密度与电场强度之间呈现非线性的函数关系,并有饱和趋势。随着电场强度的增加,复合绝缘材料的相对介电常数也发生着变化。在本文的实验样品范围内,纳米黏土颗粒的添加比重为2%时对于材料电气性能的提升较为明显。本文的研究成果可为聚丙烯复合绝缘材料的应用提供参考。     

交联聚乙烯与浸渍纸绝缘直流电缆接头电场分布

针对交联聚乙烯(XLPE)绝缘直流电缆与粘性浸渍纸(MI)绝缘直流电缆相连接头提出了新的绕包式绝缘结构,为了验证该结构的可靠性,应用仿真软件计算了该接头的电场分布。仿真结果发现,当采用增绕绝缘方式制造直流电缆的相连接头时,选取电导率略高于工厂绝缘电导率的绝缘材料作为增绕绝缘材料,可明显改善应力锥根部的电场分布,接头中的场强分布较为合理;反极性脉冲电压作用时,由于反向冲击电压形成的电场强度的方向与之前的直流电压形成的稳态电场方向相反,因此,聚四氟乙烯(PTFE)做增绕材料相较于MI的场强畸变程度降低。最高工作温度下接头中的电场分布计算结果表明聚四氟乙烯适宜做增绕绝缘材料,应用该增绕材料制备的接头最终通过了型式试验。     

浅析高压开关设备中提高气体间隙击穿电压的措施

从理论上分析了高压开关设备中提高气体间隙击穿电压的几项措施。     

复合I型绝缘子的直流鸟粪闪络特性研究

为减少鸟害事故发生,提高线路运行可靠性,有必要对鸟粪闪络特性进行研究。本实验采用了浸渍有鸟粪模拟液的棉布条来模拟鸟粪,以复合I型绝缘子为研究对象,试验模拟研究了在直流电压下,鸟粪从均压环正上方和侧上方下落时,其空间位置对起晕电压、击穿电压和击穿场强的影响。研究表明,当模拟鸟粪与均压环距离增大时,击穿电压升高,击穿场强会随着间隙距离的增大而逐渐降低,接近于棒－棒间隙的击穿电场强度。最后,利用COMSOL有限元仿真软件进行了计算。试验和仿真结果对输电线路的建设和维护有一定的参考价值。     

高功率二极管真空绝缘结构设计与实验

介绍了二极管真空绝缘中真空沿面闪络理论、绝缘结构设计要点以及沿面闪络域值估算方法,提出二极管结构优化设计的思路和方法,通过数值计算对一种高功率二极管真空绝缘设计进行了优化,一方面降低了三相点的电场强度和绝缘体沿面电场强度,另一方面提高了绝缘体表面的沿面击穿场强,从而大大改善了二极管绝缘体的绝缘性能,延长其使用寿命。实验结果表明优化后的二极管绝缘结构满足设计指标,在正常工作电压下未发生击穿现象。     

谈110 kV及以上交联电缆接头制作的几个关键问题

通过对110 kV电缆头制作过程中普遍存在的因界面压力、电缆主绝缘回缩、受潮和施工环境等问题的介绍,分析了各环节应注意的问题,提出相应对策.     

SF_6—CO_2混合气体的绝缘强度

研究表明,虽然SF_6—CO_2混合气体在均匀电场中的击穿强度稍逊于同样混合比的SF_6—N_2混合气体,但在不均匀电场中的击穿强度、特别是在雷电冲击电压下的击穿强度,却优于SF_6—N_2.此外,SF_6—CO_2在气膜复合绝缘中的局部放电特性也优于SF_6—N_2混合气体.     

10、35kV级变压器主绝缘结构试验研究

本文将小油隙理论用于10、35kV变压器主绝缘结构设计中,应用绕组端部电场的数值计算、主绝缘结构模型的工频和冲击击穿试验,对所提出的新型10、35kV变压器主绝缘结构进行了试验研究.从而提出了合理的10、35kV变压器主绝缘结构尺寸.     

钛酸铜钙-氮化硼掺杂EPDM复合介质的电学和力学性能研究

非线性电导材料的应用是解决高压直流电缆附件内部电场集中问题的一种有效方案。因此,通过掺杂钛酸铜钙(calcium copper titanate,CCTO)纳米填料对三元乙丙橡胶(ethylene-propylene-diene monomer,EPDM)进行改性,在较低的掺杂体积分数(2%CCTO)下,复合介质展现出较好的非线性电导率;当掺杂10%CCTO时,非线性系数可达到5.40。但同时发现,高掺杂含量复合介质的击穿场强劣化严重。基于此,选择具有良好绝缘及导热特性的六方氮化硼(boronnitride,BN)与CCTO共同掺杂至EPDM中,研究发现,共掺杂复合介质的击穿场强有明显改善,φ=10%CCTO/ω=9%BN/EPDM的特征击穿场强为90.1 kV/mm(φ为体积分数,ω为质量分数),相比10%CCTO/EPDM(66.3 kV/mm)提高了35.9%,此时,共掺杂复合介质仍然表现出明显的非线性电导特征。此外,探讨了温度对复合介质非线性电导和击穿特性的影响,并对掺杂复合介质的力学性能进行测试分析,研究发现,2种无机填料的掺杂对EPDM力学性能的改善效果较为显著,随着CCTO掺杂含量增加,复合介质的拉伸强度以及断裂伸长率逐渐增加。     

The application of novel polypropylene to the insulation of electric power cable (3)

Having a higher melting temperature than polyethylene, polypropylene has been expected to be an insulation material for power cables. But isotactic polypropylene (i‐PP) used generally is unsuitable as cable insulation because it shows poor flexibility, low breakdown strength due to growing spherulites, and so on. But stereoregular syndiotactic polypropylene (s‐PP) newly developed with metallocene catalyst shows quite different properties than i‐PP. In our previous paper, we investigated the basic properties of s‐PP and the initial properties as a cable which was manufactured using s‐PP insulation. It was revealed that s‐PP had superior thermal and electrical properties to cross‐linked polyethylene and the s‐PP insulation table showed satisfactory initial properties. However, in order to apply to an actual cable, the properties must be maintainable over 30 years after construction. In this paper, we estimated the long‐term remaining properties for s‐PP insulation table. A series of experiments on long‐term properties gave the following results: (1) s‐PP cable shows longer life over 30 years; (2) the breakdown strength of s‐PP cable after a long‐term experiment equal to 30 years is slightly lower than the initial breakdown strength, but it is sufficient as a remaining property. Furthermore, water‐tree resistivity of s‐PP was investigated and it was revealed that s‐PP significantly suppressed the water tree propagation compared with XLPE. These results suggested that s‐PP cable would serve as a next‐generation cable. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 155(3): 1–8, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience. wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20114     

Application of a novel polypropylene to the insulation of an electric power cable

Cross‐linked polyethylene (XLPE) has been widely adopted as insulating material for high‐voltage power cables up to 500 kV. Further improvement of electrical and thermal properties on insulating material is required in order to increase cable operation efficiency. Therefore, the development of novel insulating material possessing high thermal properties will be necessary. Recent progress of catalysis technology contributes to obtain new polymeric materials which may be applied to electrical insulation. The authors investigated the basic properties of newly developed stereoregular syndiotactic polypropylene (s‐PP) which is synthesized with homogeneous metallocene catalyst. Though recycling of cross‐linked polymers such as conventionally used XLPE may be difficult because of their poor heat deformation, the s‐PP which is not cross‐linked must be suitable for recycling. A series of experiments on its physical and electrical properties gave the following results.

• (1) s‐PP has sufficient flexibility compared with isotactic polypropylene (i‐PP ).
• (2) Both AC and lightning impulse breakdown strength of s‐PP in spite of no cross‐linking are superior to those of XLPE in the temperature range from 25 to 90 °C.
• (3) Degradation by copper of s‐PP is less than that of i‐PP.
• (4) s‐PP/VLDPE blend shows sufficient brittleness temperature for use.

These results suggested that s‐PP should serve as insulating material for power cables at higher‐temperature operation. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 146(1): 18–26, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002//eej.10210     

合金材料在真空中的电击穿行为

测试了纯铜、铬青铜及４０Ｃｒ铁基合金在真空间隙中的耐电压强度,研究了合金元素及显微组织对合金材料电击穿行为的影响。认为对于合金材料不能根据材料硬度作为评价电极间隙耐电压强度的标准,而应该考虑成分、组织状态、材料缺陷等一系列显微组织参数的综合作用。