纳米颗粒接枝密度对纳米复合XLPE空间电荷特性的影响

为研究纳米颗粒接枝密度对交联聚乙烯(XLPE)纳米复合介质空间电荷特性的影响,分别将未接枝和经不同含量硅烷偶联剂(MDOS)接枝的胶体SiO2纳米颗粒通过熔融共混法添加到XLPE中。扫描电镜观测表明未接枝组别出现数微米尺寸的严重团聚,接枝后纳米颗粒分散性改善;红外光谱分析表明接枝后的纳米颗粒出现MDOS吸收峰,随接枝密度增大而增强;由热重分析结果计算得到了纳米颗粒的接枝密度;差示量热扫描测试结果表明随接枝密度的提高,纳米复合XLPE的熔点略呈上升趋势。-50 kV/mm电场下,XLPE和MDOS/XLPE试样均出现正极性空间电荷包现象,说明仅仅添加MDOS并无捕获或抑制空间电荷的效果。纳米复合后空间电荷受到抑制,随接枝密度的提高抑制效果更加明显。分析认为,MDOS接枝SiO2纳米颗粒,减小SiO2纳米颗粒与基体的表面能之差,促进纳米颗粒的分散,增大了纳米颗粒-聚合物的界面面积,产生的更多陷阱所捕获的电荷进一步降低电极-电介质界面附近的局部电场,但也减小了去极化过程残余电荷的消散速度。     

硅橡胶电树枝通道微观形貌研究

电树枝是引起聚合物绝缘材料破坏的重要因素之一,电树枝通道形貌包含了材料绝缘寿命、缺陷形成机理等重要信息。为此,利用共焦显微镜,首次使用荧光显微法对电缆内绝缘用硅橡胶(SIR)材料中电树枝老化通道进行逐层扫描观测,得到荧光显微法三维电树枝形态图和透射光源法电树枝微观形态图。另外,利用扫描电子显微镜(SEM)对电树枝通道横切面进行观测,得到电树枝通道横切面电镜图像并利用暗视野显微成像得到电树枝通道落射光法显微图像。通过上述4种实验观测方法得到的电树枝通道形貌图表明,硅橡胶电树枝通道整体形态为由球状破坏点连成的树枝状中空气隙通道,这种形貌特点首次通过实验方法直接观测得到。进而,基于这一实验结果和电树枝局部放电理论,提出了硅橡胶电树枝球状生长模式,不仅与实验观测相符合,也可为进一步研究硅橡胶中电树枝生长机理提供基础。     

造纸用水电导率对油纸绝缘电气特性的影响

水在纸的制造过程中发挥了关键作用。为探究水电导率对油纸绝缘电气性能的影响,分别利用电导率为3μS/cm的纯净水和电导率为100μS/cm,500μS/cm和1 000μS/cm的氯化钠溶液制备绝缘纸,进而得到油纸试样。对所得试样,测试电导电流、体积电阻率、介电特性和击穿特性。结果表明:随着造纸用水电导率的增加,油纸试样的电导电流上升,体积电阻率下降,介质损耗角正切值增大;交流击穿场强没有显著变化而直流击穿场强从90 kV/mm下降到72 kV/mm。利用离子色谱仪分析绝缘纸中钠离子和氯离子的质量分数,发现离子质量分数随水电导率的增加而升高。由此得出,造纸过程中随着水电导率增加,纸中残留的离子含量增加,从而引起油纸绝缘部分电气性能的变化。     

重复加压及直流预压过程对油纸绝缘局部放电特性的影响

换流变压器出厂试验过程,经常遇到直流耐压试验结束后若干h内,交流耐压试验按照GB/T 18494.2执行无法顺利通过的问题,说明直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性产生一定影响。为此,采用球-板电极模型模拟油纸绝缘系统中的稍不均匀电场,试验探究重复加压与直流预压过程对油纸绝缘局部放电特性的影响,重点对比分析纯交流初次加压、重复加压以及直流预压3种情况下的局部放电起始电压、临界击穿电压及熄灭电压变化规律。研究结果表明:重复加压过程会大幅减少绝缘系统的局部放电起始电压(降至约33.44%),临界击穿电压下降约7.84%,熄灭电压几乎不受影响,经过高压端接地约8~9 h后,系统内的局部放电耐受水平与初次升压过程水平相当;而直流预压过程会一定程度上减小系统的局部放电起始电压(降至约82.38%)、临界击穿电压(降至约89.75%),且随着直流预压水平的提高上述两参数降幅更加明显,熄灭电压几乎不受直流预压作用的影响,一般经过4~6 h高压端接地静置,直流预压过程对于油纸系统内局部放电特性的影响消失。基于多次试验结果,提出重复加压及直流预压过程产生的空间预存电荷是对交流电压下局部放电特性造成影响的主要原因。     

不同含水量油纸绝缘热老化过程中的空间电荷特性研究

水分会导致油纸绝缘电气性能下降并加速老化,但是水分对油纸老化过程中空间电荷特性的影响鲜有报道。本文利用电声脉冲(PEA)法研究了不同老化阶段、不同含水量油纸中的空间电荷特性,结果表明当含水量较低时,增加含水量可以加速空间电荷到达稳态,但是进一步增加含水量反而会减速;老化初期的油纸主要以异极性电荷积聚为主,而随着老化程度的加剧,逐渐演变为同极性电荷注入。随着含水量的增加,需要更长的老化时间电荷注入类型才会发生变化,继续增大含水量将加速注入类型的转变。分析认为水分一方面会加速老化,加剧空间电荷积聚,另一方面会加快或减缓空间电荷到达稳态的过程,所以电荷注入类型会发生转变,转变时油纸中的空间电荷会很快到达稳态,阳极附近空间电荷积聚变少,电场畸变程度小。     

居里温度区BaTiO_3基陶瓷电容器的直流击穿特性

研究了BaTiO3基多层陶瓷电容器(MLCs)直流击穿与温度的关系。测量了从室温到250℃范围内BaTiO3基多层陶瓷电容器的直流击穿场强(BDFs),通过分析直流预压对BDFs的影响,发现空间电荷的同性效应对MLCs的室温和居里温度区的直流击穿有很大的影响;而在高温区,MLCs的直流击穿主要是热击穿。最后根据结构控制Schottky电导理论,联系热离子反射过程和势垒高度对空间电荷积累的影响,从而得出居里温度区具有极小击穿场强的直流击穿特性与BaTiO3基陶瓷绝缘体相转变导致的势垒高度的增加相一致的结论。     

变压器油与绝缘纸板电导特性研究

从电导特性的角度研究了变压器油在高场强下的预击穿过程及机制,将变压器油在不同电场下的电导机制分为3个阶段:①在电场低于0.44 kV mm 1时,电导电流I与外施场强E成正的线性关系,符合欧姆定律;②电场强度在0.44 1.33 kV mm 1范围内时,ln(I/E2)1/E成正比,满足Fowler-Nordheim场致发射方程,属于隧道效应电流阶段;③当油中电场强度E>1.33 kV mm 1,I与电压的二次方U2成正比,属于空间电荷限制电流阶段,载流子视在迁移率c约为2.93 10 3cm2/(V s),当外施电场为2 kV mm 1时,载流子流速v为0.586 m s 1,电流体力学迁移率h约为1.5 10 3cm2(V s)1。同时,对影响变压器油电导特性的温度、流体压强、油中含水等因素进行研究,试验结果表明,随着温度的升高、流体压强的减小以及油中含水量的增加,变压器油的电导电流均将明显增加。此外,对工程上关注的不同浸油程度的绝缘纸板的电导和介电特性及其影响因素进行研究,结果表明,随着浸油水平、温度和工作频率的提高,绝缘纸板的电导电流均将相应增加。     

氧气浓度对低密度聚乙烯直流老化电特性的影响

为研究氧气浓度对绝缘材料直流老化过程的影响,将低密度聚乙烯(LDPE)置于纯氮气、空气、纯氧气3种不同的氧气浓度气氛下进行直流老化,并利用电声脉冲法测量LDPE老化试样的空间电荷特性。结果表明:100 h直流老化条件下更高的氧气浓度可以降低陷阱平均深度,提高空间电荷迁移率。测量老化100 h后试样的电特性,发现高氧气浓度能够增大试样的体积电阻率和正极性直流击穿电压,且随着氧气浓度的增大,击穿电压呈U形击穿特性。     

形态对聚乙烯中空间电荷包运动特性的影响

空间电荷相关研究是直流电介质材料特性研究的重要领域,聚乙烯则是主要的内绝缘材料之一。为了对高压直流条件下聚乙烯中的空间电荷现象进行深入研究,应用电声脉冲法空间电荷测量系统对高场强下低密度聚乙烯中的空间电荷现象进行测量,观察到了空间电荷包现象。研究结合不同热处理方法得到了不同微观形态的聚乙烯试品,并在不同场强下结合微观形态的变化对低密度聚乙烯的空间电荷包运动速率进行了分析。结果表明,聚乙烯的微观形态对空间电荷包特性有显著的影响,也对空间电荷包运动速率有明显的影响,结晶度越高,空间电荷包运动速率越小。     

频率对高密度聚乙烯电树老化特性的影响

为了解频率对高密度聚乙烯电树老化特性的影响,在50Hz~90kHz较宽频率范围的交流电压作用下,研究了冰水淬火高密度聚乙烯(HDPE)薄膜的电树老化特性。结果表明,频率对电树起始形态具有重要的影响,随着电压频率的升高,树枝型电树的起始几率逐渐降低,丛状型电树的起始几率逐渐升高,电树逐渐由树枝型起始为主向丛状型起始为主转变,树干型和直击型为高频下所特有的电树起始形态。随着电树的生长,电树形态存在转换的可能,低频下,起始占主导的树枝型电树向丛状和树干型转变;高频下,起始占主导的丛状型电树则极易转变为树干和击穿型,导致绝缘的破坏。电树的发展可分为起始、滞长、生长和击穿期4个阶段。频率的提高加快了电树的发展速度且减少了电树的发展阶段,使发生击穿的几率大为增加。