环境友好热固性电工绝缘材料与制备技术

热固性聚合物兼具优异的电气性能、热稳定性和力学性能,被广泛用于电力设备的绝缘保护,是先进电力系统的重要组成部分.传统热固性电工绝缘材料在生产制造、设备运维和回收处理等环节存在工艺复杂、环境不友好等突出问题.近年来,随着绿色电网和可持续发展的推进,环境友好热固性电工绝缘材料愈加受到重视.绿色合成和面向循环可回收的分子设计...     

表面含有半导电层的高压绝缘结构的电场的有限元分析

表面半导电层结构可以均匀电场和抑制表面电晕放电,因此被广泛应用于高压电力电缆接头和高压发电机定子线圈端部绝缘中。由于表面半导电层比主绝缘层薄得多,在应用有限元法进行分析时存在着分析区域难剖分的缺点。本文经过一个简单的分析实例,提出了表面含有半导电层的高压绝缘结构电场的有限元分析方法。     

面向电力设备检测与诊断的压电材料及器件

随着中国智能电网建设不断推进及电网规模的扩大,以压电材料为核心的传感器和能量采集器在电力系统在线监测、故障检修、无线传感器网络等方面扮演着越来越重要的角色。从电力检测和传感器自取能出发,回顾近年来基于压电效应的电压电场传感器、声检测和环境能量采集装置的研究进展并介绍了压电陶瓷、压电驻极体、压电复合材料等传统和新兴的压电材料。在现有研究基础上,指出在智能电力系统建设中各类压电器件所面临的挑战,包括频率匹配、环境适应性和集成化等,需要新的微纳加工技术、探索压电效应与其他物理效应耦合、设计新型压电材料和能量收集电路来助力新型压电器件的实际应用。     

热塑性电力电缆绝缘材料:历史与发展

交联聚乙烯(XLPE)具有优异的机械、热力学及绝缘性能,被广泛用作电力电缆绝缘材料。然而,XLPE是热固性塑料,电缆退役后绝缘难以循环再利用。另外,XLPE生产过程产生的副产物也会影响电缆的性能,不利于工人的健康。以上因素都是推动发展热塑性电缆绝缘的动力。本文介绍了电力电缆对绝缘材料电气特性的基本要求,总结了低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及聚丙烯(PP)等有可能用作热塑性电缆绝缘的三类聚合物的结构与电气特性的关系。并重点综述了聚合技术、共聚技术、共混技术、添加剂、纳米添加、化学改性等在调控上述三类热塑性绝缘材料结构与性能方面的研究进展。最后,从电缆绝缘材料结构与性能关系、聚合物存在多样性结构以及聚合物合成新技术日新月异等方面,对未来热塑性电力电缆绝缘材料的发展进行了展望。分析认为:新型合成技术是实现高性能热塑性电力电缆绝缘材料的有力手段;复合、改性技术则是发展热塑性电力电缆绝缘材料的重要补充。     

微纳多级氧化铝/环氧复合材料的性能研究

单一类型的氧化铝填料在复合材料中通常会出现界面粘合性差或者分散性差的问题,影响材料的导热性能。为了克服这些问题,制备了一种具有微纳多级氧化铝包覆结构的杂化填料(micro@nano-Al_2O_3)。首先通过带有氨基和环氧基封端的硅烷偶联剂对两种尺寸的氧化铝(micro-Al_2O_3和nano-Al_2O_3)进行表面改性,然后通过化学交联实现包覆效果,并与环氧树脂混合制备了环氧复合材料。结果表明:对于填料体积分数为70%的环氧复合材料,当nano-Al_2O_3与micro-Al_2O_3的体积比为1∶5时,填充micro@nano-Al_2O_3的复合材料导热系数达到最高值2.20 W/(m·K),比仅填充纯micro-Al_2O_3和纯nano-Al_2O_3的复合材料分别提升了18.6%和23.0%,比填充相同含量未改性氧化铝(micronano-Al_2O_3)的复合材料提升了12.3%。此外,该复合材料还保持了良好的介电性能和热稳定性。     

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。     

氧化铝@钛酸铜钙/聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)复合材料的制备与介电性能研究

采用水热法合成线型钛酸铜钙,并在其表面包覆一层氧化铝薄膜,以聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)作为基体,制备了纳米复合材料,研究了颗粒形貌和填充量对复合材料介电性能和储能性能的影响。结果表明:表面包覆氧化铝的线型钛酸铜钙在聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)基体中有较好的分散性,可以有效提高复合材料的介电常数,同时保持复合材料低的介质损耗;当表面包覆氧化铝的线型钛酸铜钙体积分数为5%时,复合材料的最大储能密度达到1.67 J/cm~3;线型钛酸铜钙制备的复合材料比颗粒状钛酸铜钙制备的复合材料具有更加优异的介电性能及储能性能。     

碳黑/MXene热塑性电力电缆半导电屏蔽材料EI北大核心CSCD

热塑性聚丙烯系列聚合物具有绝缘性能优异、耐温性能好、无交联副产物以及可回收再利用等优点,是新兴绿色环保电力电缆绝缘材料。在高压电缆中,绝缘必须与半导电屏蔽配合良好,因此亟待开发基于热塑性聚丙烯的半导电屏蔽料。该文以聚丙烯和聚烯烃弹性体共混物为基体,碳黑和MXene为导电填料,马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)为改性剂,制备了导电填料添加质量分数为30.0%的半导电屏蔽料。研究表明,引入MXene能显著降低半导电屏蔽料的电阻率,MXene质量分数为1.0%时(碳黑为29.0%),屏蔽料的正温度系数(positive temperature coefficient,PTC)强度为0.84,显著低于添加30.0%碳黑屏蔽料的PTC强度(1.49)。在添加29.0%碳黑和1.0%MXene的屏蔽料中引入1.0%PP-g-MAH可显著提高热稳定性,但电阻率和PTC强度(1.04)略高于MXene含量为1.0%时(碳黑为29.0%)的屏蔽料。另外,在碳黑屏蔽料电极中加入MXene可显著减少PP绝缘料中的空间电荷数量。该研究为开发热塑性高压电缆屏蔽料提供了实验参考。