陷阱对TiO2/LDPE纳米复合电介质直流击穿性能的影响

通过制作不同质量分数TiO_2/LDPE纳米复合试样,测试了所有试样的直流击穿性能,发现掺杂适量的纳米TiO_2可以有效地提高LDPE的击穿性能,最大可提高约33%。为了分析纳米掺杂对试样击穿性能的影响,通过DSC测试发现,纳米TiO_2掺杂并没有明显地改变试样的结晶度,即结晶度并非影响试样击穿的根本原因。为了进一步研究纳米掺杂对击穿特性的影响机制,在宽温度和频率范围内,测试了所有试样的介电响应谱。发现纳米掺杂在试样体内引入新陷阱,此陷阱位于粒子与基体间的相互作用区中,能级约为0.8 eV,与TiO_2粒子的含量无关。在此基础上,着重分析了新引入的陷阱与试样击穿性能间的关系。通过理论分析计算发现,新陷阱改变了试样体内载流子的平均自由程才是引起试样击穿性能各异的原因。     

聚合物纳米复合电介质的击穿性能

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,其中击穿是纳米复合电介质的关键性能之一。很多研究表明纳米复合电介质的击穿性能明显优于纯聚合物和微米复合电介质材料。针对第一代纳米复合电介质的国内外研究现状,综述了其击穿性能(包括体击穿和沿面闪络特性),讨论了纳米复合电介质击穿特性改善的机理。基于国内外研究现状和本课题组的研究积累,提出了自由体积对聚合物纳米复合电介质击穿的重要影响,指出了纳米粒子对聚合物基体自由体积参数的影响规律;研究了电荷输运微观过程对纳米复合电介质击穿的影响机制,阐述了陷阱参数与体击穿和沿面闪络性能的关系;总结了纳米改性与复合材料体和表面电荷输运参数调控的关联,指出了纳米掺杂同时改善聚合物介质体击穿和沿面闪络特性的机理。     

聚丙烯纳米复合电介质的陷阱分布特性与储能性能提升研究

为探究纳米复合电介质的陷阱分布特性及其对储能性能的提升机理,本文制备三种聚丙烯纳米复合电介质,并测试其理化、介电及储能特性。测试结果表明,掺杂氮化硼纳米片的试样具有更高的熔融温度、结晶度、极化强度、电阻率、击穿强度及储能密度。分析发现,聚丙烯纳米复合电介质电导率的电场依赖性符合指数陷阱下的跳跃电导模型,其温度依赖性满足Meyer-Neldel补偿规则,这表明纳米复合电介质中的指数型分布陷阱与基体的机理相同。同时,拟合结果表明纳米掺杂主要改变最深陷阱能级,其与结晶度成正比,并基于缨状微束模型解释了陷阱能级增大和储能密度提升的机理。纳米粒子引入的有序紧密的界面区会束缚分子运动,进而阻碍电荷输运和能量积累,表现为电导率下降和击穿强度提高,最终实现储能性能的提升。     

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。     

TiO2纳米粒子表面修饰对变压器油冲击击穿性能的影响

采用液相法制备了乙酸、己酸和油酸修饰的TiO2纳米粒子及其改性变压器油,利用透射电子显微镜（TEM）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）测试表征了纳米粒子的形貌和表面修饰状态,通过测试变压器油改性前后的正冲击击穿电压和流注发展形态,研究了纳米粒子表面修饰对变压器油击穿性能的影响规律。结果表明：表面修饰纳米粒子极大地提高了变压器油的正冲击击穿电压,并显著延长了击穿时间。其中,乙酸修饰纳米粒子的改性效果最佳,将冲击击穿电压从纯油的84.73 kV提高到116.42 kV,提高了37.4%,击穿时间延长至纯油的1.68倍。纳米粒子表面修饰增大了油中浅陷阱的密度,改变了油中流注的发展形态,显著抑制了流注的发展速度,从而提高了变压器油的冲击击穿性能。     

聚合物纳米复合电介质的界面性能研究进展

聚合物纳米电介质以其优异的性能而受到广泛关注,其中聚合物基体与纳米粒子间的界面作用机理成为研究热点。为此,综合国内外研究成果,论述了聚合物纳米电介质中界面区域的重要性,并从界面化学结构、物理结构模型、机械（力学）性能、热力学性能等方面强调了界面区域在电气绝缘性能中的作用机理。界面是纳米填充物与聚合基体之间的纳米级过渡区域,由于其独特的形成机理,其具有与聚合物基体和纳米填充物不一致的理化性质。界面在复合材料中占有主导地位,其微观结构及性能将直接影响复合材料的宏观性能。     

纳米石墨烯掺杂浓度对XLPE击穿性能的影响

制备了分散性良好的6种不同配比XLPE/纳米石墨烯聚合物,运用差式扫描量热法排除了结晶度对击穿性能的影响;对试样进行了工频击穿强度测量并通过拉伸强度测试评估了机械性能。实验表明,掺杂纳米石墨烯能使聚合物的工频击穿强度最大提高27. 66%,拉伸强度最大提高10. 64%,在工业实现上有积极意义。通过等温去极化电流计算聚合物陷阱密度及能级,并结合动态热机械分析从界面分子结合力探究不同含量石墨烯影响击穿性能的机理。研究表明掺杂少于0. 01 wt%的纳米石墨烯能增大陷阱能级,同时增大聚乙烯基体分子间作用力,进而提升聚合物击穿性能。     

多元受阻酚抗氧剂对交联聚乙烯绝缘直流击穿行为的影响

受阻酚型抗氧剂常用于XLPE绝缘中的主抗氧剂以提升其加工特性和长时电气特性,为了深入探讨受阻酚抗氧剂对XLPE绝缘直流击穿行为的影响,本文制备了两种含有不同多元受阻酚抗氧剂的XLPE绝缘试样,并对其性能进行测试。结果表明：添加受阻酚抗氧剂可以明显提升XLPE绝缘的电气强度与击穿稳定性,这是由于添加受阻酚抗氧剂能够向XLPE绝缘中引入深陷阱,提高了陷阱密度,但是两种多元受阻酚抗氧剂引入的深陷阱能级与类型不同,因此对XLPE绝缘电气强度的提升程度不同;此外,添加受阻酚抗氧剂有利于提高XLPE的结晶度与结晶均匀性,但影响并不明显。     

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。     

直流电絮凝法处理印染废水的研究

为提高传统化学法和生物法处理色度高、颜色变化频繁、化学需氧量(COD)值大和pH值高的印染废水的效果,试验研究了用直流电絮凝法处理实际印染废水并分析了COD、pH值和COD的变化以及极板和电能的消耗。试验结果表明,电絮凝法处理效果好,对pH值要求低,工艺简单,操作方便,成本低。     

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。     

真空灭弧室冲击电压作用下的击穿统计特性研究

本文实验测取了实际真空灭弧室在雷电冲击电压下的静态击穿统计特性。根据实验结果，引入一个特征参量ｘ来描述电场应力的作用，指出真空灭弧室的绝缘击穿是在电场应力达到一定值后才有可能发生。借助击穿弱点的概念，从间隙击穿的微观过程出发，推导了击穿累积概率分布特性，并对理论结果和击穿机理做了分析。最后，对ｘ参数的物理意义进行了初步探讨。     

液体介质击穿机理研究进展

在参阅大量文献的基础上,给出当前液体介质击穿理论的最新进展及成果:电子理论、气泡理论、小桥理论,并且比较分析不同理论的优缺点,指出纳秒脉冲液体击穿机理研究的独特性,供该领域的研究者借鉴。     

老化和水分对电容性套管绝缘纸频域介电特性的影响

套管故障是引起变压器停运的主要原因之一,其中套管绝缘受潮引起的故障比例占据首位,而水分是引起油纸绝缘劣化的重要因素,因此研究不同水分对电容性套管绝缘介电特性的影响对于评估套管受潮状态具有重要意义。制备了不同初始水分质量分数的油纸电容型套管电容芯子试品,开展了实验室内油浸纸电容芯子的加速热老化试验,建立了介损特征区间积分模型,发现老化时间与油浸纸介损在特征区间的积分值符合线性规律,水分同介损在特征区间的积分宽度符合线性规律,表明油浸纸频域介电谱中的介损积分值可反映绝缘老化程度,为现场基于介损评估受潮下油纸套管的老化状态及受潮对绝缘老化的加速情况提供研究思路。     

以光老化试样验证聚烯烃击穿的陷阱理论

在聚合物电老化击穿的陷阱理论中，介电强度与陷阱密度呈函数关系，这已在电老化试样上得到证实。本文用光辐射改变试样的陷阱密度，从光降解动力学推导其变化规律。在光老化过程中，同时测量聚丙烯试样的击穿电压、自由基浓度、微孔的变化和陷阱密度。试验结果表明，陷阱密度的变化直接反映着试样微观结构的变化，陷阱密度和介电强度的变化规律符合理论分析。     

不同因素影响下的油纸绝缘直流击穿特征

由于系统性原因,换流变压器阀侧在实际运行过程中长期承受直流电场分量作用,油纸绝缘在直流电压下的耐受能力是换流变压器设计过程中的重要关注点。文中考虑谐波含量、油温、含气量、油纸介电常数、纸板浸渍程度等各种潜在因素,开展了油纸绝缘直流击穿特征的基础试验研究,并用初始电子发射、空间电荷、杂质小桥等电介质理论对结果予以合理阐释,相关结论可对换流变压器阀侧绝缘结构优化和场强设计提供一定的参考。     

硫化工艺对抗水树交联聚乙烯绝缘电力电缆工频击穿性能的影响

为了研究不同硫化工艺对抗水树枝交联聚乙烯绝缘电缆击穿性能的影响,建立了相应的试验手段和评价程序。将使用相同导体屏蔽料、抗水树绝缘料、绝缘屏蔽料,并采用5种不同硫化工艺(A、B、C、D、E)生产的电压等级、型号规格相同且结构相似的电缆作为研究对象,每种电缆取6段作样品,共30段。分别对老化前和老化180d后的5种样品进行工频击穿试验,并观察击穿后样品切片的水树枝、界面微孔、突起和绝缘中的微孔、杂质。试验结果表明:经过180d的加速老化后,5种样品中均无微孔、界面光滑、有少量尺寸较小的杂质,不会导致击穿性能下降;不同硫化工艺生产的电缆工频击穿性能表现出明显差异,其中,A硫化工艺生产的电缆工频击穿强度下降了53.53%,击穿后的样品中观察到了水树枝,B、C硫化工艺生产的电缆工频击穿强度也有不同程度的下降,而D、E硫化工艺生产的电缆的工频击穿强度没有降低,说明硫化工艺对工频击穿强度有直接的影响,并建议实际生产中确定硫化工艺时,各区温度设定应逐渐降低,且初始硫化温度不应过低,生产线速度应适当。