温度梯度对直流电压极性反转过程中瞬态电场的影响

高压电缆运行中由于导体发热而引起绝缘由内到外形成温度梯度。直流电压下温度梯度的存在必然会影响电荷的注入和迁移、加剧了位于绝缘层外表面的电荷积聚和场强畸变,降低绝缘击穿强度,也造成了电缆在断电或电压极性反转时的早期破坏。为此,基于电声脉冲(PEA)法,测量了聚乙烯板状试样在不同温度梯度场、50kV/mm直流电场协同作用下加压和极性反转过程中的空间电荷分布和最大瞬态场强。结果表明:温度梯度场-直流电场协同作用下,最大稳态电场出现在试样低温侧;而温度梯度场-电压极性反转协同作用下,最大瞬态电场却出现在高温侧。     

抗氧剂对聚乙烯电缆直流介电性能的影响

为研究抗氧剂对聚乙烯(LDPE)绝缘电缆直流介电性能的影响,通过熔融共混制备了4种质量分数为0.3%的抗氧剂聚乙烯复合材料,在恒定的场强下,测试电导率随温度的变化,利用电声脉冲法(PEA),测试各试样中空间电荷的分布,并测量室温直流击穿特性。结果表明,添加抗氧剂300的LDPE试样中空间电荷量较少;在低场强下,添加抗氧剂300的LDPE对温度的依赖性较小,表现出良好的电导特性,在场强较高时,抗氧剂1010聚乙烯复合材料表现出良好的电导特性;抗氧剂聚乙烯复合材料的直流击穿强度比聚乙烯的直流击穿强度高。     

不同分子量分布的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物对LDPE共混体系电性能的影响

选取两种不同分子量及分子量分布的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA),与低密度聚乙烯(LDPE)通过熔融共混法制备了LDPE/EVA共混物。通过结晶行为和陷阱特性研究了LDPE/EVA共混体系的空间电荷行为和直流击穿强度。结果表明:与纯LDPE相比,LDPE/EVA 28-25共混物有效地抑制了空间电荷的积累,并且直流击穿强度提高至314 kV/mm。     

表面氟化聚乙烯的驻极体性能研究

用氟气表面处理聚乙烯改变表面层化学结构的方法研究表面层的极性对空间电荷形成和注入的影响。结果表明在相同场强下界面和介质中的空间电荷比聚乙烯多,并在80kV／mm的高场强下表面氟化聚乙烯产生了空穴的注入。     

纳米粒子改性聚乙烯直流电缆绝缘材料研究(Ⅰ)

由于高压直流塑料电缆运行中温度梯度效应会引起场强畸变,选用一种特殊的纳米粒子作为填料,通过熔融共混制备出不同填料质量分数(1%,3%,5%)的低密度聚乙烯(LDPE)纳米复合材料。通过扫描电镜(SEM)观察,证明纳米粒子在聚乙烯中分散均匀。利用电声脉冲(PEA)法研究了温度梯度场下LDPE纳米复合材料中的空间电荷及场强畸变特性;并测量了不同温度下的体积电阻率和直流击穿特性。结果表明,该种纳米粒子的添加能有效改善温度梯度场下聚乙烯绝缘中电荷积聚和场强的畸变现象,并提高聚乙烯的直流击穿强度。同时发现,该聚乙烯纳米复合材料体积电阻率随着温度升高呈现先升后降趋势。     

CB/LDPE纳米复合材料的空间电荷抑制特性

采用熔融共混法制备了纯低密度聚乙烯(LDPE)试样和纳米炭黑(CB)颗粒质量分数分别为0.01%、0.03%、0.05%、0.07%的CB/LDPE复合试样。采用扫描电子显微镜观察纳米CB颗粒在LDPE基体中的分散性,并利用电声脉冲法(PEA)测试各试样在常温和-40 kV/mm条件下的空间电荷积聚特性和陷阱特性,讨论纳米CB颗粒提升LDPE基体空间电荷抑制特性的机制。结果表明:相较于纯LDPE试样,CB/LDPE复合试样的空间电荷积聚特性得到了显著改善,其中CB质量分数为0.03%的CB/LDPE复合试样具有最佳的空间电荷抑制效果。纳米CB颗粒提高了复合试样内部的深陷阱密度,这是提高复合试样空间电荷抑制能力的关键。     

不同直流场强下水分对多层油浸绝缘纸空间电荷生成和迁移的影响

空间电荷问题是影响变压器油纸绝缘材料耐电强度,导致其绝缘故障的重要因素。针对水分对油纸绝缘电气性能的危害,文中采用基于电声脉冲法的空间电荷测试系统研究了不同水分含量油浸绝缘纸在直流场强20、30、40 k V/mm下的空间电荷特性。结果表明:加压过程中,水分对油浸绝缘纸内部空间电荷分布产生很大影响。油浸绝缘纸试品水分含量越高,其内部积聚的电荷量越少,油纸界面对电荷的阻挡作用也越弱;在油浸绝缘纸试品击穿前,试品内部仅积聚少量的负电荷,空间电荷在两电极间快速导通,是导致油浸绝缘纸试品击穿的主因。     

表面氟化聚乙烯中的空间电荷分析

根据在高场强下聚合物中的空间电荷主要来源于电荷的注入，而电荷的注入决定于聚合物的界面特性，用氟气表面处理聚乙烯试样改变表面层化学结构，来研究表面层的极性对空间电荷形成和注入的影响。测量了在不同场强下加压一定时间后短路条件下聚乙烯和表面氟化聚乙烯中空间电荷的分布情况，发现表面氟化聚乙烯的电荷注入的起始场强比聚乙烯试样的低，而且在相同场强下界面和介质中的空间电荷比聚乙烯多，在80kV／mm的高场强下表面氟化聚乙烯产生了空穴的注入，并通过测量材料的红外谱图对以上现象给出了微观的物理解释。     

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。     

空间电荷对LDPE介电谱测量结果的影响

为了研究空间电荷对低密度聚乙烯(LDPE)介电谱测量结果的影响,实测了施加直流高压前后LDPE的介电谱,并研究了添加纳米石墨烯和施加直流场强对介电谱测量结果的影响。结果表明:施加直流高压后产生的空间电荷导致材料的相对介电常数虚部和介质损耗因数明显增大,相对介电常数实部略有增加;添加纳米石墨烯后,空间电荷对LDPE的影响减小。在低于10 kV/mm的直流场强下,空间电荷对LDPE的影响很小,且随着直流场强的增加,测量得到的介电谱增大。加压停止后随着去极化时间的增加,介电谱逐渐减小且减小速度减缓。综合认为,交变电场中空间电荷使LDPE的损耗增加从而加速其老化。     

油纸绝缘介质的空间电荷积聚与消散特性

油纸材料的绝缘问题在换流变压器、直流套管、直流电缆等高压大型直流设备大量应用的情况下显得十分突出。为探讨高压直流设备绝缘的最主要问题—空间电荷效应,应用电声脉冲法(PEA)对油纸绝缘材料的空间电荷特性进行了研究。有关外加场强对油纸材料中空间电荷积聚情况的影响和在较高场强下油纸材料的击穿破坏与空间电荷关系的研究结果表明:①低场强下油纸材料中空间电荷以电离产生为主;而在较高场强下,先后在阴极和阳极产生了同极性载流子注入。②相对于聚乙烯而言,由于油纸材料的电导率较大,材料内的空间电荷在外加电场撤去后很快消散。③空间电荷的注入和运动会导致油纸材料的劣化和破坏。油纸材料中的空间电荷快速消散现象有利于直流设备在极性反转条件下的运行,为阐释油纸绝缘良好的长期性能提供了有重要意义的试验依据。     

茂金属聚乙烯改善低密度聚乙烯的介电性能

针对高压、超高压直流塑料电缆中存在的空间电荷效应,大多数直流电力电缆常采用改性方法提高其介电性能,如空间电荷特性、体积电阻率和击穿强度等。常用的改性方法主要有添加剂、共混、接枝和二元共聚4种。共混技术较广泛用以改性聚乙烯电缆,提高其介电性能。因此用电声脉冲法(PEA)测量了MPE与LDPE共混试样中的空间电荷分布;用高阻计测量了共混物的体积电阻率,用阶梯电压测量了共混物的交流击穿场强。试验结果表明,1%MPE与LDPE共混能有效降低空间电荷效应,提高交流击穿场强7.9%,略降低体积电阻率。最后讨论了共混物的物质结构、电荷陷阱及介电性能间的关系。     

DC conduction and electrical breakdown of MgO/LDPE nanocomposite

To understand basic electric properties of nano-sized magnesium oxide (MgO) / low-density polyethylene (LDPE) nanocomposite under DC voltage application, the volume resistivity, the space charge distribution and the breakdown strength were investigated. By the addition of nano-sized MgO filler, both the DC breakdown strength and the volume resistivity of LDPE increased. At the average DC electric field of about 85 kV/mm and more, a positive packet space charge was observed in LDPE without MgO nano-filler, whereas a little homogeneous space charge was observed in MgO/LDPE nanocomposite material at the front of electrode. From these results, it is confirmed that the addition of MgO nano-filler leads to the improvement of DC electrical insulating properties of LDPE.     

茂金属聚乙烯改性低密度聚乙烯介电性能与机械强度

为提高聚乙烯电缆料的击穿强度和机械性能,将少量茂金属聚乙烯(MPE)与普通低密度聚乙烯(LDPE)共混,用电声脉冲法(PEA)测量直流预压短路后的残余空间电荷量;详细研究了共混物的体积电阻率、直流击穿强度、直流预压反极性击穿电压和机械强度.实验结果表明:当MPE含量为1wt%时,能有效提高共混物的击穿强度和机械强度,但同时降低了体积电阻率和材料韧性,而且聚乙烯的介电性能和机械强度与其结晶形态密切相关.     

Space charge formation and breakdown in polyethylene influenced by the interface with semiconducting electrodes

This paper deals with the influence of interface between polyethylene and semiconducting electrode on the space charge formation and electrical breakdown. Low‐density polyethylene (LDPE) films attached with different semiconducting electrodes were subjected to the DC breakdown test, and corresponding space charge distribution was measured. A heat treatment to LDPE itself did not bring about a significant change in space charge profile; however, when a semiconducting electrode was hot‐pressed, the impurities would migrate into LDPE at high temperature, leading to the change in space charge profile. Furthermore, it was suggested from the comparison between the results with degassed and as‐received semiconducting electrodes that some carriers relating to impurities in the electrode would move into LDPE under the voltage. In addition, it was shown that the breakdown is not determined by the field at the cathode which can supply sufficient electrons, but by the maximum field across the specimen, suggesting that an increase in conduction current due to the generation and/or injection, rather than the electronic avalanche process, leads to the breakdown. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 138(3): 19–25, 2002     

用电子束辐照注入电荷包研究低密度聚乙烯中的电荷迁移率

通过研究外加电场强度50k V/mm以下低密度聚乙烯中的空间电荷包行为,使用一种多层结构的受辐照的双面粘贴聚氟乙烯薄膜低密度聚乙烯样品,通过电子束辐照在样品内部形成"波包"分布,在外加电场强度较低时形成电荷包,使用激光压力波法监测电荷包迁移。结果表明,以电荷包峰值位置为参考点,在样品内实际电场下电荷包平均迁移率分布范围为(0.17~3.01)×10?15m2/(V·s)。通过对不同外加电场强度下的空间电荷包行为的研究得到,电荷包迁移速率与电场强度关系符合负微分迁移率假设模型,从而证明了在较低的电场强度下负微分迁移率模型的正确性。     

A consideration of potentials of low‐density polyethylene using metallocene catalyst as insulator for power cable

We investigated the high‐field conduction, DC and impulse breakdown strength, space charge distribution, and tree inception voltage for three kinds of new low‐density polyethylene (LDPE) prepared using a metallocene catalyst (mLna, mLao, mLldao), linear LDPE prepared using a Ziegler catalyst (LLao), and LDPE prepared by a high‐pressure process (LDna). The dc and impulse breakdown strengths of LDPEs prepared using a metallocene catalyst were higher than those of LLao and LDna. The high‐field currents of LDPEs prepared using a metallocene catalyst were lower than those of LLao and LDna. A homo‐space charge was accumulated near the cathode in mLna. The tree inception voltage of mLna was higher than that of LDna. From these results, it is concluded that LDPE prepared using a metallocene catalyst has electrical insulating properties superior to the conventional LDPE and that the former has potential as a power cable insulator. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 139(4): 17–25, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.1164     

High‐field electrical properties under AC voltage application in acetophenone‐coated LDPE film

This paper deals with the effects of acetophenone coating on dielectric properties such as tan δ and capacitance and on space charge formation up to electrical breakdown under AC voltage application in low‐density polyethylene (LDPE) film. The existence of acetophenone at the electrical interface enhances tan δ. tan δ in acetophenone‐coated specimens increased with electric field and decreased with the frequency in the high‐field and high‐temperature region. AC breakdown test revealed that the electric strength in noncoated specimens was higher than in acetophenone‐coated specimens, and that the electric strength also decreased with temperature. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 142(3): 1–7, 2003; Published online in Wiley InterScience (www.interscience. wiley.com). DOI 10.1002/eej.10086     

氯化聚乙烯共混对聚乙烯的空间电荷效应的影响

在直流电场作用下 ,用电声脉冲法测量了低密度聚乙烯 (LDPE)中空间电荷的分布 ,计算结果表明 ,异极性空间电荷严重畸变试样中的电场的分布。以少量氯化聚乙烯 (CPE)混入低密度聚乙烯中 ,大大降低了试样中的空间电荷 ,电场分布趋向均匀。在正负极性直流预压短路树枝试验中 ,分别提高试样短路树枝起始电压 2 6 8%和 36 3%。通过直流预压和电晕电荷注入后 ,短路过程中空间电荷分布的测量 ,提出氯化聚乙烯的作用机理在于降低了聚乙烯中陷阱的深度和密度。     

取向度对聚乙烯介电性能的影响

聚合物取向度对电气绝缘性能具有重要的影响。该文研究通过两种方法获得具有不同取向度的聚合物材料。在第一种方法中，通过在聚乙烯中加入5％～10％的乙烯．丙烯共聚物使在相同工艺条件下制备的共混物薄膜比纯聚乙烯薄膜具有更高的取向度。在第二种方法中，采用传统的拉伸方法使聚乙烯薄膜的取向度沿拉伸方向得到提高。研究中，多种方法被用于评价薄膜的取向程度，如热收缩率、偏光显微镜和测量声速法等。文中同时研究了具有不同取向度的聚合物薄膜的电气击穿强度，电流和空间电荷特性。分析了聚合物取向度与其电气性能之间的关系，并对其机理进行了探讨。