聚乙烯绝缘中空间电荷的抑制方法及原理

随着我国经济的高速发展,研制高压直流XLPE电力电缆已提到日程,目前迫切的任务是研发直流XLPE电缆料,研发的关键在于消除或抑制XLPE中的空间电荷.文中在介绍国内外抑制聚乙烯绝缘中空间电荷方法的基础上,讨论抑制空间电荷的原理.     

直流电缆屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响

随着交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆电压等级的提高,对半导电屏蔽料的质量及可靠性的要求也越来越高。选用了2种国外高电压等级用直流半导电屏蔽料、一种国产较为优秀的半导电屏蔽料和国内XLPE直流电缆绝缘料作为试验材料,测试了3种屏蔽料的热、电性能,屏蔽与绝缘的复合性能,研究了3种屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响。通过对试验结果的综合分析,提出了炭黑填充量、炭黑粒径和基体树脂以及界面结合情况是影响半导电屏蔽料体积电阻率和空间电荷注入的关键因素。     

热老化对直流XLPE绝缘性能的影响研究

针对直流电缆交联聚乙烯的绝缘热老化,对比了国际商用直流电缆料(LE4253DC)与纳米氧化硅(SiO2)改性直流绝缘料两种材料在热老化前后电导率、击穿强度和空间电荷的特性变化。试验结果表明:随着老化温度的升高,LE4253DC的电导率先下降再升高,击穿强度整体下降,出现大量空间电荷。SiO2改性后,不同温度梯度下的电导率性能均有所提升,低温下的击穿特性较为稳定,异极性空间电荷得到了抑制。     

直流交联聚乙烯绝缘中空间电荷的形成机理

从聚合物绝缘的分子形态结构叙述电荷陷阱的本质,根据聚合物电导特点说明电荷的入陷和脱陷过程,从空间电荷不同来源阐明空间电荷的形成机理。讨论分析了空间电荷对电场分布的影响。     

高压直流塑料电缆绝缘用纳米改性交联聚乙烯中的空间电荷特性

为发展国产高压直流(HVDC)塑料电缆绝缘材料,削弱直流电缆运行中温度梯度效应对电缆绝缘中电场强度的畸变,针对国产纯交联聚乙烯(XLPE)、自行研发的纳米改性XLPE以及从国外进口的高压直流用XLPE等3种材料的试样进行了研究。利用电声脉冲(PEA)法和电阻率测量系统,测量了3种XLPE试样在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下的空间电荷特性和电阻率特性。研究结果表明:在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下,纳米改性XLPE试样在加压过程中的体内积聚电荷量最少、短路后残余电荷量较少;随着温度升高,3种XLPE试样的体积电阻率均呈下降趋势,但自行研发的纳米改性XLPE试样的体积电阻率在测试的高低温范围内始终最高,且比纯XLPE试样高出约1个数量级。因此认为在所测试的3种XLPE试样中,自行研发的纳米改性XLPE材料在测试温度范围内能最好地抑制空间电荷,拥有最高的体积电阻率。     

退役高压XLPE电缆绝缘空间电荷行为研究

文中对两回110 kV退役高压交联电缆进行180 a预鉴定试验,目的在于研究不同运行年限的退役高压交联电缆老化前后的空间电荷行为差异,并评估电缆重新投入实际运行的可靠性。通过电声脉冲(PEA)法测量试验前后绝缘层交联聚乙烯(XLPE)试样的空间电荷分布,结合傅里叶红外光谱(FTIR)实验、X射线衍射(XRD)实验揭示试样的微观结构、聚集态结构状态变化与空间电荷的迁移、积聚和消散过程的潜在关系。实验结果表明:实际运行16 a的电缆绝缘由于存在大量杂质使得空间电荷的积聚严重,老化试验后,杂质的减少和淬火反应使得空间电荷的积聚降低且消散过程加快;实际运行32 a的电缆绝缘空间电荷的积聚和消散过程缓和,老化试验后,由于绝缘降解作用和晶态结构的破坏使得空间电荷的积聚加剧且消散过程变得缓慢。     

塑料绝缘直流高压电缆中空间电荷测量技术的研究

同轴型电缆空间电荷测量系统与片状试样空间电荷测量系统在测试原理上是基本一致的,但是有其特殊性.在分析同轴型直流塑料电缆的衰减和色散特性、脉冲电场耦合方式以及电极系统的基础上,研发出同轴型直流塑料电缆空间电荷测量系统.利用此测量系统测量了某直流塑料电缆在24h冷热循环条件下的空间电荷分布情况.直流塑料电缆空间电荷测量系统...     

长期服役XLPE电缆绝缘的空间电荷与热性能

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)具有良好的电绝缘性能,被广泛用于高压电缆的绝缘材料,但长期服役会使电缆绝缘遭受不同程度的老化,降低绝缘性能,造成供电故障。为了评估不同运行年限XLPE的绝缘老化状态,进行了陷阱参数、空间电荷、表面化学组成、热性能以及介电性能的测试与分析。结果表明,XLPE电缆随运行年限的增加,表面电位衰减速率和电荷陷阱密度逐渐增加;而且新电缆积聚异极性电荷,以深陷阱为主;运行过的电缆积聚同极性电荷,以浅陷阱为主。DSC测试获得的熔融–结晶性能结果显示随着运行年限的增加,XLPE电缆绝缘结晶度降低,使载流子更易在试样内部形成击穿通道;此外,浅陷阱对电荷的捕获能力较弱,导致材料的击穿场强降低。交联副产物的变化和羰基的形成使得电缆老化或故障时绝缘材料的浅陷阱密度增加。总之,随着服役年限的增加,XLPE电缆绝缘出现明显劣化,产生C=C键、C=O以及—OH等极性基团和物理缺陷形成新的陷阱,增加了介质的浅陷阱密度,降低了绝缘的击穿性能。     

脱气对525kV交联聚乙烯绝缘直流电缆空间电荷特性的影响

为研究脱气对525 kV高压直流交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷分布的影响,分别从脱气和未脱气的XLPE电缆绝缘外、中、内层切取样品,基于电声脉冲法测试了样品内空间电荷的分布情况,并计算了样品内电场畸变率和电荷体密度衰减率.结果表明,电缆绝缘内交联副产物残留量随着脱气时间的增长,由内层向外层依次降低,脱气30 ...     

Space change behavior in full scale ±250 kV dc XLPE cables

Space charge in full size ±250 kV dc cables was measured using a pulse-electroacoustic method. Two newly developed types of dc XLPE cables with 20 mm thick insulation were subjected to measurements at a dc voltage of 500 kV, keeping the conductor temperature either at room temperature or at 85°C. Qualitative analyses of the space charge distribution and the quantitative analysis of the electric fields in the vicinity of semicon interfaces were made. It was shown that the field in the vicinity of the inner semiconductor tends to increase by 10 to 40% when the polarity of the applied voltage was switched, in the case when the conductor was kept at 85°C. However, the distortion of the electric field was significantly smaller than that expected with conventional XLPE cables. As a result, dc cables are considered to have stable dc characteristics from the viewpoint of space charge behavior. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 124(2): 16–28, 1998     

交联聚乙烯电缆中空间电荷的研究现状

在电力系统中,交联聚乙烯绝缘因其优良的介电和耐热性能已被广泛应用于高压和超高压塑料绝缘电力电缆中。但在直流电场作用下,绝缘中容易形成空间电荷,空间电荷会使电场分布发生畸变,加速了绝缘老化,降低电缆使用寿命。总结了空间电荷在聚合物特别是聚乙烯电缆绝缘材料老化中的研究现状,概述了近20 a国内外在聚乙烯材料中抑制同极性和异极性空间电荷产生的方法,最后从工程实际应用出发,简要介绍了从空间电荷角度诊断交联聚乙烯电缆中电介质老化的方法及现状。     

6～35 kV交联聚乙烯电力电缆的绝缘试验

做好交联聚乙烯绝缘电缆的交接和预防性(或重做终端和接头)试验是保证电力线路安全运行的重要工作。为此,阐述了交联聚乙烯绝缘电缆交接和重做终端、接头试验的有关标准问题,提出了6~10 kV和35 kV交联聚乙烯绝缘电缆不同的试验方法和内容。指出交联聚乙烯绝缘电缆的交接试验沿用传统的直流耐压试验方法存在不足,较合适的方法是进行2U0,5 min的调频串联谐振试验。     

电极材料表面改性对交联聚乙烯内空间电荷注入的影响

使用溅射镀膜法在纯铜片上溅射金属Mo,将表面改性后的铜片作为电极,利用电声脉冲法(PEA)测试不同溅射电压制备的铜片作电极时交联聚乙烯(XLPE)内的空间电荷分布情况。结果表明:随着制备铜片电极时溅射电压的增加,注入XLPE内的空间电荷量减少,溅射电压为440V时,XLPE内部几乎没有空间电荷积聚。将PEA测试后的XLPE试样进行热刺激电流(TSC)分析,发现镀Mo后,随着溅射电压的升高,被陷阱捕获的空间电荷量逐渐减小。     

不同温度下高压直流电缆纳米复合绝缘中的周期性直流接地电树枝特性

该文自主研发了一种以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)为基体,添加0.5 wt%纳米Mg O颗粒的新型高压直流电缆绝缘材料。为研究不同温度下该材料中直流接地电树枝特性及其影响因素,对该材料和某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料进行了20～80℃下不同极性不同电压幅值的周期性直流接地电树枝实验。结果表明:电子比空穴更易注入,且在材料中拥有更大的平均自由程,因此负极性下电树枝比正极性下更易引发,且生长更为分散;纳米Mg O的添加增加了材料中的陷阱密度,减弱了电荷注入,故纳米Mg O/XLPE绝缘材料表现出更好的抗电树枝化性能;温度升高增强了电荷注入与脱陷,提高了电子平均自由程与电荷分布均匀度,使电树枝更容易引发和生长,且形态更加茂密。由此可见,电压极性与温度的改变,以及纳米Mg O的添加均会对材料中的周期性直流接地电树枝的引发与生长产生影响。     

工频电压下电缆本体的空间电荷测试

采用新的相位匹配方法,研制了交流电压下交联聚乙烯电缆本体的空间电荷测量装置。利用该装置进行了两组实验,以研究电缆的交流空间电荷特性。一是对电热老化90 d后的XLPE电缆进行2 h交流极化实验,二是对现场运行15年的电缆进行384 h温度梯度场下交流老化实验;在加压的过程中同时测量空间电荷。实验发现,工频50 Hz电压下电缆内部存在空间电荷;两组实验刚施加电压后,绝缘内部迅速出现随相位呈周期性变化的电荷;在第二组实验长时间老化过程中绝缘内部逐渐积累出不随相位变化的固定电荷。对于第一组实验,绘制总电荷量随交流相位的变化曲线,发现电压下降阶段的电荷多于对应相位的电压上升阶段的电荷,0°的电荷多于180°的电荷。该现象表明电荷复合滞后于电压下降,也间接证明了交流电压下空间电荷的存在。     

高压交联聚乙烯绝缘电缆线路中的预制式电缆附件

介绍了电缆附件的分类和预制式电缆附件的结构,通过分析高压交联聚乙烯绝缘电缆(XLPE电缆)及其附件的电场分布,详细叙述了预制式电缆附件的优化设计方案,并给出应力锥面曲线的计算公式,介绍了预制件加工成型的过程,同时指出:应注意选用材料的性能,对安装过程中剥切绝缘层、表面打磨、过渡面处理以及绝缘表面的硅脂涂抹等工艺均应严格把关,才能保证预制式电缆附件在XLPE电缆线路中得到有效的应用.     

超高压发电机Powerformer

针对ALSTOM(前ABB)研制的Powerformer超高压电机。介绍了其原理和应用，该技术不仅在发电机结构设计上有巨大变化，同时使发电、输变电和用电都产生了新的变化。     

320kV交联聚乙烯直流电缆用国产基料选型研究

目前,320 kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)直流电缆是已投运的最高电压等级的柔性直流电缆。XLPE高压直流电缆是柔性直流输电系统的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘基料国产化具有重要意义。该文测量与评估了多种国内知名厂家生产的绝缘基料的直流击穿电场强度、空间电荷特性与直流电导率,对比国外超净基料、绝缘材料(超净基料+2%交联剂)对应电性能指标,优选出了两种国产基料,确定了320kV XLPE直流电缆绝缘料用基料国产化的可行性。最后,详细研究了国产基料直流电导率参数,确定了适合于国产基料的电导率拟合函数。     

高频电压下交联聚乙烯中电树枝的形态特性

为研究高频电压下交联聚乙烯（cross-linkedpolyethylene,XLPE）中电树枝的形态特性,进行了不同电压、频率和电极间距下的电树枝生长显微观测实验,分析了局部电场强度和频率对电树枝形态特性的影响规律和影响机制,并引进了一个新的参数即能量阈值,来综合考虑电树枝的生长速度、分形维数与电树枝形态之间的关系。结果表明：局部电场强度和频率对电树枝形态的影响有明显的规律性。丛林状电树枝只在较高电压下形成,而且针尖附近小区域内的局部电场强度是形成丛林状电树枝的重要影响因素。纯藤枝状电树枝只在较高频率下出现,而且这个频率随着电压的升高而增大。双结构电树枝的结构转换位置的电场强度在不同的电压和电极间距下基本保持不变,但是随着频率的升高而明显增大。