机械拉伸对聚丙烯绝缘空间电荷与击穿特性的影响研究

为研究机械拉伸对聚丙烯热塑性电缆绝缘空间电荷与击穿特性的影响,采用等温结晶方法制备具有不同结晶形貌的聚丙烯(polypropylene,PP)绝缘样品,研究不同拉伸率的PP绝缘样品直流电导、空间电荷与击穿特性,并对拉伸前后材料微观结晶形貌进行表征,分析机械拉伸下结晶形貌变化对电气性能的影响机理。结果表明：机械拉伸形变将导致PP绝缘电导率提高、空间电荷积聚量增多,以及直流击穿场强显著降低。相比于等规聚丙烯绝缘,等规聚丙烯/间规聚丙烯共混绝缘具有较高的断裂伸长率,在相同拉伸率情况下空间电荷密度较低,击穿场强提高。通过控制等温结晶时间可调控结晶度和结晶形貌,改善绝缘抗冲击性能,抑制拉伸条件下空间电荷注入,提升绝缘击穿场强。研究表明,机械拉伸应力导致球晶出现形变甚至破坏现象,晶区–非晶区界面形成缺陷,是导致绝缘空间电荷注入加剧、击穿性能显著下降的根本原因。     

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。     

高压直流系统电缆接头中空间电荷与电场分布的仿真计算

电缆接头复杂的结构与界面情况,使其成为电缆系统中的薄弱点,需要重点研究.但是由于空间电荷测量方法的局限性,只能获得简单结构(例如薄膜或同轴电缆试样)的空间电荷分布,而复杂绝缘结构中的空间电荷分布无法直接测量.利用COMSOL仿真软件,基于双极性载流子输运模型,建立三维电缆接头仿真模型,对其空间电荷与电场分布进行了仿真计...     

高压直流挤包绝缘海陆复合电缆温度场及空间电荷分析

高压直流电缆运行过程中会在绝缘层内产生空间电荷,导致电场畸变,甚至绝缘击穿。为了研究电缆实际运行中空间电荷的影响,本研究利用有限元仿真获得了高压直流海陆复合电缆在额定电流、最大稳态电流和短时过载电流情况下的温度场。根据仿真结果,在空间电荷测试中分别设置10、20、40℃的温度差,分别模拟400 kV高压直流电缆在不同工作条件下的温度场。结果表明：在额定电流下XLPE绝缘层两侧温度差为8.1℃;最大稳态电流下XLPE绝缘层两侧温度差为18.7℃;短时过载1 h情况下,XLPE绝缘层两侧温度差为61.1℃;短时过载36 h情况下,XLPE绝缘层两侧温度差为41.1℃。实验结果显示温度梯度会使XLPE阳极低温侧产生异极性电荷积聚,使电场发生畸变。通过对畸变电场进行校正计算,发现最大电场畸变率随平均场强呈线性关系。随着温度梯度的增加,电场畸变率也在增大。在温度梯度40℃和外施场强50 kV/mm下,最大电场畸变率为1.68。     

高压直流XLPE电缆冷热循环下的空间电荷特性研究

同轴型电缆空间电荷测试系统是研究塑料电缆空间电荷特性的重要工具。根据国际大电网WG21-01组推荐的高压直流塑料电缆型式试验方法——24 h负荷冷热循环(8 h加热周期和16 h冷却周期),对三种不同绝缘材料所构成模拟小电缆的空间电荷分布进行了实时测量。通过比较三种电缆在24 h冷热循环周期中空间电荷积聚的量化指标——平均电荷密度,得出高压直流XLPE电缆对温度变化应具有良好的"响应"且24 h负荷冷热循环前后空间电荷的积聚量应保持不变,为今后高压直流塑料电缆的研究指明了方向。     

电缆绝缘用聚丙烯/弹性体复合材料的高温介电性能

为研究弹性体含量对聚丙烯(PP)不同温度下介电性能的影响，制备了不同聚烯烃弹性体(POE)含量的试样，并通过添加β成核剂的方式对聚丙烯晶型进行调控，以优化聚丙烯/弹性体复合体系的高温介电性能。试验结果表明，相较于POE体系，POE/成核剂体系的柔韧性和高温力学的稳定性提高，高温交流击穿强度也明显改善，90℃时，POE40-β的交流击穿强度比POE40高11.4%。此外，β成核剂的引入抑制了POE体系高温低频下相对介电常数的上升现象，并大大降低了高温下的损耗，90℃时，工频下的介质损耗因数从10^-2降到10^-3，下降了一个数量级。研究结果表明，β成核剂的添加不仅可以改善聚丙烯/弹性体复合体系的力学性能和高温击穿强度，还提高了聚丙烯和弹性体的相容性，削弱了界面极化的作用，使其表现出更为优异的介电性能。     

聚乙烯与聚丙烯中空间电荷注入特性的比较

为研究聚乙烯与聚丙烯中空间电荷注入特性,比较不同电极材料对空间电荷注入特性的影响,使用激光诱导压力波法研究了不同电极材料下2种试样中空间电荷注入及迁移情况,电极选取的是掺有碳黑的乙烯与乙酸乙烯共聚物半导电电极和铝电极。试验结果表明:在使用半导电电极的情况下聚乙烯及聚丙烯试样均有空间电荷的注入与迁移,其中聚乙烯试样中载流子的迁移率要明显高于聚丙烯试样;对于蒸镀有铝电极的2种试样则空间电荷注入明显减少;2种试样在不同电极情况下载流子在阴极的注入量均要大于阳极处的注入量。针对上述现象该研究从能带理论出发给出了相应解释:试样材料电子亲和力越高越容易注入电子;电场作用下材料能带的倾斜造成了载流子注入量在阴极和阳极处的差异;试样中载流子迁移率的差别则是因为材料内部陷阱数与深度的不同造成的。     

纳米MgO掺杂聚乙烯中空间电荷行为的研究

介绍了采用电声脉冲法测量纯低密度聚乙烯以及氧化镁／低密度聚乙烯（MgO／LDPE）纳米复合介质中的空间电荷,讨论了不同含量的MgO以及不同型号LDPE作为基础材料对复合介质内空间电荷分布的影响。实验结果表明：随着直流电场的增加,在纯聚乙烯中产生电荷注入现象,且随着加压时间的增加,注入的同极性电荷有向另一电极移动的趋势。少量的MgO可以有效抑制复合介质中的空间电荷注入,随着MgO含量的增加,对复合介质的空间电荷注入抑制效果逐渐减弱。     

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。     

电缆中空间电荷的测量与特性研究

交联聚乙烯电力电缆因其优异的电气性能,现已广泛应用于电力系统输配电线路中,然而由于绝缘本体中空间电荷的存在,会畸变局部场强,进而导致绝缘老化和击穿,因此研究电缆本体绝缘中空间电荷的分布具有重大意义。目前针对固体绝缘电介质,电声脉冲法测量空间电荷由于无损和方便等优势,在国内外被广泛采用。鉴于此,介绍了电声脉冲法的测量原理,并且结合实际运行情况中电缆线芯和外半导体之间存在温度差,通过穿心升流变压器和接触式温度传感器控制线芯温度,改进测量下电极形状以适应不同厚度和半径的电缆本体绝缘,设计了一套能够用于电缆本体的空间电荷测量装置,并进行了不同温度下的实际测量,实验结果表明,温度对声信号在介质中的传播速度以及空间电荷的注入影响明显。     

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...     

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。     

电缆本体中空间电荷的测量与特性

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆本体中的空间电荷在其绝缘的老化和击穿过程中扮演着重要角色,因此研究电缆本体绝缘中空间电荷的分布具有重要的意义。研制了一套电缆本体空间电荷电声脉冲法的测量装置,通过升流器实现了电缆线芯温度的控制,模拟了电缆在实际运行过程中线芯的温度随流通电流的大小而变化的状态。利用该套装置研究了常温和不同线芯温度下电缆本体中空间电荷的分布特性。研究发现:电缆本体中的空间电荷随着加压时间的增加而增多,随着温度的升高而减少且上电极与下电极之间的时间差随之增加。短路处理可以消除绝缘中空间电荷,但消除过程缓慢且不彻底。     

预处理温度对高压直流电缆附件绝缘材料空间电荷的影响

采用电声脉冲法(pulsed electro-acoustic method,PEA)研究了经过不同预处理温度处理后的高压直流电缆附件绝缘材料——硅橡胶(silicone rubber,SIR)及三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)绝缘层的空间电荷分布。为分析导致此空间电荷积累不同的原因,采用拉伸性能测试和动态热机械分析(dynamic thermal mechanical analysis,DMA)研究了高压直流电缆附件绝缘材料化学分子结构的变化。实验结果表明,SIR材料经过150℃预处理后,硫化更充分、交联密度增加,从而使得绝缘层中的空间电荷量减少,因此SIR的预处理以150℃为宜;EDPM材料经过150℃预处理后,综合表现为解聚反应,从而使得绝缘层中的空间电荷量增加,因此EDPM预处理温度以80℃为宜。     

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。     

直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。     

直流复合绝缘子芯棒材料中空间电荷特性研究

使用PEA法空间电荷测量系统测量了负直流高压电场作用后复合绝缘子芯棒材料中空间电荷分布,并进行了相关的分析和讨论。结果表明,在高压直流电场作用下,芯棒材料内部积累的空间电荷的极性和密度受到温度、电场强度和电场作用时间等因素的影响。由于陷阱深度的不同和物理、化学变化的作用,不同温度下芯棒材料内空间电荷的积聚极性和积聚量不同,特别是在20℃和40℃之间以及100℃和120℃之间存在明显变化。20℃下芯棒材料中空间电荷的积累随电场增大、电压作用时间的增加而增加。     

环氧/纸复合材料击穿特性及空间电荷的研究

研究对比了纯环氧树脂和环氧/纸复合材料的击穿及空间电荷特性,深入探讨加入绝缘纸对环氧树脂空间电荷的影响及其破坏机理。研究发现,在交流电场下,环氧/纸复合材料的击穿电压比纯环氧树脂低;而在直流电场下,环氧/纸复合材料的击穿电压比纯环氧树脂高。这是因为在环氧树脂中加入纸会在环氧树脂和纸的界面处产生异极性的空间电荷,在低电场下,环氧/纸复合材料的电场畸变较高,但在高电场下,它可以使电场畸变降低。