纳米MgO/环氧树脂复合材料的陷阱特性及对电树枝特性的影响研究

随着电压等级的不断提升,因电树枝老化而导致的绝缘材料失效问题日益严重。为研究纳米MgO对环氧树脂电树枝老化的影响,制备了不同MgO填充量（质量分数0～1%）的纳米MgO/环氧树脂复合材料,对其电树枝的起始和生长过程进行观测。结果表明,在微量填充下,纳米MgO/环氧树脂复合材料的耐电树枝性能随填充量的增加而提高。当纳米MgO质量分数为1%时,纳米MgO/环氧树脂复合材料的起树概率降低了45%、电树枝长度降低为纯环氧树脂的1/3、交流击穿场强提高了14.1%。由介电特性和陷阱特性分析可得,随填充量的增加,复合材料的介电常数减小,陷阱能级加深。纳米MgO的加入提高了复合材料的陷阱能级,降低了载流子的迁移率和浓度,进而提高了纳米MgO/环氧树脂复合材料的耐电树枝性能。     

高频下纳米二氧化硅 /环氧树脂复合材料的介电特性研究

采用溶剂一超声波法较好的实现了纳米SiO2的分散,用透射电子显微镜(TEM)观测了纳米SiO2在丙酮中的分散状态。制备了纳米SiO2／环氧树脂复合材料,研究了电场频率与复合材料介电常数和介质损耗的关系。结果表明：纳米SiO2/环氧复合材料的介电常数随电场频率的升高而逐渐降低,随纳米SiO2含量的增加而增大;复合材料的介质损耗随着频率的增高而增加,在高频区变化缓慢。     

环氧树脂中电树枝生长特性及其动力学模型的实验验证

研究了不同外施工频电压下环氧树脂绝缘中的电树枝结构、生长的特性,并用Ding等提出的模型解释了电树枝的发展过程,模拟了其生长曲线。结果表明:在同一电压下,环氧树脂中电树枝的生长速度基本为恒定值,随外施电压的升高,电树枝分枝变少,生长速度基本呈指数增加,且利用模型模拟的生长曲线与实验测试的结果吻合,最后讨论了模型的物理基础。     

衣康酸基环氧树脂与双酚A环氧树脂的电树枝特性对比

衣康酸基环氧树脂(EIA)是利用可再生资源衣康酸制备的环保型环氧树脂,具备应用于电工绝缘材料的前景。为此,探索了EIA的电树枝引发及生长特性,并与常规E-51型环氧树脂(EP)进行了对比研究。通过试验观测了工频电压下两种树脂中电树枝的引发特性以及12 kV和14 kV下的电树枝生长情况,并采用分子动力学模拟(MD)方法建立了EIA和EP的交联结构模型并计算了其微观结构参数以分析其分子结构对其耐电树枝特性的影响机理。试验及MD仿真结果表明,EP树脂存在庞大的苯基链结构,限制了聚合物主链的旋转或移动,自由体积较小,导致其电树枝引发电压较高,但电树枝主要以枝状电树枝为主,后续生长较为迅速;相对而言,EIA树脂分子交联模型为柔性长链结构,自由体积占比较大,其电树枝引发电压较低且引发后短时间内增长较快,但其电树枝主要以丛状电树枝为主,后续生长缓慢。     

微/纳米氧化铝/环氧树脂复合材料抑制电树枝生长能力的研究

为研究微、纳米氧化铝无机颗粒对环氧树脂抑制电树枝生长能力的影响,制备出了不同含量微、纳米氧化铝/环氧树脂复合材料。通过针板电极进行局放实验,观察环氧复合材料电树生长分布情况,研究了微、纳米无机颗粒对复合材料抑制电树生长能力的影响。实验结果表明,微米氧化铝显著增强了环氧树脂的抑制电树枝生长能力,而纳米氧化铝对环氧树脂的抑制电树枝生长能力影响不大。当微、纳米氧化铝颗粒含量增加时,复合材料的抑制电树枝生长能力逐渐增强。当微米氧化铝颗粒含量达到20wt%时,微米氧化铝/环氧树脂复合材料的抑制电树枝生长能力是纯环氧的1.8倍。     

外施电压频率对XLPE电缆绝缘中电树枝生长特性的影响

本文研究了半结晶交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘试样在50～2000Hz正弦电压下电树枝的结构特征与生长特性,发现由于XLPE的半结晶聚集态物理结构,在小于250Hz施压频率下会生成枝状、枝状与丛林混合状及纯丛林状三类电树枝,在500Hz以上高频下则只能生成稠密枝状电树枝,分别对应于不同的生长机理.低频下电树枝生长特性和电树枝结构与材料的聚集态密切相关,而高频下的电树枝生长特性与材料的聚集态关系不大.高频电树枝与环氧树脂、有机玻璃等高聚物材料中的生长规律相同.半结晶高聚物在低频下的电树枝生长特性主要取决于晶界与无定形界面的微孔、杂质集中情况以及针尖电极与晶块或无定形区所处的相对位置,而在高频下电极向介质中注入与抽出电荷的过程较低频下猛烈,会形成较均匀的介质弱区,因此高频电树枝引发与生长规律较为单一.     

环氧树脂/Al2O3纳米复合材料直流电树枝及局部放电特性研究

为了研究纳米Al2O3对环氧树脂直流电树枝的影响,制备了环氧树脂及环氧树脂/Al2O3纳米复合材料,采用针-板电极对试样进行电树枝试验及局部放电检测,分析了直流电树枝的起树、生长及老化对应的局部放电情况.结果表明:添加纳米Al2O3颗粒能够降低环氧树脂中直流电树枝的起树概率和生长速度,当Al2O3的质量分数小于3.0％时,其含量越高,抑制电树枝的能力越强.此外,电压上升速度越快,环氧树脂直流电树枝的引发概率越高.试样中的电树在加压时间约为1800 s时会出现滞长现象,且电树枝均为枝状电树.局部放电是环氧树脂直流电树枝老化的一个重要原因,局部放电脉冲簇主要出现在每个周期电压上升和下降的阶段,推测原因是在这两个阶段电树枝快速生长.通过对比纯环氧树脂和Al2O3质量分数为1.0％的环氧复合材料试样的局部放电测试结果,发现纳米Al2O3能够抑制电树枝发展过程中的局部放电,导致放电脉冲幅值降低并且出现更多局部放电稀疏的区域,说明纳米颗粒可以通过抑制局部放电来抑制电树枝的发展.     

不同温度下XLPE电缆中电树枝的生长特性

为了研究温度对电树枝的引发和生长发展特性的影响,本文针对15kV交联聚乙烯(XLPE)电缆设计了一套采用金属针缺陷模拟集中电场应力的实验系统。通过在4个不同温度下对交联聚乙烯(XLPE)电缆进行电树枝生长实验,结果表明,温度对电树枝引发及生长影响显著。在潜伏期,一方面,电荷的注入及自由基的连锁反应因热的作用而加剧;另一方面,在高温下由于分子热运动和自由体积膨胀,聚集态发生了从玻璃态到高弹态的转变从而导致电树枝的引发时间的大大缩短。在生长发展期,XLPE电缆电树枝的分形维数随温度上升并不单调,而是与其聚集态紧密相关。在玻璃化转变温度(θg)以下,电树枝形态由枝状向丛状转变;在玻璃化转变温度(θg)以上,电树枝逐渐稀疏,分形维数减小;电树枝随温度升高有明显加速生长趋势。通过实验研究表明,在集中电场应力下,当XLPE电缆运行温度超过110°C时,即使是短时的电热作用,也会缩短其寿命。     

XLPE电缆绝缘中电树枝生长的阶段性特性实验研究

本文研究发现,XLPE电缆绝缘中电树枝的生长过程多数呈阶段性特征,并且在较低的电压频率下伴随着两种不同的电树枝结构。但在较高的电压频率下电树枝生长的阶段性不甚明显,并且仅仅存在一种电树枝结构。本文最后分析了产生这个实验现象的原因。     

SiO_2纳米颗粒对硅橡胶中电树枝特性的影响研究

通过自制不同质量分数的纳米SiO2/硅橡胶,分析了SiO2纳米颗粒对硅橡胶中电树枝的抑制作用。结果表明:随着纳米颗粒含量的增加,相同时间内电树枝的累积起始概率明显呈下降趋势,树枝通道宽度明显减小。在纳米颗粒含量在0~3%范围内,树枝通道的数目随着纳米颗粒含量的增加而增加,电树枝的生长速度变慢,电树枝累积击穿概率下降。     

MgO/LDPE纳米复合材料抑制空间电荷及电树枝化特性

应用经硅烷偶联处理后的纳米氧化镁(MgO)粉末与低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)共混,制得MgO/LDPE复合介质。高成分衬度扫描电镜(scanningelectron microscope,SEM)中图像表明,粒径为100 nm左右的MgO纳米粒子均匀的分散于介质中。通过电声脉冲法(pulsed electro-acoustic,PEA)测试发现,当纳米MgO填料的质量分数为4%时,可以有效抑制空间电荷的注入,伏安特性的实验结果表明,复合介质拥有更高的空间电荷注入阈值场强。通过电树枝实验,发现复合介质可以抑制电树枝的引发和生长。最后,对实验结果进行了分析,探讨了纳米复合介质抑制空间电荷和树枝化生长的机制。纳米颗粒与基体材料界面电荷行为可能是复合介质电学性能改善的原因。     

聚合物电树枝种类及其影响因素

结合文献和作者的研究成果，探讨了包括环氧树脂、聚酯树脂、聚乙烯(交联聚乙烯)等聚合物材料电树枝结构特点、生长特征及共性。     

水分含量影响玻璃纤维增强环氧树脂电树枝生长特性研究

绝缘拉杆是气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）断路器和隔离开关的关键部件，用于将运动从接地部分传送到高电位部分，以实现电气连接的通断。但在出厂试验、运输和安装过程中，绝缘拉杆容易吸收空气中的水分，造成局部受潮，影响其绝缘可靠性。该文以GIS绝缘拉杆用玻璃纤维增强环氧树脂（GFRP）为对象，研究了水分含量对GFRP电树枝生长特性的作用规律。结果表明，GFRP受潮后，电树枝通道数量增多，生长速度先减小后增大，电树枝会沿着垂直电场方向的界面发展。分析认为GFRP中水分侵入会导致界面处产生离子交换，破坏界面化学键，加之界面处存在较大的湿失配应力，造成界面脱粘、开裂等现象，降低界面的击穿场强；同时水分会提高界面处相对介电常数，在工频电压下造成局部电场畸变，使电树枝劣化加剧。     

XLPE电缆绝缘中的电树枝结构及其生长特性

为研究不同频率下半结晶XLPE电缆绝缘材料中的电树枝引发、生长及结构特征,系统的归纳了XLPE电缆绝缘中可能出现的电树枝特征及其与材料聚集态和残存应力的关系;采用变频高电压发生器、实时显微数字摄像技术及专用试样加工工艺,进行了大量的电树枝培养实验。实验研究发现,由于半结晶高聚物的不均匀结晶和电缆生产过程中在绝缘层中产生的残存应力的影响,使得50Hz施压频率下XLPE电缆绝缘试样中会生成枝状、枝状与丛林混合状及纯丛林状3类电树枝,而>500Hz高频下则只能生成稠密枝状电树枝,它们分别对应于不同的生长机理。低频下电树枝生长特性和电树枝结构与材料的聚集态密切相关,而高频下则关系不大。分形分析这些电树枝的结构后发现,电树枝的生长特性与其分形维数及其分形维数的变化有对应关系,故可用分形维数分类和定量描述这些电树枝.最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理。     

气隙对环氧树脂绝缘材料电树枝实验的影响

介绍了环氧树脂电树枝实验中绝缘基座和针—板放电模型试样的制作方法,并引入气隙进行了电树枝实验,结合实验结果进行分析,阐述了气隙对环氧树脂材料绝缘性能的破坏机理。     

纳米ZnO与SiO2改性环氧树脂的绝缘特性及导热性能

本文通过将不同填充量的纳米ZnO、SiO2填充环氧树脂制备成复合材料,研究纳米无机粒子填充对复合材料绝缘特性的影响.首先利用扫描电镜检测了纳米颗粒在复合材料中的分布状况,测试了纳米ZnO、SiO2不同添加量与复合材料介电常数的关系及对复合材料局部放电起始电压的影响,同时分析了复合材料电老化过程中电树枝引发率的变化规律和纳米颗粒填充量对复合材料的导热系数的影响.研究结果表明,纳米ZnO填充量的增加会引起环氧树脂相对介电常数的增大,而纳米SiO2填充环氧树脂后,复合材料的相对介电常数先降低然后缓慢增加.纳米ZnO与SiO2均能提高复合材料的局放起始电压、降低复合材料的电树枝引发率及提高复合材料的导热系数.     

环氧树脂在低温环境下的电树枝生长特性EI北大核心CSCD

电树枝老化是导致电缆附件绝缘性能下降的重要原因。为解决该问题,重点研究了高温超导电缆终端环氧树脂绝缘材料在低温条件下的电树枝生长特点。分别在30、-30、-60、-90、-120、-196℃环境下进行实验,采用针-板电极对试样施加正极性脉冲电压,电压幅值为10、12、14 k V,频率为300、400、500 Hz。实验结果表明,低温下环氧树脂会产生2种结构的电树:树枝状和树枝-松枝混合状。低温对环氧树脂中电树枝的生长有抑制作用;然而一旦电树枝产生,低温下材料的劣化区域增加,从而对材料造成严重破坏。低温环境下脉冲电压的幅值和频率对电树枝生长的影响与室温时相似,增加脉冲幅值和频率均会加速电树枝的发展。     

可分散性纳米二氧化硅改性高压绝缘用环氧树脂的研究

选用CCl4作分散介质将DNS-2型可分散性SiO2纳米微粒充分分散在环氧树脂中改性环氧树脂,并与平高电气的具体生产工艺相结合制得具有高力学性能的高压绝缘复合材料。对复合材料的冲击性能、拉伸性能、弯曲性能和耐压性能进行了测试研究;利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)考察了SiO2纳米微粒在环氧树脂中的分散性和复合材料冲击断面形貌。结果表明,SiO2纳米微粒在环氧树脂里得到了较好的分散,在不影响绝缘复合材料电性能的前提下使冲击性能、拉伸性能、弯曲性能得到了明显的改善。     

不同工频电压下110 kV级XLPE电缆绝缘中电树枝生长情况与局放特征

通过实时观测110 kV电缆切片中电树枝老化过程,发现在不同电压等级下电树枝生长特性各异。将其生长特性与各阶段采集到的局部放电数据进行统计分析,发现一个工频周期内的最大放电量和放电次数与树枝生长有一定关系,9 kV时电树枝生长过程中有一段时间有局部放电熄灭现象,整个过程的最大放电量在电树枝生长的前期阶段;12 kV时电树枝生长过程中局部放电特征量存在一个衰减期,但最大的放电量在生长末期;18 kV时局放特征量都有平稳缓慢增长趋势。结果表明,通过局部放电某些特征量能较好地反映电树生长严重程度。