环氧树脂绝缘电树枝劣化研究进展

环氧树脂因具有优良的耐热性、机械强度、电气绝缘性能和良好的可加工性而广泛应用于电工装备绝缘的浇注、浸渍和封装等领域.该文根据国内外参考文献综合论述了由环氧树脂绝缘电树枝劣化引起的绝缘击穿现象.基于环氧树脂空间电荷集聚与迁移、局域电场形成、紫外辐射和机械应力断链理论,阐述了环氧树脂电树枝引发机理和劣化过程.结合电气设备运...     

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。     

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。     

交联聚乙烯电缆绝缘中的电树枝与绝缘结构亚微观缺陷

半结晶高聚物中的电树枝特性远比纯脆性或柔性聚合物复杂,源于材料中的结晶区和无定形区两相共存.在厚绝缘交联聚乙烯(XLPE)中还存在不均匀结晶和微孔高度集中,以及残存应力,导致电树枝特性更加复杂.本文提出利用生长速度比和扩展系数两个新参数来研究XLPE中的电树枝生长规律.根据XLPE电缆绝缘中电树枝结构特征和生长特性,研究了电树枝的影响因素和绝缘中的四种亚微观绝缘结构弱点,分析了微孔集中、大球晶边界及结晶排渣、应力、电场局部集中所导致的电树枝在绝缘内侧的迅速扩展现象,提出了超高压XLPE电缆发展所必须解决的亚微观绝缘结构缺陷在电缆绝缘内侧集中问题及其对策.     

XLPE 电缆绝缘中的电树枝种类及其影响因素

通过大量样品实验研究,本文发现,在同等实验条件下,由于材料聚集状态的差异,在同一XLPE电缆绝缘中引发和生长的电树枝可分为枝状、丛林状、藤枝状、松枝状和混合状等五类;不同结构的电树枝对高压XLPE电缆运行可靠性的影响不同;对产生这几种电树枝结构的内在材料聚集状态特征进行了研究。     

直流-温度复合场下环氧树脂内电树枝生长特性研究现状

本文介绍了直流复合场对电树枝生长特性的影响规律,综述了温度和电场耦合条件下电荷输运对电树枝劣化的影响机理及环氧树脂纳米复合电介质电气性能的研究进展.     

聚乙烯中水树枝-电树枝的相互转化

通过合适的手段模拟水树枝存在情况下材料中的电场强度分布,对理解水树枝向电树枝的转化和评估水树枝的危害程度有重要的实用价值.在总结水树枝-电树枝相互转化已有研究成果的基础上,用有限元方法模拟了不同半径水树枝存在情况下材料中的电场分布.模拟结果表明:水树枝存在的情况下,材料中的最大电场强度出现在水树枝尖端;在外施电压一定的情况下,材料中的最大电场强度随水树枝半径的增大先减小后增加;较短的水树枝弱化了材料中的局部电场强度.     

变频电机电磁线绝缘膜电树枝化击穿机理研究

阐述了调速牵引电机中电磁线绝缘破坏的问题及电树产生和发展的机理。以完好的和含有杂质的变频电机用电磁线为试样,在高压下老化直至击穿,对击穿点进行扫描电镜和能谱分析。试验结果表明,两试样的击穿均为树枝状击穿,金属杂质的存在降低了绝缘膜的电气强度。     

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。     

温度梯度下海底电缆交联聚乙烯绝缘电树枝特性研究

由于交联聚乙烯（XLPE）主绝缘较低的导热系数与海水较低的温度,极易在海底电缆绝缘内形成较大的温度梯度,温度梯度的形成将导致XLPE聚集态及介电特性的径向差异,从而影响电树枝劣化过程。为掌握温度梯度下XLPE的电树枝特性,搭建了10～90℃内的温度梯度电树枝实验平台,测量了不同温度梯度下XLPE的电树枝起始及生长特性。结果表明：不同温度梯度下的针尖电场变化及XLPE聚集态改变会影响电树枝的起始电压,且随着温度梯度的增大,电树枝的主形态呈现出藤枝状、丛林-藤枝混合状及丛林状之间的渐变特性。     

交联聚乙烯电缆绝缘中的导电和非导电型电树枝

研究发现,交联聚乙烯中存在导电型、非导电型和混合型三种电树枝,分别对应于不同的生长机理,主要取决于介质的聚集态和施压频率等.实验表明,均匀结晶态中的电树枝为导电型,非均匀结晶态大球晶界面的电树枝为非导电型;频率会促进非导电型电树枝的发展,但对导电型电树枝的引发与生长不产生显著影响.非导电型电树枝引发过程较弱时,会缓慢发展成为混合型.研究分析证实,空间电荷限制下的树枝尖端微击穿是深入到晶体中的导电型电树枝缓慢发展的主要过程,局部高温高压气体沿晶界弱区迅速膨胀、树枝通道中的局部放电和电荷复合等是非导电型电树枝发展的主要过程.     

交联聚乙烯中水树枝向电树枝的转化

水树枝老化是运行在潮湿环境下的聚烯烃电力电缆发生绝缘击穿的主要诱因,水树枝在一定情况下可能引发电树枝,进而导致绝缘击穿。该文主要研究水分和水树枝劣化对交联聚乙烯(cross-linked Polyethylene,XLPE)中电树枝引发生长的影响。选用过氧化物交联聚乙烯作为实验材料,用水针电极、高频加速老化的方法培养水树枝,采用计算机实时显微数字摄像系统观测电树枝的引发和发展。分别研究了湿润水树枝和干燥水树枝在不同电极类型(水针电极、钢针电极)、不同电压下(15、20 kV)向电树枝的转化规律。实验研究发现：就电树枝的平均引发时间而言,未劣化试样最短,湿润水树枝试样最长,干燥水树枝试样介于二者之间;就电树枝引发率而言,干燥水树枝试样最高,湿润水树枝试样最低,未劣化试样介于二者之间;采用水针电极时,3种试样引发的电树枝均为枝状。结合对比3种试样中电树枝的形态,研究了湿润水树枝和干燥水树枝中电树枝的引发和生长机制。     

环氧树脂固化时直流预电应力对粘接的影响

通过定性和定量分析试验 ,研究了环氧树脂固化时直流预电应力对粘接的影响 ,结果表明 :有脱模剂时 ,固化过程中直流预电应力的存在会弱化脱模剂的作用进而强化环氧树脂固化物与金属模具正电极间的粘接强度 ,但对环氧树脂固化物与金属模具负电极间的粘接强度无明显影响     

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。     

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。     

温度对硅橡胶电树枝老化特性的影响

电缆系统运行温度对新型超高压预制式电缆附件主绝缘材料高温硫化(HTV)硅橡胶的性能具有重要的影响。为此,针对温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响展开了试验研究,测定了温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响规律,并对试验结果进行了理论分析。研究结果表明,在试验温度范围内,温升导致HTV硅橡胶击穿场强呈现略微下降的趋势,而起树电压则随温度的升高明显下降。试验中还发现HTV硅橡胶电树枝形态与温度密切相关,室温条件下以树枝状和松枝状电树枝为主,而高温下则以丛状电树枝为主。对上述试验结果的分析讨论后认为,温升引起HTV硅橡胶起树电压的大幅降低是导致新型预制式硅橡胶超高压电缆附件绝缘故障频繁的重要原因,因此,在电缆附件的绝缘结构设计时,对于温度变化而引起材料电气性能参数变化的相关问题应给予更多的关注。     

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。     

重复脉冲电压频率对环氧树脂电树枝引发特性的影响

在不同幅值和频率的重复脉冲电压下,研究了环氧树脂电树枝的引发特性,并与相同幅值和频率的正弦电压下的电树枝引发特性进行对比。结果表明:当电压幅值和频率相同时,重复脉冲电压下电树枝的引发概率和生长长度约为正弦电压下的3倍,正弦电压多引发单枝电树枝,而重复脉冲电压下电树枝引发速度更快且为多枝形态。当重复脉冲电压幅值或者频率升高时,电树枝更易生长,电树枝主干变粗。与相同频率和幅值的正弦电压下相比,重复脉冲电压下电树枝引发受直流电压平稳过程和上升、下降时间处极性翻转的共同作用,直流电压平稳过程会注入更多高能电荷,极性翻转过程中电荷脱陷更快,分子链更易断裂,导致重复脉冲电压对绝缘的损伤比正弦电压更为严重。