硅橡胶电树枝通道微观形貌研究

电树枝是引起聚合物绝缘材料破坏的重要因素之一,电树枝通道形貌包含了材料绝缘寿命、缺陷形成机理等重要信息。为此,利用共焦显微镜,首次使用荧光显微法对电缆内绝缘用硅橡胶(SIR)材料中电树枝老化通道进行逐层扫描观测,得到荧光显微法三维电树枝形态图和透射光源法电树枝微观形态图。另外,利用扫描电子显微镜(SEM)对电树枝通道横切面进行观测,得到电树枝通道横切面电镜图像并利用暗视野显微成像得到电树枝通道落射光法显微图像。通过上述4种实验观测方法得到的电树枝通道形貌图表明,硅橡胶电树枝通道整体形态为由球状破坏点连成的树枝状中空气隙通道,这种形貌特点首次通过实验方法直接观测得到。进而,基于这一实验结果和电树枝局部放电理论,提出了硅橡胶电树枝球状生长模式,不仅与实验观测相符合,也可为进一步研究硅橡胶中电树枝生长机理提供基础。     

硅橡胶电树枝生长过程局部放电特性研究

针对电缆附件用硅橡胶材料的电树枝生长特性及其局部放电特性进行研究,总结了电树枝的不同生长阶段具有的放电特性。结果表明:电树枝的典型生长模式主要包括生长-滞长模式和生长-快速生长-击穿模式,前者多存在于丛状电树枝中,后者多存在于松枝状和树枝状电树枝中。电树枝生长过程包括起始期、生长期、滞长期和击穿期等。不同生长阶段具有不同的局部放电特性,为电力电缆在线监测提供了有利的理论依据。     

电缆中间接头温度场特性研究

电缆中间接头是线路运行中的薄弱环节,研究电缆中间接头的温度场分布特性,对电缆安全可靠运行具有重要意义。以10 kV三芯电缆中间接头为研究对象,分析了电缆中间接头径向和轴向的温度场分布特性,并研究了环境温度和负荷电流对电缆中间接头导体最高温度、中间接头表面温度和本体表面温度的影响规律,最后结合安全工况分析给出基于电缆接头表面温度判断其是否处于安全运行状态的依据。该分析结果可为电缆中间接头的运行状态监测及预警提供参考依据。     

硅橡胶电树枝的引发与生长过程

交联聚乙烯电力电缆的应用日渐广泛,但电缆附件的电树枝击穿故障时有发生,电缆附件材料硅橡胶的电树枝引发和生长过程尚缺乏深入研究。为此,通过材料的测试分析与计算等手段,定量描述了硅橡胶材料微观结构,测试、分析了电树枝引发期的电树枝通道特征和局部放电特性。研究结果表明:硅橡胶中同时存在主链上的化学交联以及通过氢键吸附形成的物理交联;在交流场强下物理交联破坏使得材料中的微裂纹逐渐扩大,最终导致电树枝引发;硅橡胶电树枝通道呈现良好的绝缘特性,电树枝生长主要依靠局部放电下气体受热膨胀或电磁力产生的撕裂作用;增强机械性能尤其是撕裂特性可以提高材料的抗电树枝老化性能。研究硅橡胶材料的电树枝引发和生长过程为其在电缆附件中的合理使用提供了理论依据。     

机械应力下高温硫化硅橡胶电树枝生长特性

为深入研究不同脉冲频率下机械应力对高温硫化硅橡胶中电树枝生长特性的影响,该文对硅橡胶中电树枝的生长情况进行观测,分析电树枝生长对脉冲频率的依赖关系及不同拉伸形变和压缩形变对电树枝生长特性的影响规律和影响机理。结果表明:拉伸形变的增大提高了电树枝的起始概率,促进了电树枝的生长,扩大了累积损伤破坏面积,加速了电树枝对绝缘材料的破坏;压缩形变的增大降低了电树枝的起始概率,延缓了电树枝的生长,减小了累积损伤破坏面积,抑制了电树枝对绝缘材料的破坏;不同机械应力下脉冲频率的增大都提高了电树枝的起始概率,加速了电树枝的生长。研究同时发现,电场强度较低时,加压后电树枝不会立即引发,电树枝的起始可以分为明显的三个阶段;电场强度较高时,加压后迅速出现单树枝通道。该文建立了机械应力与电树枝老化之间的关系,为电缆附件应力控制分析提供了参考依据。     

磁场环境下室温硫化硅橡胶电树枝生长特性

大电流产生强磁场,从而使电树枝生长过程中承受较大的电磁力。随着电力电缆载流量的不断增加,研究磁场环境下室温硫化(RTV)硅橡胶电树枝生长特性具有重要的理论意义和实用价值。为此,选用自制RTV硅橡胶试样,采用脉冲电源和交流电源对试样加压,分别模拟了试样在脉冲电场、交流电场与磁场的耦合场下的电树枝生长状况,研究了不同电压和磁场条件下的电树枝生长特性。结果表明:随着磁通密度的升高,在脉冲电压和交流电压下电树枝的起始电压会降低;脉冲电压下,电树枝长度会由于外界高磁场的存在而明显增加;交流电压下,磁通密度的升高会使电树枝类型发生变化,当磁通密度为400 m T时,所有电树枝呈丛林状,电树枝生长速度明显降低,400 m T时电树枝分形维数明显高于0 m T时的对应值。该研究结果为进一步研究磁场条件下硅橡胶中电树枝生长机理提供了参考。     

硅脂对电缆中间接头硅橡胶力学特性的影响

在安装电缆附件时,通常会在电缆附件硅橡胶绝缘和电缆本体交联聚乙烯绝缘之间的界面处涂覆硅脂,硅橡胶吸收硅脂后会对其力学特性产生影响.目前关于硅橡胶在多种情况下吸收硅脂后其力学的研究并不充分.该文研究了吸收硅脂后对其基本力学性能的影响,系统研究了扩张程度、温度和吸收率对硅橡胶吸收硅脂后应力松弛和蠕变及永久变形率的影响,并研...     

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。     

不同电极系统下XLPE电缆电树枝生长特性的研究

The electrical tree discharge channel will be formed at concentrate spot of electric field in solid insulation dielectric,in order to study the difference of electrical tree under different electrical field,the short-cable electrode system with actual XLPE cable was designed,experiments were performed under 12 kV,15 kV,18 kV,21 kV compare to the needle-plate electrode system.Experiment results show that the electrical tree of short-cable electrode system have the same growth trend with the needle-plate electrode system in the growing characteristic,the dense of electrical tree increase with the increase of voltage level,electrical tree of short-cable electrode system growth is slower than the needle-plate electrode system at the same voltage;To get the same shape of electrical tree,the voltage of short-cable electrode system must be higher than needle-plate electrode system,the results show that the semiconductor layer and the copper shield layer outside of XLPE cable have very important affection on the electrical trees degradation.     

硅橡胶中局部放电发展与电树枝生长的关系研究

研究硅橡胶中电树枝化微观物理过程与局部放电宏观表征之间的关系,能够为基于局部放电严重程度在线评估电缆中间接头的绝缘状态提供理论依据。制备了带有缺陷的硅橡胶切片试品,在逐级升压过程中实时测量了硅橡胶绝缘劣化起始直至击穿全过程中的电树枝照片和局部放电信号,生成了电树枝面积和单位时间内局部放电能量随时间的变化曲线,阐述了两条曲线之间的对应关系。基于电树枝面积曲线的变化规律,将电树枝生长全过程划分为引发及生长、滞长、快速生长共计3个阶段,讨论了各阶段电树枝的生长模式;基于局部放电能量的发展变化规律,将局部放电发展全过程划分为5个阶段,得到了各阶段局部放电相位特征谱图,提取了灰度图空穴面积和局部放电相位宽度作为表征局部放电严重程度的特征量。研究结果表明,电树枝面积曲线和局部放电能量曲线的发展趋势具有高度的一致性,电树枝生长的3个阶段分别对应于局部放电发展的1-2阶段、3阶段以及4-5阶段,从而建立了硅橡胶劣化微观物理过程和局部放电宏观表征之间的关系,为电缆中间接头绝缘状态的在线评估奠定了基础。     

二次施压对XLPE电缆电树枝生长特性的影响

为了研究二次施压下XLPE电缆中电树枝的生长特性,采用短电缆金属针缺陷试验装置,研究XLPE电缆在12 kV作用下生长的电树枝受二次施压(15 kV)作用后新树枝的生长特性。研究结果发现,受二次施压电压和升压速度的影响,XLPE电缆绝缘层中会出现一种奇特的丛-枝状电树枝,且二次施压下,生长出的新树枝具有引发时间短、生长速度快、放电通道窄等特点。结果表明,二次施压对XLPE电缆中电树枝的二次引发和生长有较大影响,是加速电缆老化和击穿的重要因素。     

局部气压对交联聚乙烯电缆电树枝生长特性的影响

为了研究局部气压对交联聚乙烯(XLPE)电缆电树枝引发和生长的影响,分别以XLPE电缆制作插针缺陷和XLPE绝缘层切块为试验样品搭建了试验系统,研究了局部气压作用在电缆绝缘层内壁和电树枝通道内时的局部放电特征和电树枝的生长规律。结果表明:气压作用在绝缘层内壁对电树枝的引发和初期的生长没有明显影响,在生长后期对电树枝的生长速度有促进作用,树枝分形维数减小,扩展系数增大;气压作用在电树枝通道内会导致放电模式转变为流注放电,放电脉冲几乎分布在整个相位上。分析表明绝缘层内壁高气压导致大面积高温软化区产生形变是促进电树枝生长的主要因素;树枝通道内高气压使气体密度增加导致碰撞电离加剧是流注放电发生时间提前的原因。     

XLPE电缆电树枝二次生长特性分析(英文)

In order to study the growth characteristics of electrical trees in XLPE cable under secondary applied voltage, a short cable metal needle defect test device is adopted to study the growth characteristics of the new trees after the electrical trees in XLPE cable under the action of the voltage of 12 kV are influenced by secondary applied voltage (15 kV). The research results show that influenced by secondary applied voltage and voltage increase rate, there will be a peculiar "bush-branch" electrical tree in XLPE cable insulation layer and the new trees under secondary applied voltage have the characteristics of short initiation time, fast growth rate and narrow discharge channel, etc, which shows that secondary applied voltage has a great effect on the secondary initiation and growth of electrical trees in XLPE cable and it is an important factor of accelerating cable aging and breakdown.     

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。     

交直流叠加电压下硅橡胶内电树枝特性

直流电缆附件在运行过程中不仅要承受直流电压,还要承受因整流器件而产生的交流电压,在这种工况下,电树枝的引发和生长将不同于纯直流和交流的情况。在直流叠加交流电压下对硅橡胶中的电树枝进行了实验,研究了不同直流电压幅值对电树枝起始、生长和击穿特性的影响。实验结果表明:固定交流电压下,直流电压幅值的增加使电树枝起始电压先上升后下降;电树枝长度随着直流电压幅值增长基本呈现单一增长趋势,扩展系数随直流电压幅值增长而下降;当直流幅值相同时,正直流电压下电树枝的扩展系数均小于负直流下电树枝的扩展系数;随着直流幅值的增加,正直流电压下电树枝形态结构的变化趋势与负直流电压下的情况类似,试样的电树枝击穿概率增加,并且正直流电压对试样的击穿概率的影响较为显著。     

高温高气压下XLPE电缆电树枝生长规律及局放特性

交联聚乙烯(XLPE)绝缘材料电热老化产生的气体会在电缆绝缘层产生局部高气压,为了研究不同温度下气压对电缆电树枝发展特性的影响,以XLPE短电缆为样品搭建试验系统,研究了不同温度下气压作用在绝缘层内壁时电缆电树枝的生长规律及其局部放电特性。分析实验结果可知:低温下XLPE处于玻璃态,局放初期材料保持了良好的机械性能,气压的升高对局放引发和生长初期无影响。局放后期,剧增的局部放电使插针区域软化,在气压作用下产生形变,电树枝沿应力集中区迅猛发展;高温下XLPE处于高弹态,自由体积分数增加,气压越高绝缘材料受到的轴向拉力越大,材料电气性能下降越明显,电树枝越易引发。高温高气压下XLPE电缆的绝缘性能下降明显,电缆稳定运行受到严重威胁。     

针尖曲率半径对硅橡胶电树枝老化特性的影响

针对硅橡胶材料电树枝老化特性展开了试验研究。采用针板电极结构,测量了不同针尖曲率半径的起树电压和电树枝形态。结果表明,硅橡胶的起树电压较低,抗电树枝老化性能较差,导致了硅橡胶预制式电缆附件故障频发;硅橡胶中的起始电树枝多以单枝状的通道形成为标志,随后发展为4种不同的电树枝形态。进而提出了硅橡胶电树枝形态发展模型,并以此讨论了不同形态的电树枝老化特性。研究还发现,现场实际运行的硅橡胶预制式电缆附件故障解体后发现了单枝通道起始电树枝,其在运行电压作用下容易发展为细枝型形态,但同样会引发电缆附件的击穿。试验结果为现场故障分析提供了参考依据。