空间电荷对PE薄膜电击穿的影响

本文通过对干、湿两种LDPE薄膜试样在不同模式电压作用下电击穿场强的试验研究,说明了脉冲击穿的预直流效应.脉冲击穿场强为直流击穿场强的88%,助场时击穿场强上升到与直流击穿场强相等,而反场时击穿场强随预应力的增加而线性下降.试样吸潮后其直流击穿场强几乎未发生变化,脉冲击穿场强下降,反场时其空间电荷对电击穿的影响更加显著.干、湿试样的反场击穿时延远大于脉冲和助场对的击穿时延.脉冲发生器输出1/15000μs的准方波且采用记忆示波器观察电压幅值和击穿时延.     

基于等温表面电位衰减法预测不同厚度的聚乙烯纳米复合材料直流击穿场强

聚合物绝缘材料直流击穿场强与空间电荷动力学过程密切相关,而材料陷阱能级特性是影响空间电荷输运的重要因素,探究陷阱能级与击穿强度的联系,对掌握聚合物的击穿规律具有重要意义。为此制备了厚度为0.05～0.25 mm的低密度聚乙烯((low density polyethylene,LDPE))纳米复合材料试样,采用等温表面电位衰减法(isothermal surface potential decay, ISPD)分别在10和20 kV/mm的初始场强条件下测量试样的陷阱能级分布,基于陷阱能级中心计算试样的本征击穿场强,并结合双极性电荷输运模型(bipolar charge transport, BCT)预测材料的直流击穿场强,分析厚度对预测结果的影响。结果表明,在较高初始电场下,所测陷阱能级中心较浅,计算所得的本征击穿场强较低。试样的直流击穿场强预测值随纳米颗粒含量增大呈先增大后减小的趋势,随厚度增大而下降,与实验结果较相符。采用高初始场强下测得的陷阱能级中心,预测的直流击穿场强更准确。     

±1100kV特高压直流换流阀试验用高压直流串级发生器的绝缘耐压分析

为在实验室条件下进行±1 100 kV特高压换流阀绝缘型式试验,需要对用于试验的高压直流串级发生器能否满足绝缘耐压要求进行分析。利用ANSOFT SIMPLORER软件对装置进行电路理论分析计算以及利用ANSOFTMAXWELL有限元软件对其进行三维结构的电场强度仿真分析。仿真得到最大场强为22.62 kV/cm,与空气击穿场强25 kV/cm较接近,结果与装置输出1 843 kV时,装置顶部与实验室顶部钢梁间的空气间隙空气被击穿相吻合。为进一步降低场强,对装置进行优化分析,并得出优化后的电场强度最大值为20.66 kV/cm,低于空气击穿场强。因此认为,若不考虑空气温湿度等条件的影响,在现有试验室条件下,试验室设备具备±1 100 kV特高压换流阀绝缘耐压试验的能力。     

320kV国产交联聚乙烯绝缘料高压直流电缆设计

为促进国产交联聚乙烯绝缘料在高压直流电缆绝缘中的应用,根据实验数据推导出国产交联聚乙烯绝缘料的电导率方程,得到了电导率与温度和电场之间的关系;实验测得五种不同厚度薄试样的击穿场强,根据双参数威布尔分布推导出绝缘料的击穿场强与厚度的关系,得出厚度为26 mm下绝缘材料的击穿场强;根据TICW 7.2标准设计出320 kV高压直流电缆的结构,利用Comsol Multiphysics软件仿真得出电缆在不同负荷状态下的电场和温度场分布。仿真结果表明:当导体绝缘内温差大于5.3℃时,绝缘外部场强开始高于内部场强;当导体温度为70℃时,绝缘内部电场最大值为15.1 kV/mm,远低于材料的击穿场强。通过仿真分析,为成功设计320 kV高压直流电缆提供参考。     

现役交流XLPE电缆绝缘切片试样的交、直流耐压性能对比

为升级输电线路的传输能力,可将现役交流XLPE电缆线路改为直流运行,但仍缺乏改造方案设计的统一标准或规范。因而对1根投运7年的YJV22-8.7/10 kV-3×185 mm~2电缆进行绝缘环切,在相同条件下对切片试样进行交流及直流电压下的连续和逐级升压击穿试验。结果表明:升压速率为2、0.5、0.1 kV/s的连续升压击穿试验中,升压速率对试样的交流平均击穿场强影响很小,而对直流击穿场强影响较大;时间步长为2、6、15 min的逐级升压试验中,随着时间步长的增加,交流击穿场强略有降低,而直流击穿场强显著增大。随着电压施加时间的增加,交流击穿场强下降,而直流击穿场强反而增大,这导致直/交流击穿场强比值持续增大,由1.33增大至3.73。以击穿场强的95%置信下限值为基础,推导可获得XLPE绝缘试样的交、直流1 h击穿场强分别为89.50 kV/mm及247.55 kV/mm,而反幂定律中的电老化寿命指数拟和值为17和-11.51。在高压短时击穿试验范围内,试样的直流耐压性能随时间变化不符合传统电老化寿命定律,这可能与空间电荷效应的时间依赖性有关,需要后续研究进一步确认;同时也说明基于薄试样、高电压、短时间的击穿试验数据无法有效反映直流绝缘的长期电老化性能,不能直接用于XLPE直流电缆的绝缘结构设计。     

提高脉冲电容器储能密度的试验研究

通过改变脉冲电容器部分设计及工艺参数,探讨对其工作电压的影响,分析PP膜的击穿场强,提出了提高电容器工作场强的可能性。同时根据脉冲电容器充放电试验试品击穿情况及对击穿点的解剖分析,对脉冲电容器击穿机理进行了初步的探讨。     

同轴圆柱形电极下土壤冲击特性的试验研究

了解土壤的冲击特性是研究雷电流冲击下接地装置周围土壤火花放电现象的关键,同时也是输变电工程雷电防护的基础。通过试验研究了土壤水分含量、冲击极性等对土壤放电时延、50%冲击击穿电压和击穿场强的影响规律,并测试了不同水分含量下的土壤电阻率。试验结果表明:土壤电阻率随水分含量的增大而减小;放电时延随土壤水分含量的增大而减小;相同水分含量下,放电时延随击穿电压的增大而减小,随冲击电流波前时间的增大而增大,且负极性的放电时延比正极性大。而当土壤水分含量较低时,50%冲击击穿电压随着土壤水分含量的增大而减小,对应的击穿场强亦如此,且明显低于均匀空气击穿场强30 kV/cm,同时正极性50%冲击击穿电压比负极性低。     

棒-板长空气间隙击穿电场稳态条件的仿真

为推动以放电理论为基础的高电压与外绝缘学科从半物理到物理研究方向的发展,基于有限元数值计算方法,对棒-板长空气间隙的电晕云模型进行了仿真研究。结果表明:带电离子和外加电压同时影响空间电场分布,空气分子的电离率α对电场分布影响较大,附着率η、结合率β、解离率γ对电场影响较小;不同电晕云长度对空间电场分布的影响都具有相同规律性;空气相对湿度对击穿电压影响较大,空气湿度越小,空气越容易击穿;正极性棒-板长空气间隙击穿的电场条件为:放电起始后,电晕头部最高场强达到11.0kV/cm,电晕云内部最低场强达到3.0kV/cm,在该条件下对应的击穿电压计算值与实验值误差<11%。以上计算结果可为超特高压外绝缘的设计提供可靠的理论依据。     

利用脉冲功率技术对岩石进行钻孔

本文介绍一种脉冲功率技术在工业中的最新应用—在坚硬的岩石上钻孔。这种方法不同于以往对岩石进行加工的方法 ,其基本原理是由于液体和固体介质的动态击穿场强不同 ,当一高能量短脉冲施加于液体 -固体界面时 ,固体介质表面比液体更容易发生击穿。这种方法单脉冲最大刻蚀量可以达到 183cm3 。     

陡脉冲致肿瘤不可逆性电击穿的场强阈值研究

为了明确陡脉冲电场致在体肿瘤细胞不可逆性电击穿的电场强度阈值,以新西兰大白兔肝脏VX2肿瘤组织为研究对象,建立了陡脉冲在均匀介质中的有限元模型;采用电场仿真和荷瘤动物实验相结合的方法,用不同电压峰值的陡脉冲电场分别处理荷瘤组织,并用经病理切片描绘得出的电场杀伤覆盖范围同理论仿真模型相互验证,以求得陡脉冲电场在肿瘤组织中的分布,进而求出其电场强度阈值。结果表明:理论仿真与动物实验相互吻合;根据肿瘤组织的坏死轮廓和仿真结果初步判定陡脉冲电场致在体兔肝VX2肿瘤组织不可逆性电击穿的电场强度阈值为838±46 V/cm。本研究为治疗参数的恰当选择提供参考,只要电场覆盖范围内肿瘤区域的最小电场强度略大于肿瘤细胞不可逆性电击穿阈值,即可使肿瘤组织得到有效杀伤而正常组织受到最小损伤。     

Surface flashover of oil-immersed dielectric materials in uniform and non-uniform fields

The applied electrical fields required to initiate surface flashover of different types of dielectric material immersed in insulating oil have been investigated, by applying impulses of increasing peak voltage until surface flashover occurred. The behavior of the materials in repeatedly over-volted gaps was also analyzed in terms of breakdown mode (some bulk sample breakdown behaviour was witnessed in this regime), time to breakdown, and breakdown voltage. Cylindrical samples of polypropylene, low-density polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene, and Rexolite, were held between two electrodes immersed in insulating oil, and subjected to average applied electrical fields up to 870 kV/cm. Tests were performed in both uniform- and nonuniform- fields, and with different sample topologies. In applied field measurements, polypropylene required the highest levels of average applied field to initiate flashover in all electrode configurations tested, settling at ~600 kV/cm in uniform fields, and ~325 kV/cm in non-uniform fields. In over-volted point-plane gaps, ultra-high molecular weight polyethylene exhibited the longest pre-breakdown delay times. The results will provide comparative data for system designers for the appropriate choice of dielectric materials to act as insulators for high-voltage, pulsed-power machines.     

嵌入屏障的绝缘介质中电树生长模型

利用WZ模型将绝缘介质离散化,使用分形理论讨论了绝缘介质中电树发展的随机性和确定性。在原有WZ模型的基础上引入了分布耐电强度的概念,建立了新的模型。通过此二维模型仿真了在绝缘介质中嵌入了耐电强度高于原介质的屏障后的电树生长情况。在针板电极结构下用模型仿真了在绝缘介质中所嵌入屏障耐电强度的不同对电树发展造成的不同影响,并比较了不同情况下的平均击穿距离。通过比较得出,当嵌入耐电强度远大于原介质的屏障后,电树发展过程中需要绕过屏障进行生长,从而等效于增加了原有介质的厚度,使得整个介质的绝缘性能有一定程度的提高。     

空间电荷对低密度聚乙烯电气击穿特性的影响

为解决聚乙烯用作电线电缆绝缘材料时所受空间电荷问题的困扰,采用在低密度聚乙烯(low density po-lyethylene,LDPE)试品上施加直流预电压使其中积聚一定量的空间电荷,然后测量试品击穿强度的方法,研究了空间电荷对LDPE击穿特性的影响。结果表明,与未经过预电压处理的LDPE的击穿强度相比,在经过较低场强(50 kV/mm)预电压处理后,预电压与击穿电压极性相同时击穿强度提高了约9%,极性相异时击穿强度降低约14%;而经过较高场强(150 kV/mm)预电压处理后,预电压时LDPE中出现空间电荷包现象,预电压后同极性击穿强度提高约19%,而异极性击穿强度反而上升约16%。分析认为空间电荷包在LDPE中的运动导致了部分空间电荷的中和,使得空间电荷积聚量减少,同时LDPE中可能的缺陷得到了一定程度的老炼而使介质得到了均匀化,从而使LDPE的击穿强度得到了提高。     

CuFeW触头材料的性能

为了提高CuW的物理机械性能,使其具有更好的耐电弧烧蚀性能和更长的使用寿命,笔者采用熔渗法制备了添加不同体积分数Fe元素的CuFeW合金,研究了Fe元素的添加对CuW合金的组织、硬度、电导率、电击穿性能的影响。结果表明,CuFe合金中Fe的加入量小于1.5%时,熔渗后的CuFeW合金的硬度随Fe体积分数的增加略有增加,而电导率则随之减小,固溶时效处理后合金的电导率有所提高。Fe元素的添加提高了CuW合金的耐电压强度,降低了材料的截流值。对真空电击穿后的材料表面电烧蚀形貌观察发现,电弧在CuFeW合金表面分布较为分散,Fe的加入使首次击穿由原来集中连续地发生Cu/W相界面上转移到非连续地选择性在Cu基体上击穿,产生的击穿坑较小且分散,铜液的飞溅现象减少。     

SF6气体在环形电极下的击穿特性

为获得高电压等级SF6电器绝缘结构实际形状电极的击穿特性,试验了环形电极在SF6最大压力0.8MPA,端面曲率半径为0.1、0.3 CM时电极间击穿电压随气压的变化。确定了SF6气体在两类环形电极间击穿场强随气压的变化,并给出了试验值与简化模型的工程解析计算值间的比较,可供使用相似电极设备的设计参考。     

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.     

Effects of inorganic fillers on withstanding short‐time breakdown and long‐time electrical aging of epoxy composites

Inorganic fillers were added to epoxy resin for preparing micro and nano filler/epoxy composite, and then the breakdown strengths, depths of erosion caused by partial discharge, and electrical tree experiments of composites were investigated. It was found that the loading of micro fillers usually decreases the short‐time breakdown strength (breakdown under a continuously rising voltage) of the composites. On the contrary, it increases the ability to withstand long‐time electrical aging (erosion or breakdown caused by electrical tree under a discontinuously rising voltage or constant voltage) of the composites. The effect of inorganic fillers in suppressing the electrical tree or erosion channel propagation in the composite is different during the process of withstanding short‐time breakdown and long‐time electrical aging. Defects are introduced during the mixing of fillers and epoxy resin, which play a role to decrease the short‐time breakdown strength and accelerate long‐time electrical aging. It is concluded that micro and nano inorganic fillers can suppress the electrical tree channel propagation and erosion caused by partial discharge, whereas defects play the opposite role in composites. Two opposite effects of inorganic fillers and defects exist simultaneously during the process of electrical aging and breakdown; whereas inorganic fillers play a primary role in long‐time electrical aging, defects play a primary role in short‐time breakdown.     

基于不同电极系统的电树枝生长特性的研究

固体绝缘介质在电场应力集中处会发生树枝状放电并生成树枝状放电通道,为了研究在不同电场作用下固体绝缘介质中的电树枝特性的差异,采用实际交联聚乙烯(XLPE)电缆的短电缆电极系统,与常用的针-板电极系统分别在12、15、18、21 kV下进行电缆的树枝化实验。实验结果表明,短电缆电极系统与针-板电极系统得到的试验结果具有相同的趋势,电树枝的稠密程度随着电压的升高而增加,在相同电压下,短电缆电极系统的电树枝的发展速度比针-板电极系统慢,短电缆电极系统得到与针-板电极系统相同形态的电树枝的外施电压值要高。     

钛酸铜钙-氮化硼掺杂EPDM复合介质的电学和力学性能研究

非线性电导材料的应用是解决高压直流电缆附件内部电场集中问题的一种有效方案.因此,通过掺杂钛酸铜钙(calcium copper titanate,CCTO)纳米填料对三元乙丙橡胶(ethylene-propylene-diene monomer,EPDM)进行改性,在较低的掺杂体积分数(2％CCTO)下,复合介质展现出...     

炭黑N330用量对乙丙橡胶电缆料性能的影响

研究了三个不同厂家生产的炭黑N330的用量对乙丙橡胶(EPDM)电缆料的机械性能、抗老化性能和电性能的影响。结果表明,三个不同厂家生产的炭黑N330对EPDM电缆料性能的影响规律相近。即N330的添加量为8~16份时,其胶料的拉伸强度和撕裂强度明显增大;随着炭黑N330用量的增多,胶料的断裂伸长率逐渐减小,但是均在700%以上;胶料经过热空气加速老化后,拉伸强度变化率和断裂伸长率变化率均在-30%^+30%之间;在N330添加量为16份时,胶料的体积电阻率和击穿强度分别不小于1014Ω·㎝和19 kV/mm。N330添加量为8~16份时,EPDM电缆料具有优异的综合性能。