液氮环境中3种聚合物薄膜老化和拉伸状态下的绝缘强度

用于超导设备的薄膜型绝缘材料绕包于导体时往往承受一定的绕包张力,且由于工作环境温度的变化、机械应力等作用会发生老化.为研究薄膜型绝缘材料在液氮环境中老化拉伸状态下的绝缘强度,设计了一套测试电极系统对聚酰亚胺(Kapton)、聚丙烯层压纸(PPLP)和聚四氟乙烯(PTFE)3种薄膜在液氮中经过不同老化处理后拉伸状态下的工频和直流绝缘强度进行了实验研究,结果发现老化拉伸状态下交、直流击穿电场强度大多在较小幅度内发生变化,而经过冷热循环处理后的聚丙烯层压纸交流、直流击穿电场强度均发生了跳跃性地下降,因而在选择聚丙烯层压纸作为超导电力设备的绕包型绝缘材料时,应充分考虑工作温度剧烈变换导致的材料老化因素的影响.3种材料的直流击穿电场强度要普遍高于交流击穿电场强度.     

无机纳米掺杂XLPE电缆绝缘的力学性能与电气强度研究

通过自制掺杂纳米Si O_2和纳米炭黑的XLPE绝缘材料,研究了两种无机纳米颗粒对XLPE力学性能与电气强度的影响,测量了试样的拉伸率、断裂伸长率以及热老化前后的击穿电压和耐压时间。结果表明:添加纳米炭黑的XLPE试样具有最好的交联程度,材料韧性增加,而添加纳米Si O_2的XLPE试样的交联程度相对于纯XLPE试样变化不大,韧性减小,刚性增大;两种纳米颗粒的添加均使得XLPE电缆绝缘试样的击穿电压升高,同时耐压时间增加;热老化会降低XLPE绝缘材料的电气强度。     

高压交联聚乙烯电缆绝缘径向的力学、电学、理化性能分析

对66 kV退役及加速热氧老化的电缆主绝缘分层导体屏蔽层一侧(内层)、绝缘屏蔽层一侧(外层)取样,利用电子万能拉伸机进行拉伸实验;采用X射线衍射仪、萃取法进行理化实验;采用耐压测试进行工频击穿实验。通过力学、电学、热学耦合仿真分析XLPE绝缘层径向老化性能。结果表明：XLPE材料内外层抗拉伸强度随老化周期的增加呈先增大后减小,断裂伸长率一直减小,XLPE绝缘内外层结晶度、击穿电压呈先增大后减小。     

冷热循环老化对变频调速电机电磁线绝缘电性能影响的研究

为研究冷热循环老化对变频调速电机电磁线绝缘电性能的影响,通过对电磁线进行冷热循环试验,测试分析了冷热循环次数对电磁线绝缘电性能的影响规律。结果表明:电磁线试样的介质损耗因数(tanδ)、电阻(R)、电容(C)随冷热循环次数的增加而有所减小,击穿电压随循环次数的增加而变化不明显。tanδ随着电压的增大而减小,可能是由于该绝缘材料具有非线性效应。     

热-力联合老化对硅橡胶交联网络及力学和耐电特性的影响

为了探究热-机械应力共同作用对电缆附件硅橡胶绝缘性能的影响,该文设计并开展了硅橡胶的热-力联合老化试验,对比分析了老化前后硅橡胶的力学性能、电气性能和微观结构。结果表明：随着老化程度的加剧,试样拉伸强度和断裂伸长率下降,硬度增加;老化后试样的击穿强度整体上呈现先增加后降低的趋势,在老化时间一定的情况下,击穿强度随着拉伸应力的增大而减小,相对介电常数逐渐增加。结合交联密度和红外光谱测试结果分析认为,在老化前期,硅橡胶主链间发生氧化交联反应,自由体积和载流子迁移率减小,击穿强度增加;老化后期,交联体系结构和分子链被破坏,自由体积和载流子迁移率增大,击穿强度下降。在机械应力耦合作用下,卷曲的分子链沿着机械应力方向被拉伸,且处于拉伸状态的分子链在高温作用下更容易发生断裂,造成材料绝缘性能的进一步劣化,为电缆附件硅橡胶老化状态评估提供了一定的理论依据。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

气固复合绝缘变压器聚酯材料老化特性研究

为了研究长时间运行下SF₆气固复合绝缘变压器的老化状态，建立了变压器内部聚酯绝缘材料老化评估模型。首先对6020型PET薄膜进行加速热老化实验，然后采用频域介电谱、差示扫描量热、拉伸以及近红外光谱检测PET材料的老化特性。实验发现，PET薄膜介电损耗随老化呈现先减小后增大趋势，采用Havriliak-Negami介电弛豫模型处理后选取了典型特征参量τ₁和τ₂,并拟合得到了老化时间与τ₁和τ₂的经验公式；PET薄膜的结晶度和断裂伸长率随着老化呈现先增大后减小趋势，拉伸强度呈现减小趋势；PET薄膜近红外吸光度随着老化呈现减小趋势，采用线性判别分析算法进行降维处理后获得了较好的分类结果。综合分析可得，频域介电谱弛豫时间常数τ₁和τ₂、拉伸强度和近红外光谱吸光度特征参量可以较好的表征聚酯材料的老化程度。     

低介电聚酰亚胺/分子筛复合薄膜的制备及性能研究

通过将硅烷偶联剂和超声分散处理后的分子筛加入聚硅氧烷酰胺酸共聚物溶液中进行混合和热亚胺化的方法,制备一系列聚酰亚胺/分子筛复合薄膜。通过网络分析仪、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)、电子拉伸机、击穿电压测试仪等对薄膜进行结构表征和性能研究。结果表明:复合薄膜的介电常数随着分子筛含量的增加而降低,当分子筛质量分数为3%时,薄膜的介电常数由初始的3.02下降为2.72,介质损耗因数由初始的0.005 0增大为0.005 4,薄膜的热分解温度高于500℃,断裂伸长率为30.8%,综合性能良好。     

3种聚合物薄膜拉伸状态下的绝缘强度研究

研究了聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺薄膜(PI)、聚丙烯层压纸(PPLP)3种聚合物薄膜经液氮浸泡和冷热循环后在拉伸状态下的电气绝缘强度,并与未处理的样品进行对比。结果表明:未处理时,PI薄膜的工频绝缘强度最大;经液氮浸泡后,PTFE和PI薄膜的工频绝缘强度相当,而PPLP薄膜的工频绝缘强度相对稳定。     

干式空心电抗器包封受潮对绝缘的影响研究

包封受潮是导致干式空心电抗器匝间绝缘失效的重要诱因,文中通过对故障退运电抗器的解剖分析以及匝间绝缘材料的湿热老化试验,研究包封受潮对干式空心电抗器匝间绝缘的破坏作用。首先,解剖了一台南方地区故障退运的电抗器,利用扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、断裂拉伸试验等对样品的理化性能进行分析,推断受潮后包封内部绝缘的变化过程;然后,进一步对作为匝间绝缘材料的PET聚酯薄膜进行了湿热老化试验,研究了其在不同湿度老化条件下击穿场强、断裂伸长率的变化。研究表明:干式空心电抗器有可能严重受潮,受潮将导致包封内部各绝缘材料的水解,其中聚酯薄膜的耐水解性能很差,极易由于严重水解而导致机械强度的大幅下降甚至完全脆化,并在包封内部应力的作用下破裂从而导致匝间绝缘受损,所以有必要采取措施防止包封受潮并降低包封受潮对匝间绝缘的破坏。     

有机硅接枝改性低密度聚乙烯的研究

为改善聚乙烯电缆料在高电场下的老化性能，用显微镜观察并拍照等方法研究了不同聚硅氧烷接枝量对改性低密度聚乙烯的结晶形态、电性能及机械性能等的影响。研究结果表明：接枝聚硅氧烷后，改性的低密度聚乙烯的树枝引发示性电压、击穿场强、耐环境应力开裂性、拉伸强度及断裂伸长率都得到提高。     

纳米Al_2O_3掺杂对油纸绝缘热老化特性的影响

油纸绝缘的热老化特性是影响变压器寿命的重要因素。为获得具有优良抗热老化性能的油纸绝缘,在绝缘纸抄造的过程中掺杂纳米Al_2O_3,通过测试复合绝缘纸的电气强度确定最佳掺杂质量分数为2%。将复合绝缘纸、普通绝缘纸分别进行浸油处理,并在130℃下进行31 d的加速热老化试验,测量分析绝缘纸的工频击穿强度、介电常数、介质损耗、聚合度、抗张强度与绝缘油中糠醛含量、油的颜色、酸值、水分、粘度和油中溶解气体等参数随老化时间的变化规律。结果表明:与普通油纸绝缘相比,热老化过程中复合绝缘纸的电气性能始终优于普通绝缘纸,聚合度和抗张强度下降速度减缓,浸渍复合绝缘纸的绝缘油颜色较浅、粘度变化小,油浸复合绝缘纸的老化产物生成量少。最后提出在热老化过程中纳米Al_2O_3表面羟基能有效吸附水分、中和小分子酸,从而抑制了H+在热老化反应中的催化作用,有效延缓了油纸绝缘的热老化。     

Dielectric breakdown strength correlation with time-to-failureduring wet aging of XLPE-insulated cables

This paper reviews two sets of failure information, the GMTF (a parameter obtained from time-to-failure results) and GMBD stress (a parameter that is calculated from AC breakdown test results), and suggests a correlation. The test results were obtained from accelerated aging experiments on full-sized medium voltage cables in carefully controlled and monitored water-filled tanks. Results show that the ambient temperature AC breakdown strength for equivalently aged cables is influenced primarily by voltage stress during aging-not by the aging temperature. The AC breakdown strength on equivalently aged cables was also shown to decrease with reductions in the aging voltage at all aging temperatures     

Comparative laboratory evaluation of TR-XLPE and XLPE cables with Super-smooth conductor shields

This paper provides data on four commercial tree retardant crosslinked polyethylene (TR-XLPE) and one cross-linked polyethylene (XLPE) insulated 15 kV cables supplied by three manufacturers. The cables have "super-smooth" conductor shields and "extra-clean" insulation and insulation shields. AC and impulse voltage breakdown and selected other characterization data are presented for cables that were aged immersed in room temperature water (15-30/spl deg/C) up to 24 months of a planned 48 months aging program. The five cables have high ac voltage breakdown strength, three of the TR-XLPE cables, actually increased in breakdown strength during aging. The one TR-XLPE cable that had the lowest ac voltage breakdown had vented trees at the insulation shield and high dissipation factor, which the other cables did not have. The impulse voltage breakdown strength of all cables decreased during aging; the cable with the lowest ac voltage breakdown also has the lowest impulse voltage breakdown. The dissimilar performance of the TR-XLPE cables and the excellent performance of the XLPE cable indicates evaluations at longer times are required to differentiate between modern TR-XLPE and XLPE insulated cables.     

Investigation of the voltage life of mica-alumina composite insulation at high temperatures

Experiments and investigations were carried out on the voltage life of a bar-coil model with a nickel-plated copper conductor covered with mica-alumina composite insulation at a temperature range of 550–850 °C. Diffusion of copper into the insulation layer was observed on the specimens aged for a long period. Insulation with mica paper gave faster diffusion speed and shorter voltage life than insulation with mica flake. The diffusion speed became higher with an increase in temperature. The ac current gradually increased with aging time and increased rapidly just before breakdown. There was the relationship I = aEⁿ (a, n: constants) between ac current I and applied stress E, and n was approximately equal to 1 in the region where thermal unbalance did not occur. Arrhenius's law held in the relationship between ac current and aging time. Therefore, the breakdown mechanism might be that the effective insulation thickness decreased due to copper diffusion into the insulation layer and the ac current increased gradually until thermal breakdown in the last stage. If copper diffuses into the insulation layer, even with no voltage application, the aging time required to decrease the breakdown voltage to a certain level (the voltage life) obeys Arrhenius's law. If the voltage life is dominated by diffusion into the insulation layer, the activation energy for voltage life in the aging test becomes twice that for diffusion, both with and without voltage application. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 129(4): 24–31, 1999     

PPS electrical properties for power transformers

In order to find a material that can be used as wrapped insulating film in the power transformer industry, we have tested polyphenylene sulfone which is film characterized by a high thermal resistance, a high chemical resistance and an outstanding mechanical strength. The thermal degradation study is of major importance in this application, so thermal aging test in the presence of silicone oil at 160°C was carried out in reactor. Dielectric breakdown, partial discharges, conductivity, permittivity and dielectric loss measurement were studied in the investigation     

拉伸对变频电机用漆包线耐电晕性能的影响

为了分析耐电晕漆包线在电机实际使用过程中的耐电晕性能,通过拉力试验机模拟耐电晕漆包线使用过程中的拉伸情况。首先通过拉力试验机对耐电晕漆包线进行拉伸,拉伸率分别为10%、15%。然后分别进行未拉伸漆包线、拉伸率10%及15%的耐电晕漆包线的击穿电压试验和耐电晕性能试验,并进行漆包线拉伸前后击穿电压和耐电晕寿命的比较。结果表明:拉伸率为10%、15%后漆包线击穿电压与未拉伸试样相比略有下降,拉伸15%后漆包线的击穿电压保留率超过85%。拉伸率为10%、15%的漆包线耐电晕性能与未拉伸试样比较有较明显的下降,拉伸率为15%的漆包线的耐电晕性能略差于拉伸率10%的漆包线,耐电晕漆包线拉伸率为10%时,其耐电晕性能保留率不足20%。