重复脉冲电压下变频牵引电机绕组绝缘的电树枝特性

变频牵引电机在快速发展的轨道交通运输中起重要作用,其在运行时需要承受高频脉冲电压的冲击,且绕组的绝缘温升较高,需采用高耐热性绝缘浸渍漆和绝缘带构成的复合绝缘系统。为此选用了两种常用的C级耐热浸渍漆,配合3种绝缘带构成层状复合绝缘电树枝试样,在不同重复率的双极性方波脉冲电压下,试验实时观测了电树枝的引发、形态特征和生长过程,对比研究了不同层状复合绝缘的电树枝化特征和破坏机理。试验对比和研究分析表明：电树枝在聚丁二烯树脂浸渍漆中的引发时间较长,径向生长速率明显更快,而有机硅树脂浸渍漆中的电树枝更容易引发,但引发后生长速度较慢;随脉冲电压重复率提高,电树枝更易引发,径向生长速率更快,但两种浸渍漆中电树枝的形态变化不同;3种绝缘带对电树枝的生长都具有显著的界面阻碍作用,且玻璃布补强云母带与聚酰亚胺薄膜和聚酰亚胺薄膜补强云母带相比,对电树枝生长的抑制效果最突出,更适用于高频脉冲电压作用下的变频电机或高频变压器绝缘系统。     

ns脉冲下有机玻璃电树枝的引发特性

脉冲功率装置中绝缘材料的老化问题影响装置的安全性、可靠性及效率,电树枝老化是最主要的老化方式之一。为此总结分析了目前高聚物绝缘材料中电树枝老化现象、电树枝引发影响因素的研究成果,进行了不同重复频率(75~300 Hz)、不同电压等级ns脉冲(半高宽70 ns)下有机玻璃电树枝老化特性的实验,重点研究了在不同条件下有机玻璃中电树枝引发阶段的特性,最后总结讨论了电树枝的引发条件和影响因素。实验表明不同频率ns脉冲下有机玻璃中电树枝引发的起始电压高于交流,低于直流,频率升高,电树枝起始电压有下降趋势;不同时刻有机玻璃的电树枝引发率,基本上随着电压等级的上升而下降;电子轰击、空间电荷分布和电机械应力对绝缘材料的电树枝引发具有关键作用,而在高频的脉冲强场下电机械应力起主要作用。     

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。     

频率对硅橡胶起树电压及电树枝形态的影响

超高压预制式电缆附件用硅橡胶材料的电树枝化制约了电力电缆系统的长期安全稳定运行。为了解电压频率对硅橡胶电树枝特性的影响,在50 Hz~130 kHz这一较宽频率范围的交流电压作用下,试验研究了硅橡胶中电树枝的引发及生长特性。结果表明,随着频率的升高,起树电压呈现出明显的阶段性下降特点。硅橡胶电树枝起始后,经过一定时间的生长主要发展为3种形态:树枝状电树、松枝状电树和丛状电树。3种形态的出现几率受频率影响较大,低频下以树枝状电树和松枝状电树为主,而高频下则以丛状电树为主。经分析认为,高频下作用于针尖处频繁的机电应力导致了弹性材料硅橡胶起树电压的降低。同时高频下急剧增大的介质损耗产生的热量导致了电树枝对材料的强烈侵蚀。     

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。     

直流预压时间对直流叠加冲击电压下XLPE中电树枝引发特性的影响

为探究直流预压时间对直流叠加冲击电压下电树枝引发特性的影响,在幅值为0、±10kV预压时间为1、10、60、180 min的直流偏置电压下分别叠加±50 kV的雷电冲击电压.此外,利用双极性载流子输运模型对复合电压下针尖附近空间电荷及电场分布进行了仿真分析.试验及仿真结果指出,随着直流电压作用时间的增加,复合电压下的电...     

纳秒脉冲下有机玻璃电树枝老化特性研究

介绍了有机玻璃(PMMA)在纳秒脉冲作用下电树枝引发和生长的规律现象。采用压紧针电极与绝缘样品接触、多针并列式的方法制备实验试样,绝缘样品(有机玻璃)加工为120mm×5mm×2.5mm的长方条。实验使用产生30ns上升沿和70ns脉冲宽度的负脉冲固态纳秒脉冲发生器MPC50D作为激励源,在25℃的条件下,施加100Hz的重复频率脉冲,设定初始电压,逐级升压,直至引发电树枝后停止升压,记录电树枝引发电压,观察电树枝生长特点及现象。实验发现PMMA中电树枝出现裂隙状破坏,经过分析讨论,认为是力作用导致的结果。实验中还观察到电树枝生长速度极快的现象,从电树枝引发到击穿只需几秒钟。通过研究证明绝缘油浸入导致了电树枝生长加速,深入讨论分析了绝缘油浸入促进电树枝快速发展的原因、机理及抑制方法。     

重频纳秒脉冲下有机玻璃电树枝老化特性的实验研究

介绍了高聚物绝缘材料中电树枝老化的现象、影响因素及研究现状。进行了重频(~300Hz)纳秒脉冲(半高宽70ns)下有机玻璃电树枝老化特性的试验研究。实验施加负电压。主要研究了在不同频率下、不同电场强度条件下有机玻璃中电树枝生长速度和生长形态。实验发现重频脉冲下在有机玻璃上施加电压越高,电树枝增长速度越快;电树枝的初始生长速度随着频率升高而变快;电树发展普遍存在滞胀期;频率高后,丛林状电树产生的概率增加;实验中还发现有的试样高频下针尖附近出现裂纹,然后生长出树枝。     

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。     

重复频率双极性方波电压下环氧基复合绝缘的耐电树特性

研究了掺杂微米 SiO2对环氧树脂重复频率双极性方波电压下耐电树特性、热稳定性、热导率和陷阱特性的影响。结果表明：掺杂微米SiO2延长了环氧树脂的电树枝击穿时间,且在10 kHz下提升最为明显,电树枝击穿时间由 6 min延长到 44 min;掺杂微米 SiO2还提高了环氧树脂的热导率,减轻了环氧分子链在高温下的降解。...     

风力发电机用层状复合绝缘的重复脉冲电树枝生长特性研究

本文在重复脉冲电压下,对风力发电机用浸渍树脂与绝缘带的层状复合绝缘进行了电树枝生长特性试验,研究了脉冲电压重复率对环氧改性不饱和聚酯树脂与聚酰亚胺薄膜补强云母带复合绝缘试样中电树枝引发特性、形态特征以及生长曲线的影响,分析了电树枝沿绝缘带界面的生长特性。研究表明：在重复率分别为500、1000、2000Hz和峰值为7k...     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

冲击电压作用下溶胀效应对硅橡胶电树枝特性的影响

本文研究了单极性冲击电压（250/2 500μs）作用下高压电缆附件与电缆本体界面处涂覆硅脂引发的硅橡胶（SiR）溶胀效应对其电树枝特性的影响,并分别采用等温表面电位衰减与平衡溶胀法表征了溶胀效应对SiR陷阱特性与交联结构的影响。结果表明：随着溶胀时间的增加,SiR电树枝起始概率与分形维数均增大,溶胀340 h后,正、负极性冲击电压下50%概率起树电压分别由约37 kV和约-41 kV降至32 kV和约-39 kV。此外,冲击电压下SiR电树枝存在极性效应,相比于负极性,正极性冲击电压下电树枝更容易进行引发和生长。随着溶胀时间的增加,SiR中空穴型与电子型陷阱均表现为浅陷阱密度增大,深陷阱密度降低,物理交联密度减小。SiR物理交联结构的破坏导致其自由体积增大,碰撞电离过程加剧,同时深陷阱密度降低使得电荷输运过程增强,多个物理过程加剧了分子链段的断裂程度,进而导致SiR的耐电树枝特性降低。冲击电压下SiR电树枝的极性效应是由于空穴型与电子型陷阱的分布差异导致的。