不同拉伸率的乙丙橡胶中空间电荷分布的研究

通过电声脉冲法装置测量了乙丙橡胶(EPR)不同拉伸状态下以及不同加压状态下空间电荷分布特性,并运用有限元计算空间电荷对乙丙橡胶(EPR)试样内部电场的畸变。实验结果表明,在乙丙橡胶弹性形变范围内,一定的拉伸率可以减少介质中空间电荷的积聚;非弹性拉伸导致乙丙橡胶中的深陷阱增加,使加压以及短路时的空间电荷量增多。用聚合物的能带理论以及介质中电场计算解释了实验现象。     

拉伸状态下硅橡胶/交联聚乙烯双层介质界面的空间电荷特性

针对电缆附件在使用过程中的扩张状态可能对附件绝缘性能及运行可靠性的影响,采用电声脉冲法（PEA）测试并研究不同拉伸率下(0%~50%)硅橡胶(SR)单层介质以及与交联聚乙烯(XLPE)组成双层介质的空间电荷特性。结果表明：拉伸对单层SR体内空间电荷的分布影响不大,但在XLPE/SR双层介质中,拉伸会改变电荷越过界面的势垒,界面电荷量随拉伸率的提高呈先降低后增加的趋势。合理选择拉伸率可以对电缆附件空间电荷的影响达到最小。     

低密度聚乙烯/乙丙橡胶双层介质的界面空间电荷特性EI北大核心CSCD

多层介质复合绝缘结构的物理界面往往比介质本体更容易积累空间电荷,进而发生绝缘劣化,因此被认为是绝缘当中的薄弱点。通过对低密度聚乙烯/乙丙橡胶双层介质的高场电导特性和空间电荷分布测试,分析了界面空间电荷的形成机制和影响因素。结果表明:低密度聚乙烯/乙丙橡胶双层介质的界面空间电荷由Maxwell-Wagner(M-W)极化引起的极化电荷和阴极注入的电子电荷共同组成。由于低密度聚乙烯和乙丙橡胶的电导率的电场依赖性不同,导致界面极化电荷的极性和电荷量均随外施电场的升高而变化;阴极注入的电子在外施电场的作用下向阳极迁移,通过界面进入乙丙橡胶中后被其表面的深陷阱捕获,形成负极性界面电荷的积累,导致实际的界面空间电荷特性偏离M-W极化模型的计算值。     

不同温度下高压直流电缆绝缘击穿场强的厚度效应

保守的绝缘厚度设计增加了电缆的生产成本,同时导致了击穿场强的减小,降低电缆性能。因此,高压直流电缆绝缘击穿场强的厚度效应研究具有工程实际意义。选取高压直流电缆用交联聚乙烯国产直流料作为研究对象,通过对不同厚度试样进行30、50、70℃下的直流击穿实验和空间电荷测试,研究温度对于交联聚乙烯击穿场强厚度效应的影响与机理。研究结果表明:交联聚乙烯的直流击穿场强随温度升高而降低,不同温度下交联聚乙烯的击穿场强与厚度的关系符合反幂定律,指数因子随温度变化,30℃时为0.41,50℃时为0.71,70℃时为0.56;30℃时,交联聚乙烯空间电荷密度和电场畸变与厚度呈正相关,导致击穿场强降低;随着温度升高,空间电荷积累增多,电场畸变增大,在薄试样中这种变化更为明显。实验结果说明,温度作用下的交联聚乙烯击穿场强的厚度效应与聚合物自由体积的变化、内部热量的积聚、空间电荷的二次效应等因素密切相关。     

交联工艺对交联聚乙烯中空间电荷的影响

空间电荷是描述介质微观缺陷（介质局域态密度或陷阱密度）的重要表征参数,空间电荷在有机材料中聚集会导致材料的老化和击穿性能下降.文章以交联聚乙烯为研究对象,用电声脉冲法（ PEA）测量了在不同电场强度和短路条件下交联聚乙烯试样中空间电荷的分布,分析了交联温度和交联时间对空间电荷的影响,并用红外光谱（ IR）分析了空间电荷对交联聚乙烯局部化学结构的影响.通过研究,认为从空间电荷角度来看,温度为 170℃、交联时间为 20分钟或以上时交联效果最佳,此时,试样中因添加剂等小分子所导致的杂质粒子减少到最小程度,减少了电荷陷阱,因此在直流电场下空间电荷积聚也最少.     

不同涂层对XLPE和EPDM双层绝缘介质空间电荷特性的影响

为研究不同绝缘涂层对直流电缆附件界面空间电荷分布特性的影响,对直接接触、涂抹普通硅脂涂层和涂抹极性硅脂涂层3种不同界面状态的交联聚乙烯(XLPE)和乙丙橡胶(EPDM)双层绝缘介质,在不同外施电场下的空间电荷分布进行试验,分析了加压和短路过程中界面电荷的动态变化过程,研究涂层材料对直流电缆附件界面电荷的影响规律。结果表明:不同界面状态对XLPE/EPDM双层绝缘介质界面空间电荷分布的影响不同,且在不同外施电场下,其变化趋势也不同。在相同温度和电场下,极性硅脂涂层界面积累的空间电荷量最大。     

拉伸状态下聚丙烯/聚烯烃弹性体共混物的空间电荷和陷阱分布特性

聚丙烯(PP)/聚烯烃弹性体(POE)共混物被认为可替代交联聚乙烯应用于高压直流电缆中。电力电缆在制作、安装和运行过程中会受到机械应力作用,为研究其对电缆绝缘性能的影响,采用电声脉冲法(PEA)测试并分析了不同拉伸比下PP/POE共混物的空间电荷分布特性,并采用表面电荷衰减方法分析了不同试样的陷阱能级分布。研究结果表明:机械拉伸能促进PP/POE共混物内空间电荷的迁移和积累,其中拉伸比为1.2时空间电荷积聚最多;当拉伸比从1增加到1.2时,试样中浅陷阱密度增大,深陷阱的密度与深度减小;当拉伸比从1.2增加到1.4,试样中浅陷阱密度减小,深陷阱的密度与深度增大。分析认为,PP/POE共混物内部结构的变化为拉伸影响空间电荷和陷阱分布特性的主要原因。     

高压直流电缆用交联聚乙烯介电性能的对比研究

为研究温度对直流电缆用交联聚乙烯绝缘性能的影响,选取了2种具有代表性的直流电缆用交联聚乙烯和1种交流电缆用交联聚乙烯进行对比研究。分别对其在不同温度下的直流电导率和空间电荷集聚特性进行分析。结果表明:在温度范围为20~70℃时,3种交联聚乙烯试样的直流电导率随着温度的升高呈指数增大,但电导活化能有差异,直流电缆用交联聚乙烯的电导率随温度升高的变化程度较小;交流电缆用交联聚乙烯以积聚负电荷占主导,而2种直流电缆用交联聚乙烯空间电荷的平均电荷密度较小。此外,3种材料在常温下的直流击穿场强差异明显;红外光谱结果表明直流电缆用交联聚乙烯具有更少的羰基基团。2种直流电缆用交联聚乙烯分别采用提高纯净度和引入无机填料2种方式,使直流介电性能得到了改善。     

硅橡胶/三元乙丙橡胶界面上空间电荷的形成

电缆的终端或护套绝缘与电缆绝缘构成的复合绝缘中，不同介质的分界面以及电极与介质的分界面一般为绝缘的薄弱点，而这主要是由于其附近积聚的空间电荷引起的局部电场强度过高所造成的。文中采用电声脉冲法，在不同的直流电场作用下，测量了硅橡胶/三元乙丙橡胶构成的双层介质中空间电荷的分布，并比较了涂硅脂前后的双层介质分界面处的空间电荷分布情况。研究发现，2层介质界面处的空间电荷形成与介质中载流子迁移方向、电极材料和介质材料均有关，而且2层介质界面处涂的硅脂可有效地降低分界面处的电场强度。     

退役高压XLPE电缆绝缘空间电荷行为研究

文中对两回110 k V退役高压交联电缆进行180 a预鉴定试验,目的在于研究不同运行年限的退役高压交联电缆老化前后的空间电荷行为差异,并评估电缆重新投入实际运行的可靠性。通过电声脉冲(PEA)法测量试验前后绝缘层交联聚乙烯(XLPE)试样的空间电荷分布,结合傅里叶红外光谱(FTIR)实验、X射线衍射(XRD)实验揭示试样的微观结构、聚集态结构状态变化与空间电荷的迁移、积聚和消散过程的潜在关系。实验结果表明:实际运行16 a的电缆绝缘由于存在大量杂质使得空间电荷的积聚严重,老化试验后,杂质的减少和淬火反应使得空间电荷的积聚降低且消散过程加快;实际运行32 a的电缆绝缘空间电荷的积聚和消散过程缓和,老化试验后,由于绝缘降解作用和晶态结构的破坏使得空间电荷的积聚加剧且消散过程变得缓慢。     

直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。     

交联聚乙烯电力电缆的介电损耗机理(英文)

基于电介质物理学经典理论及其在聚合物绝缘材料上的最新发展,阐述绝缘材料的介质损耗机理以及交联聚乙烯电力电缆介电损耗的最新研究进展。通过大量的试验研究,结合等效电路法和微观理论分析,发现了交联聚乙烯电力电缆绝缘系统中在不同频率时起主要作用的3种不同类型的介电损耗,且这些介电损耗共同造成了50 Hz频率电力电缆系统的介电损耗。这一新发现可以帮助电缆制造商提高生产技术,有助于电气工程师更好地了解电力电缆绝缘系统,从而可能减少电力电缆的介电损耗和增加其寿命。     

交流电压下基于空间电荷效应的XLPE电缆绝缘老化研究现状

交联聚乙烯(XLPE)电缆以其优良的机械和电气性能广泛应用于现代电力系统。研究表明,在直流电压作用下绝缘中容易形成空间电荷,导致电场畸变,加速绝缘老化。国内外很少关于交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘影响的研究。本文综述了交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘老化的影响及其作用机理,并介绍了交流电压下测量空间电荷分布的改进的电声脉冲法。结果表明,交流电压下,空间电荷分布特性影响XLPE电缆绝缘老化。     

柔性直流输电系统用直流交联聚乙烯绝缘电缆导体最高温度提高到90℃的可行性

以实际直流交联聚乙烯(DC XLPE)电缆工程设计示例,表明将柔性直流输电(VSC)系统用DC XLPE电缆的导体的最高运行温度提高到90℃,其技术经济效果显著。按DC XLPE电缆抑制空间电荷要求,阐明DC XLPE电缆绝缘的直流恒定电流电场中空间电荷密度与绝缘温度梯度和XLPE绝缘的体积电阻率的温度系数成正比而与导体最高温度不直接相关。通过合理的DC XLPE电缆工程设计和正确选用DC XLPE电缆,可以在提高DC XLPE电缆传输功率和减小绝缘温差抑制空间电荷方面取得优化结果。320 kV及以下XLPE电缆在导体最高温度90℃下运行,绝缘损耗远低于导体损耗,DC XLPE电缆发生热不稳定的可能性很低。对VSC系统用DC XLPE电缆导体运行温度提高到90℃的可行性表示肯定的意见,对实现目标提出具体的措施建议。     

Generation and Dissipation of Negative Heterocharges in XLPE and EPR

Charge generation in cross-linked polyethylene (XLPE) and ethylene propylene rubber (EPR) under dc stress are influenced strongly by inclusions. The inclusions influencing charge generation are cross-linking byproducts, antioxidants, and moisture. These inclusions particularly influence the generation of negative heterocharges observed near positive electrodes, which produce high electric stress regions in XLPE cable insulation under dc voltage. Because a high electric field might cause dielectric breakdown of high-voltage equipment, it is important to minimize negative heterocharge accumulation. Consequently, the authors performed experiments to clarify the negative heterocharge generation mechanism in XLPE and EPR. The authors first studied the influence of cross-linking byproduct and moisture on negative heterocharge generation to clarify the mechanism. The authors next performed experiments to elucidate the effect of antioxidants on heterocharge generation, which revealed that the negative heterocharge is generated in XLPE insulation containing sulfur-containing phenolic antioxidant, or sulfur-type antioxidant. This heterocharge is presumed to be created by the combined effect of the antioxidant and acetophenone. Furthermore, the authors studied the dissipation of negative heterocharges in XLPE and EPR, clarifying that the dissipation of negative heterocharges in EPR is much faster than that in XLPE. This paper presents results of these studies.     

聚乙烯绝缘中空间电荷的抑制方法及原理

随着我国经济的高速发展,研制高压直流XLPE电力电缆已提到日程,目前迫切的任务是研发直流XLPE电缆料,研发的关键在于消除或抑制XLPE中的空间电荷.文中在介绍国内外抑制聚乙烯绝缘中空间电荷方法的基础上,讨论抑制空间电荷的原理.     

半导电材料对纳米MgO/XLPE复合介质空间电荷影响的研究

聚合物纳米复合介质中空间电荷的注入与半导电电极材料密切相关,文中采用电声脉冲(PEA)法测量了预压-60 kV/mm电场1 h后,对比研究了六种不同半导电电极材料下交联聚乙烯(XLPE)和MgO/XLPE复合介质中的空间电荷分布;并对不同半导电电极材料下MgO/XLPE复合介质中的平均电荷密度进行了计算。对比实验表明:配方不同的半导电电极材料确实对试样中空间电荷的分布以及空间电荷量影响很大;以乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)为基础材料、添加30wt%炭黑的第二种半导电材料对MgO/XLPE复合介质中空间电荷的抑制效果最好。     

Polarization and dielectric behavior of ac-aged polyethylene

High field polarization and dielectric relaxation behavior have been used to study the aging mechanisms of crosslinked polyethylene (XLPE) and low density polyethylene (LDPE) aged at constant alternating electrical field stress in a humid environment at room temperature. For this study, the dielectric spectroscopy data in the frequency range of 10^-5 to 10⁶ Hz and their comparative analysis, have been used to provide electrical analog models of the aging. The dielectric data in the frequency range of 10^-5 to 5×10 ^-2 Hz were calculated from the desorption current, whereas bridge measurements provide the data in the frequency range of 10 Hz to 10⁶ Hz. In addition, thermal transient current and thermally stimulated discharge current measurements have been carried out in order to determine the polarization and space charge accumulation in ac aged polyethylene. A correlation has been observed in the behavior of polarization and dielectric relaxation in the present work. The dielectric behavior of the XLPE cable samples and of the LDPE flat samples show a presence of both the inter-cluster (low frequency) charge exchange and the intra-cluster (high frequency) charge motion, the former mechanism becoming more dominant as the aging progresses. For the XLPE cable samples ac aged in a humid environment at room temperature, relaxation peaks obeying the fractional power law have been observed in addition to a quasi-dc process     

Heat treatment of cross-linked polyethylene and its effect on morphology and space charge evolution

It is believed that space charge build-up in cross-linked polyethylene (XLPE) insulation is the main cause of premature failure of underground power cables. The space charge activities in XLPE depend on many factors such as additives, material treatment, ambient temperature, insulator/electrode interface, etc. Degassing is the process of subjecting the XLPE to a moderately high temperature, thereby removing volatile residual by-products and additives that are commonly employed in cable manufacturing to improve insulation performance. While there have been reports comparing space charge activities (as-received) un-degassed and degassed samples, little attention has been placed on degassing conditions effect on space charge. In this paper, investigations of morphology and space charge distribution of planar XLPE samples was carried out as parameters such as degassing temperature, degassing duration and sample thickness were adjusted. Changes in the morphological structure of the material were probed with the differential scanning calorimeter and the transmission electron microscopy, whereas space charge distribution of the samples subjected to DC electric stress was monitored for 24 h using the laser induced pressure pulsed technique. It was revealed that degassing temperature, duration and the thickness of the degassed sample has a direct effect on the morphological structure and space charge distributions of the samples. It is believed that the presence and amount of by-products takes precedence over the morphology of the material as far as space charge evolution is concerned.     

Performance characteristics of XLPE versus EPR as insulation forhigh voltage cables

The physical and electrical properties of crosslinked polyethylene (XLPE) and ethylene propylene rubber (EPR) are compared in the context of their use in transmission class cables. Results indicate that the 138-kV XLPE cable has AC withstand/breakdown strength at least 25% higher than the 150-kV EPR cable. The XLPE cable exhibits about 70% higher impulse strength than the EPR cable. The loss factor of the XLPE cable is at least 20 times lower than that of EPR cable. Thus with XLPE cables, the yearly energy savings can be on the order of 15 MWh/cct. km for a 69-kV system, 52 MWh/cct. km for a 138-kV system and 127 MHh/cct. km for a 230-kV system