脱气对525kV交联聚乙烯绝缘直流电缆空间电荷特性的影响

为研究脱气对525 kV高压直流交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷分布的影响,分别从脱气和未脱气的XLPE电缆绝缘外、中、内层切取样品,基于电声脉冲法测试了样品内空间电荷的分布情况,并计算了样品内电场畸变率和电荷体密度衰减率.结果表明,电缆绝缘内交联副产物残留量随着脱气时间的增长,由内层向外层依次降低,脱气30 ...     

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。     

直流电场和热处理对XLPE电缆中空间电荷的影响

聚合物电缆绝缘层空间电荷的存在和累积是有害的，然而关于介质中空间电荷的形成和消除的机理等一些重要的问题还未解决。利用电声脉冲法（PEA）研究了直流电场和热处理作用下XLPE电缆中的空间电荷。电缆绝缘中原先由于施加直流电压而形成的空间电荷，经过热处理后消失；如果再施加电场于绝缘层，空间电荷又重新出现。然而电缆在真空状态下加热和脱气较长时间后，无论施加直流电压多长时间，电缆中没有空间电荷产生。同时还讨论了在电场和热应力作用下空间电荷产生和消除的机理。     

等离子表面处理聚乙烯中空间电荷分布

在高场强下用电声脉冲法(PEA)测量用等离子表面处理后的聚乙烯试样中空间电荷的分布，利用扫描电子显微镜(SEM)观察聚合物的表面形态，并用红外光谱(IR)分析结构特征。通过和纯聚乙烯试样的比较，研究使用等离子表面处理低密度聚乙烯后对空间电荷产生的影响并分析相应机理。可以看出等离子表面处理聚乙烯可以有效抑制空间电荷的产生。     

拉伸对电缆接头双层介质中空间电荷的影响

为了研制冷收缩预制式电缆接头并改善其介电性能,研究了拉伸对乙丙橡胶和交联聚乙烯所组成的双层介质中空间电荷的影响。将不同拉伸状态下的乙丙橡胶试样分别和交联聚乙烯试样组成双层介质试样,测量了不同双层介质在加压和短路后的空间电荷分布。实验结果表明,从空间电荷的角度看,一定的拉伸有利于减少聚合物中空间电荷量;分析了实验现象和机理以及在电缆中的应用价值。     

纳米填充浓度对LDPE/Silica纳米复合介质中空间电荷行为的影响

为研究纳米颗粒填充浓度对复合介质内部空间电荷特性的影响,以低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)为基料,纳米二氧化硅(Silica)为填充颗粒,制备了浓度在0%～5%范围的纳米LDPE/Silica复合介质,并测试了复合介质的准稳态直流电导和空间电荷分布。当LDPE内填充不同浓度的纳米silica后,复合介质内部的平均体空间电荷密度均得到有效抑制,且其平均衰减速度随填充浓度的升高而下降,但复合介质的准稳态直流电导在填充浓度低于0.5%时比纯LDPE时要大,当填充浓度高于0.5%时,准稳态直流电导随着填充浓度的升高而快速下降。结果表明试样内部的空间电荷分布存在3种趋势:当纳米silica填充浓度为0%～0.1%时,试样内表面侧的异极性空间电荷量随填充浓度升高而下降;当填充浓度为0.5%～2%时,试样内表面侧积累同极性电荷,并随填充浓度升高而增大;当填充浓度高于2%时,同极性空间电荷量下降。最低空间电荷密度和准稳态直流高场电导对应的纳米填充浓度分别为0.5%和5%,表明在应用纳米颗粒对聚合物的绝缘性能改良时,为获得最佳的介电性能,应根据实际需求来选择适当的填充浓度。     

杂质浓度梯度下XLPE空间电荷与电场分布特性仿真研究

交联副产物等杂质解离易引起异极性空间电荷的积累,导致局部场强畸变。同时,交联聚乙烯（XLPE）直流电缆脱气处理后交联副产物杂质会在绝缘层中形成“内高外低”的浓度梯度分布,而杂质浓度梯度对空间电荷的影响尚不清晰。为此基于双极性电荷输运模型,引入杂质浓度梯度并考虑杂质离子对载流子的散射作用,仿真计算交联副产物杂质均匀分布与梯度分布对XLPE空间电荷与电场分布的影响,并分析影响杂质梯度效应的各种因素。结果表明：杂质梯度分布下XLPE空间电荷和电场分布表现出明显的杂质梯度效应,即低浓度侧异极性电荷积聚增多,导致其附近电场增强;而杂质解离势垒和杂质分布浓度是影响杂质梯度效应的主要原因,在杂质浓度梯度一定时,活化能越低,温度越高,解离势垒越低,载流子的迁移率相应降低,导致杂质梯度效应越明显;绝缘层厚度越大,杂质分布浓度越高,杂质梯度效应也越明显。     

纳米颗粒接枝密度对纳米复合XLPE空间电荷特性的影响

为研究纳米颗粒接枝密度对交联聚乙烯(XLPE)纳米复合介质空间电荷特性的影响,分别将未接枝和经不同含量硅烷偶联剂(MDOS)接枝的胶体SiO2纳米颗粒通过熔融共混法添加到XLPE中。扫描电镜观测表明未接枝组别出现数微米尺寸的严重团聚,接枝后纳米颗粒分散性改善;红外光谱分析表明接枝后的纳米颗粒出现MDOS吸收峰,随接枝密度增大而增强;由热重分析结果计算得到了纳米颗粒的接枝密度;差示量热扫描测试结果表明随接枝密度的提高,纳米复合XLPE的熔点略呈上升趋势。-50 kV/mm电场下,XLPE和MDOS/XLPE试样均出现正极性空间电荷包现象,说明仅仅添加MDOS并无捕获或抑制空间电荷的效果。纳米复合后空间电荷受到抑制,随接枝密度的提高抑制效果更加明显。分析认为,MDOS接枝SiO2纳米颗粒,减小SiO2纳米颗粒与基体的表面能之差,促进纳米颗粒的分散,增大了纳米颗粒-聚合物的界面面积,产生的更多陷阱所捕获的电荷进一步降低电极-电介质界面附近的局部电场,但也减小了去极化过程残余电荷的消散速度。     

预交联对XLPE直流电缆料空间电荷特性的影响

在交联聚乙烯（XLPE）电缆料的挤出过程中,当局部挤出温度高于交联剂的分解温度时,交联剂会提前热分解,从而导致材料发生低程度的预交联。为研究预交联对XLPE直流电缆料空间电荷特性的影响,本文在对XLPE直流电缆料进行高温交联前,先在不同温度（140、150、160℃）下进行低程度的预交联处理。通过X射线衍射、差示扫描量热分析和交联度测试等手段表征聚集态结构,并开展不同温度下的空间电荷特性研究。结果表明：预交联会阻碍XLPE高温交联过程的正常进行,导致其交联度与结晶度均有不同程度的下降。不完善的交联结构使得预交联XLPE试样内积累了大量由电极注入的同极性电荷,同时试样内残留的较多杂质分子还会随着温度的升高解离产生大量异极性电荷,导致电场畸变严重。结晶度的下降同时还造成试样内部晶区与无定形区界面处陷阱密度和深度的增加,限制了电荷的迁移和脱陷过程。     

XLPE电力电缆在直流电场下介质树枝状劣化特性的研究

着重研究XLPE电力电缆介质在直流电场下产生树枝状老化的机理和过程,特别是针对已存在水树枝的XLPE介质在直流电场下劣化过程进行了深入的探讨。试验和研究结果证明:在直流电场下XLPE电缆介质中的水树枝将迅速变为电树枝,最终导致介质绝缘性能劣化而发生早期击穿破坏。因此,已投入运行的XLPE电力电缆不宜采用直流耐压试验作为每年例行的预防性试验项目。     

Properties of Space Charge Distributions and Conduction Current in XLPE and LDPE under DC High Electric Field

Space charge behavior and conduction current in polyethylene under dc stress were investigated. One of the reasons for the different breakdown property in cross‐linked polyethylene (XLPE) from that in low‐density polyethylene (LDPE) may be based on the existence of cross‐linking by‐products in XLPE. Furthermore, a thermal history in cross‐linking process for XLPE may also cause of the difference. It is generally accepted that the existence of the cross‐linking by‐products increase the conduction current in XLPE under dc stress. It is also said that an anneal treatment in air atmosphere may affect to the electrical properties under dc stress. Therefore, we investigated the effect of the cross‐linking by‐products and the anneal treatment on space charge behavior and conduction current in polyethylene under dc stress. In our research, it is thought that the increasing dissipation power in XLPE is the cause of the breakdown in it under dc stress. Therefore, to calculate the dissipation power in the bulk of test sample, we measured the space charge distribution and the external circuit current simultaneously. Based on the results, we discussed the reason of the difference of the space charge properties in XLPE and LDPE focusing on the cross‐linking by‐products and the oxidation of the test samples.     

直流电缆屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响

随着交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆电压等级的提高,对半导电屏蔽料的质量及可靠性的要求也越来越高。选用了2种国外高电压等级用直流半导电屏蔽料、一种国产较为优秀的半导电屏蔽料和国内XLPE直流电缆绝缘料作为试验材料,测试了3种屏蔽料的热、电性能,屏蔽与绝缘的复合性能,研究了3种屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响。通过对试验结果的综合分析,提出了炭黑填充量、炭黑粒径和基体树脂以及界面结合情况是影响半导电屏蔽料体积电阻率和空间电荷注入的关键因素。     

纳米碳化硅/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷分布特性

空间电荷的积聚会引起局部电场的畸变,从而引起局部放电(PD)和电树枝的产生与发展,成为导致聚合物绝缘性能降低的重要因素。针对此问题,采用电声脉冲(pulsed electro-acoustic,PEA)法研究了利用不同偶联剂(包括KH-560偶联剂和A-171偶联剂)进行表面改性后的纳米SiC添加到低密度聚乙烯(LDPE)中所制备得到的SiC/LDPE复合材料的空间电荷分布。实验结果表明,纳米SiC粒子与LDPE本体之间的界面是陷阱的主要来源,添加纳米粒子对同极性电荷的注入具有一定的抑制作用;而偶联剂对陷阱的性质和能级有重要的影响,不同复合材料的空间电荷分布是不同的,KH-560SiC/LDPE复合材料中存在大量正极性亲和性的深陷阱,而A-171SiC/LDPE复合材料中则分布大量正极性亲和性的浅陷阱,从而影响载流子迁移,改变原有LDPE的介电性能。分析认为此现象源于不同偶联剂的分子结构差异,含有不对称侧链和端基的KH-560偶联剂更容易产生深陷阱,而含有烯烃结构的A-171偶联剂则容易产生浅陷阱。     

电极材料表面改性对交联聚乙烯内空间电荷注入的影响

使用溅射镀膜法在纯铜片上溅射金属Mo,将表面改性后的铜片作为电极,利用电声脉冲法(PEA)测试不同溅射电压制备的铜片作电极时交联聚乙烯(XLPE)内的空间电荷分布情况。结果表明:随着制备铜片电极时溅射电压的增加,注入XLPE内的空间电荷量减少,溅射电压为440V时,XLPE内部几乎没有空间电荷积聚。将PEA测试后的XLPE试样进行热刺激电流(TSC)分析,发现镀Mo后,随着溅射电压的升高,被陷阱捕获的空间电荷量逐渐减小。     

老化方式对交流交联聚乙烯电缆空间电荷分布的影响

为了研究高压交流交联聚乙烯(XLPE)电缆老化状态与绝缘空间电荷特征的关系,通过测量高压交流交联聚乙烯(XLPE)电缆不同位置绝缘的空间电荷特性,分析了老化方式对XLPE电缆空间电荷分布规律的影响。采用电声脉冲(PEA)法测量XLPE内空间电荷分布规律,发现未老化电缆铝电极附近积累同极性电荷,而老化后电缆的铝电极附近积累异极性电荷。沿电缆径向由内向外,未老化电缆及实际运行22a电缆电荷量增高,加速老化1a电缆电荷量降低。分析认为,加速老化电缆的老化可能起始于电缆绝缘内侧,实际运行电缆老化可能起始于电缆绝缘外侧。结果表明不同老化状态下交流XLPE电缆绝缘空间电荷行为明显不同,空间电荷测量可以作为评价交流XLPE电缆老化状态的有效手段。     

采用表面电位衰减法表征高压交联聚乙烯电缆绝缘中空间电荷的输运特性

空间电荷积聚是影响高压直流交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电缆运行安全的重要原因,定量表征XLPE中空间电荷的输运特性,对抑制空间电荷积聚、提高电缆绝缘可靠性具有重要意义。采用厚200μm的XLPE薄膜为试样,通过表面电位衰减(surface potential decay,SPD)法测量其陷阱能级分布、载流子迁移率和体电导率。结果表明,电子陷阱能级深度分布在0.8～1.07eV,在1.01eV处存在陷阱密度中心;空穴陷阱能级深度分布在0.71～1.06eV,分别在0.89eV和1.01eV处存在陷阱密度中心。正、负电荷的迁移率分别为1.5×10-14 m2/(V.s)、1.7×10-15 m2/(V.s)。体电导率随场强降低而减小,逐渐达到稳定值约5×10-17 S/m。研究表明:交联剂过氧化二异丙苯受热分解形成的副产物苯乙酮和α-甲基苯乙烯,是导致浅能级空穴陷阱密度显著大于电子陷阱密度、从而使正电荷具有较高迁移率的主要原因。     

直流复合绝缘子芯棒材料中空间电荷特性研究

使用PEA法空间电荷测量系统测量了负直流高压电场作用后复合绝缘子芯棒材料中空间电荷分布,并进行了相关的分析和讨论。结果表明,在高压直流电场作用下,芯棒材料内部积累的空间电荷的极性和密度受到温度、电场强度和电场作用时间等因素的影响。由于陷阱深度的不同和物理、化学变化的作用,不同温度下芯棒材料内空间电荷的积聚极性和积聚量不同,特别是在20℃和40℃之间以及100℃和120℃之间存在明显变化。20℃下芯棒材料中空间电荷的积累随电场增大、电压作用时间的增加而增加。     

直流预压对针板电极下XLPE中空间电荷及电树枝的影响

空间电荷是影响高压直流电缆绝缘电树枝特性的主要原因之一.基于双极性载流子输运模型,对±20 kV、±22.5 kV和±25 kV直流预压下3600 s内二维针板电极模型空间电荷分布进行仿真分析,并对比分析空间电荷分布与直流接地电树枝引发特性.结果表明:空间电荷浓度及注入深度随预压幅值及时间的增加而增大;直流接地电树枝引...     

10kV交联聚乙烯电缆本体交流电压下空间电荷测量

由于交流电压下的空间电荷在交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化过程中起到非常重要的作用,采用新研制的基于电声脉冲(PEA)法的空间电荷测量系统,对10 k V XLPE电缆本体在工频交流电压下的空间电荷进行测量。提出一种采用最高频率为200 Hz的继电器产生高压窄脉冲以及控制脉冲施加到固定工频相位的方法,实现一个工频周波下每隔22.5°为1个测试点,共计16个不同相位的空间电荷信息采集。结果表明:在外施交流电压90°和270°相位处测得的PEA信号峰幅值最大,在0°和180°相位处峰幅值最小。