环氧树脂/Al2O3纳米复合材料直流电树枝及局部放电特性研究

为了研究纳米Al2O3对环氧树脂直流电树枝的影响,制备了环氧树脂及环氧树脂/Al2O3纳米复合材料,采用针-板电极对试样进行电树枝试验及局部放电检测,分析了直流电树枝的起树、生长及老化对应的局部放电情况.结果表明:添加纳米Al2O3颗粒能够降低环氧树脂中直流电树枝的起树概率和生长速度,当Al2O3的质量分数小于3.0％时,其含量越高,抑制电树枝的能力越强.此外,电压上升速度越快,环氧树脂直流电树枝的引发概率越高.试样中的电树在加压时间约为1800 s时会出现滞长现象,且电树枝均为枝状电树.局部放电是环氧树脂直流电树枝老化的一个重要原因,局部放电脉冲簇主要出现在每个周期电压上升和下降的阶段,推测原因是在这两个阶段电树枝快速生长.通过对比纯环氧树脂和Al2O3质量分数为1.0％的环氧复合材料试样的局部放电测试结果,发现纳米Al2O3能够抑制电树枝发展过程中的局部放电,导致放电脉冲幅值降低并且出现更多局部放电稀疏的区域,说明纳米颗粒可以通过抑制局部放电来抑制电树枝的发展.     

EP/SiO_2/MMT微纳米复合材料耐电树枝性能

为了研究聚合物/无机微纳米复合物的耐电树枝性能,采用熔融共混法制备了环氧树脂/二氧化硅/蒙脱土(EP/SiO_2/MMT)微纳米复合材料,利用针–板电极系统同时配合数字摄像系统对纯EP及其复合材料试样进行电树枝引发并记录树枝的生长过程以及形貌特征,对比研究了4种试样的起树率、电树枝发展过程、电树枝长度、扩展系数和形态特征。实验结果表明:与纯环氧树脂相比,微米复合材料和微纳米复合材料起树率较低,而纳米复合材料和微纳米复合材料电树枝长度较短,在所研究的4种试样中,微纳米复合材料具有最大的扩展系数。利用景深合成技术,获得了环氧树脂及其复合材料中电树枝的叠层立体图像和电树枝通道细节,据此建立了EP/SiO_2/MMT微纳米复合材料电树枝发展的模型。     

微/纳米氧化铝/环氧树脂复合材料抑制电树枝生长能力的研究

为研究微、纳米氧化铝无机颗粒对环氧树脂抑制电树枝生长能力的影响,制备出了不同含量微、纳米氧化铝/环氧树脂复合材料。通过针板电极进行局放实验,观察环氧复合材料电树生长分布情况,研究了微、纳米无机颗粒对复合材料抑制电树生长能力的影响。实验结果表明,微米氧化铝显著增强了环氧树脂的抑制电树枝生长能力,而纳米氧化铝对环氧树脂的抑制电树枝生长能力影响不大。当微、纳米氧化铝颗粒含量增加时,复合材料的抑制电树枝生长能力逐渐增强。当微米氧化铝颗粒含量达到20wt%时,微米氧化铝/环氧树脂复合材料的抑制电树枝生长能力是纯环氧的1.8倍。     

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。     

不同填料浓度下环氧树脂基纳米二氧化硅复合材料中电树枝生长特性

为研究纳米填料不同质量分数下环氧树脂复合材料中电树枝的引发、生长特性以及结构特征,采用无局放升压变压器和实时显微观测装置,在工频电压20 kV下进行电树枝的引发和培育实验,纳米二氧化硅的质量分数分别为0.5%、1%和2.5%。研究发现,纳米二氧化硅在质量分数为0.5%时,电树枝的引发时间明显延长,生长速率显著下降;质量分数在1%时,环氧树脂抗电树枝生长能力达到最佳,并且电树枝结构多为复杂的丛-枝状型,与纯环氧树脂相比,电树枝主干颜色要浅,发展机理也有较大差异;质量分数为2.5%时,电树枝生长速率较1%加快,形状为复杂的枝-丛状。最后从纳米颗粒与环氧树脂基体形成的界面区出发,分析纳米颗粒抑制电树枝生长的机理。     

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.     

SiO_2@MWCNTs/EP纳米复合材料性能研究

首先通过溶胶-凝胶法将纳米二氧化硅(Si O_2)包覆在羧基化处理后的多壁碳纳米管(MWCNTs)表面,形成具有核壳结构的Si O_2@MWCNTs纳米尺度增强体,再将Si O_2@MWCNTs核壳结构引入到环氧(EP)酸酐固化体系中制备了Si O_2@MWCNTs/EP复合材料,研究Si O_2@MWCNTs对复合材料力学性能和热性能的影响。结果表明:碳纳米管表面成功包覆了一层厚度约为24 nm的Si O_2,包覆处理后的碳纳米管在环氧树脂中的分散性显著提高;当Si O_2@MWCNTs掺杂量为0.5%和0.7%时,复合材料的冲击强度和弯曲强度分别达到最大值,比未改性的环氧树脂分别提高了101.4%和32.6%,同时复合材料的热稳定性也显著提高,说明包覆Si O_2能有效提高MWCNTs的改性效果。     

不同粒径Al2O3颗粒掺杂的环氧树脂复合材料直流电树特性

为提升超导直流输电系统终端绝缘用环氧树脂的电气性能,制备质量分数1%,粒径分别为50nm、1μm和10μm的Al₂O₃环氧树脂复合材料。研究常温与液氮温度下复合材料在直流电压作用下的电树枝引发特性以及直流35kV电压下的电树枝生长过程及其局部放电特性。通过表面电位衰减测试,分析Al₂O₃环氧树脂复合材料的陷阱特性。结果表明：在常温和液氮温度下,微米、纳米Al₂O₃对环氧树脂中电树枝的引发和生长均有抑制作用,且Al₂O₃的粒径越小,其对电树枝的抑制效果越好。液氮温度对环氧树脂及其复合材料中电树枝的形态有明显作用,液氮低温可以显著抑制材料中电树枝的生长速度,但存在低温导致绝缘材料开裂而击穿的现象。最后,根据表面电位衰减曲线计算复合材料的陷阱特性,陷阱特性分析表明,微/纳米Al₂O₃的填充会改变材料内部陷阱的密度和能级,从而改变材料的介电性能。     

纳米ZnO与SiO2改性环氧树脂的绝缘特性及导热性能

本文通过将不同填充量的纳米ZnO、SiO2填充环氧树脂制备成复合材料,研究纳米无机粒子填充对复合材料绝缘特性的影响.首先利用扫描电镜检测了纳米颗粒在复合材料中的分布状况,测试了纳米ZnO、SiO2不同添加量与复合材料介电常数的关系及对复合材料局部放电起始电压的影响,同时分析了复合材料电老化过程中电树枝引发率的变化规律和纳米颗粒填充量对复合材料的导热系数的影响.研究结果表明,纳米ZnO填充量的增加会引起环氧树脂相对介电常数的增大,而纳米SiO2填充环氧树脂后,复合材料的相对介电常数先降低然后缓慢增加.纳米ZnO与SiO2均能提高复合材料的局放起始电压、降低复合材料的电树枝引发率及提高复合材料的导热系数.     

不同温度下高压直流电缆纳米复合绝缘中的周期性直流接地电树枝特性

该文自主研发了一种以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)为基体,添加0.5 wt%纳米Mg O颗粒的新型高压直流电缆绝缘材料。为研究不同温度下该材料中直流接地电树枝特性及其影响因素,对该材料和某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料进行了20~80℃下不同极性不同电压幅值的周期性直流接地电树枝实验。结果表明:电子比空穴更易注入,且在材料中拥有更大的平均自由程,因此负极性下电树枝比正极性下更易引发,且生长更为分散;纳米Mg O的添加增加了材料中的陷阱密度,减弱了电荷注入,故纳米Mg O/XLPE绝缘材料表现出更好的抗电树枝化性能;温度升高增强了电荷注入与脱陷,提高了电子平均自由程与电荷分布均匀度,使电树枝更容易引发和生长,且形态更加茂密。由此可见,电压极性与温度的改变,以及纳米Mg O的添加均会对材料中的周期性直流接地电树枝的引发与生长产生影响。     

低气压介质阻挡放电条件下纳米SiO2表面氟化研究

为改善纳米颗粒的团聚问题,有效提升复合材料的绝缘性能,首先对低气压下基于介质阻挡放电的纳米Si O_2表面氟化过程展开研究,重点讨论了Si O_2表面氟化过程及其主导放电条件。然后基于等离子体放电特性和发射光谱诊断,分析了CF_4/N_2混合气体等离子体的放电及分布特性,并对表面氟化处理纳米Si O_2进行微观表征。最后初步分析了该氟化技术对环氧基体电气性能的影响。研究结果表明:气压为10～13.5 k Pa、电压为5～7 k V的CF_4/N_2低温等离子体在放电空间内呈现均匀分布;研究范围内的CF_4/N_2低温等离子体的电子温度最低为0.497 e V,可实现CF_4中C—F断键,为Si O_2表面氟化创造条件;对纳米Si O_2进行10 min等离子体有效氟化,F元素质量分数达到10.05%,且以CF_2主要形式存在;纳米Si O_2团聚现象得到有效改善,在环氧基体中的分散更加均匀。掺杂Si O_2质量分数为5%的氟化填料后,环氧树脂局放起始电压提升最明显,较同掺杂含量未氟化试样提高17.21%。结果证明等离子体填料氟化处理Si O_2填料的的可行性,为氟化改性纳米填料提供新的研究思路。     

环氧树脂在低温环境下的电树枝生长特性

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。     

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。     

低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的电树枝生长特性

绝缘材料的电树枝生长特性分析是评估其绝缘性能的重要方法之一。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料,设计制作了纳米复合材料的电树枝生长试样及实验系统,在实验中观测了恒定电压下试样中电树枝生长过程及电树枝形态,测量了试样中电树枝的生长速度与扩散系数,分析了电树枝的局部放电统计特性。通过分析低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对该纳米复合材料中电树枝的抑制机制。实验与分析结果表明:纳米蒙脱土粒子有效提高了低密度聚乙烯的结晶度并减小了晶粒尺寸。同时,纳米蒙脱土粒子有利于降低纳米复合材料电树枝局部放电量与放电重复率,延缓了电树枝的引发与生长。     

纳米SiO_2复合改性绝缘纸的制备

通过在聚酰胺酸预聚体溶液中加入改性后的纳米Si O_2颗粒,浸渍绝缘纸,升温固化制得纳米Si O_2复合改性绝缘纸。对氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性前后纳米Si O_2复合绝缘纸表面进行SEM、FTIR对比分析,探索APTES改性对Si O_2分散性的影响机理;通过对其力学性能和电气强度的测试分析,研究纳米Si O_2的最佳掺杂比例及复合绝缘纸的固化工艺。结果表明:氨丙基三乙氧基硅烷有助于提高纳米Si O_2粒子在基体中的分散性,当纳米Si O_2含量为3%、PAA固含量为20%、固化温度为180℃时,纳米Si O_2复合绝缘纸的综合性能最佳,复合改性后的绝缘纸抗张强度、电气强度显著提高。     

三明治结构聚酰亚胺/SiO_2纳米复合薄膜电学性能研究

采用原位聚合法制备了三明治结构的Si O_2纳米掺杂聚酰亚胺(PI)复合薄膜Si O_2-PI/PI/Si O_2-PI。利用透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征Si O_2纳米颗粒的分散状态及三层复合薄膜的断面结构,研究三层结构复合薄膜的介电性能、电导率、耐电晕性能和电气强度等电学性能。结果表明:Si O_2纳米颗粒可均匀地分散于聚酰亚胺基体中,三层复合薄膜具有清晰的界面分层;当Si O_2纳米颗粒掺杂量为20%时,三层复合薄膜的耐电晕老化时间最长,分别为纯PI和单层PI/Si O_2复合薄膜的26倍和2倍;当Si O_2纳米颗粒掺杂量为15%时,三层复合薄膜的电气强度达到最大值(280.6 k V/mm)。     

机械应力影响环氧树脂绝缘电树枝劣化研究进展

环氧树脂凭借其优异的电气绝缘、耐热与机械性能以及良好的可塑性,被广泛应用于支撑绝缘子、绝缘拉杆等电气设备绝缘部件。随着电气设备电压等级的提高,环氧树脂绝缘部件运行工况日趋严苛,机械应力带来的绝缘失效问题更为突出。根据国内外参考文献,文中综述了机械应力下环氧树脂电树枝劣化引发绝缘击穿现象的研究进展。根据环氧树脂承受应力的不同,介绍了拉伸、压缩应力下电树枝生长的形貌特征,总结了温度工况下机械应力对电树枝生长的影响规律。基于环氧树脂分子链的物理微观结构与电荷输运特性,从能量角度探讨了绝缘材料在机械应力下的电树枝劣化机理。阐述了电气设备环氧绝缘部件的电树枝研究的关键问题与解决思路,为开发高绝缘性能的环氧树脂绝缘材料提供了参考。     

拉伸状态下LDPE/SiO_2改性材料的空间电荷特性研究

为深入研究低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)/Si O_2改性材料内部空间电荷的运动特性,利用纳米粒径分别为15和50 nm的Si O_2纳米粒子制备了质量分数为5%的LDPE/Si O_2改性材料,同时制备了拉伸率为10%的样品,利用电声脉冲(pulsed electroacoustic apparatus,PEA)法装置测量了每种样品的空间电荷分布。结果表明:添加Si O_2纳米粒子后,材料中靠近电极处的空间电荷累积由异极性电荷转变为同极性电荷;拉伸后,所有材料内部的空间电荷累积量均出现了增加,并且当拉伸率为10%,质量分数为5%时,LDPE/Si O_2改性材料内部出现了空间电荷大量累积的现象,在材料中心位置处形成了两个不同极性的空间电荷包,15nm粒径改性材料的空间电荷包远小于50nm粒径的改性材料。文中从弧波理论、电荷在改性材料中的受力以及具有不同介电常数材料表面电荷的累积等方面对LDPE/Si O_2改性材料内部的空间电荷包现象进行了详细解释,为深入理解空间电荷在改性材料中的运动特性和分布特性提供参考。     

SiO_2纳米颗粒对硅橡胶中电树枝特性的影响研究

通过自制不同质量分数的纳米SiO2/硅橡胶,分析了SiO2纳米颗粒对硅橡胶中电树枝的抑制作用。结果表明:随着纳米颗粒含量的增加,相同时间内电树枝的累积起始概率明显呈下降趋势,树枝通道宽度明显减小。在纳米颗粒含量在0~3%范围内,树枝通道的数目随着纳米颗粒含量的增加而增加,电树枝的生长速度变慢,电树枝累积击穿概率下降。     

XLPE与MgO/XLPE纳米复合材料周期性直流接地电树枝与交流电树枝的温度特性

随着电力电缆的广泛应用,由电树枝化导致的电缆绝缘失效问题得到了人们越来越多的关注。以交联聚乙烯(XLPE)和纳米Mg O掺杂的交联聚乙烯(Mg O/XLPE)为研究对象,研究了这两种材料在20~80℃下的周期性直流接地电树枝和交流电树枝特性。实验结果表明:两种材料中的周期性直流接地电树枝呈枝状,对应的分形维数接近1,交流电树枝呈丛状,对应的分形维数接近2;纳米Mg O颗粒的添加对于抑制周期性直流接地电树枝的生长有显著效果,但对抑制交流电树枝的生长效果有限;XLPE中的周期性直流接地电树枝长度随温度的上升呈现先下降后上升的趋势,Mg O/XLPE材料中的周期性直流接地电树枝长度随温度的上升变化不明显,两种材料中的交流电树枝长度随温度的上升均呈现出增加的趋势,但增幅较小。