交联聚乙烯交联度和结晶度对水树生长的作用机制

为深入理解交联聚乙烯(XLPE)材料交联度对材料中水树生长的影响,研究了不同交联度XLPE样本中水树的尺寸,并结合交联度和结晶度观测结果对水树生长特征进行分析。结果表明:随着XLPE试样交联度的升高,其结晶度呈下降趋势,在交联度高于80%时,结晶度显著下降。随着试样交联度的升高,水树长度先减小后增大,在交联度为80%时,水树尺寸最小。水树生长是交联和结晶共同作用的结果。     

交流500kV交联聚乙烯海缆绝缘材料的步进工频击穿特性及寿命模型

世界首条500 kV交联聚乙烯(XLPE)海缆已于2018年底在舟山敷设完成。为了研究500 kV XLPE海缆绝缘材料的绝缘与老化特性,对交流500 kV XLPE海缆绝缘材料进行不同温度下的短时工频击穿试验和步进应力工频击穿试验,并运用反幂模型对该材料在电-热应力下的寿命进行计算。结果表明:该500 k V XLPE海缆绝缘材料的短时工频击穿强度在25～85℃内呈现先上升后下降的趋势,工频击穿强度显著下降的阈值温度在70℃左右;相同温度下,步进应力下的工频击穿强度随加压时间步长上升而下降;相同加压时间步长下,步进应力下的工频击穿强度和耐压时间均随温度升高先增大后减小;寿命指数n和常数C随温度的升高也呈现先上升后下降的趋势。最后提出了基于反幂模型的该交流500 kV XLPE海缆材料的寿命计算公式,可为该材料类型海缆的寿命计算以及采用该材料进行电缆结构设计提供参考。     

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。     

基于国产基料的交联聚乙烯高压直流电缆绝缘材料电性能研究

交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)高压直流电缆是直流电网的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘料国产化具有重要意义。基于欧洲主流超净低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)与国内知名企业生产的2种超净聚乙烯,分别制备XLPE试样,并完成脱气处理。测量与评估3种XLPE试样的直流击穿电场强度、直流电导率、空间电荷特性等电气性能指标,综合评估交联材料电气性能。其中,一种国产交联聚乙烯材料的击穿场强与电导率性能指标接近于参考绝缘材料性能指标,其空间电荷性能指标优于参考绝缘材料性能指标,确定了XLPE高压直流电缆绝缘料国产化的可行性。     

过氧化二异丙苯交联剂对XLPE击穿及陷阱特性的影响

通过表面电位衰减法(SPD)和工频击穿实验研究了过氧化二异丙苯(DCP)含量对XLPE试样击穿与陷阱特性的影响。结果表明:随着DCP含量的增加,XLPE的电气强度及深陷阱密度均呈先增大后减小的趋势,两者均在DCP质量分数为0.5%时达到最大值,这是由于未掺杂DCP时,试样内部的陷阱以浅陷阱为主,电气强度较低,随着DCP含量增加,交联过程中在XLPE内部引入了更多的深陷阱,电气强度升高。但DCP含量进一步增加时,深陷阱密度开始减小,电气强度降低。当DCP质量分数为0.5%～1.0%时有利于提高XLPE的击穿特性。     

服役时间对110 kV交联聚乙烯电缆绝缘性能和超分子结构的影响

交联聚乙烯(XLPE)具有优异的电绝缘性能和力学性能,但XLPE电缆绝缘在长期服役过程中会发生老化,造成供电故障及服役寿命缩短。为研究服役时间对XLPE电缆绝缘性能的影响,本文研究了XLPE电缆绝缘性能和超分子结构随服役时间增加的变化规律,讨论了退役电缆再利用的可能性。结果表明:当服役时间增加到30年时,电缆绝缘的拉伸强度和断裂伸长率分别从23.7 MPa和929%下降到19.0 MPa和832%,但断裂伸长率仍高于国家标准规定,即大于新电缆绝缘的50%;新电缆绝缘的熔点高于服役后的电缆绝缘,服役后XLPE电缆绝缘的熔程变宽,结晶度先升高后下降;随着服役时间的增加,XLPE电缆绝缘的球晶尺寸增大,服役30年的电缆绝缘球晶平均尺寸约为41μm,是新电缆绝缘的4～5倍;经过30年服役,XLPE电缆绝缘的耐击穿性能仍然优异,室温交流击穿强度约为140 kV/mm。     

交联度对交联聚乙烯水树枝老化特性的影响

通过向低密度聚乙烯(LDPE)中加入不同质量分数的过氧化二异丙苯(DCP),制备了不同交联度的XLPE试样,用热延伸实验法对交联度进行表征;利用水刀电极法对试样进行水树枝老化,并采用光学显微镜观测其水树枝的生长形貌;采用差示量热扫描仪(DSC)对试样的结晶度进行测试,并分别通过偏光显微镜(PLM)和扫描电子显微镜(SEM)观察其结晶形貌,研究交联度对交联聚乙烯(XLPE)水树枝老化特性的影响机理。结果表明:提升XLPE的交联度可以显著增强其耐水树枝能力;虽然交联反应抑制了XLPE球晶和片晶的生长,使其结晶度下降,导致无定形区域面积增大,但形成的三维网状结构限制了材料内部水分沿电场方向发生形变挤压形成水树枝的能力,交联度越高,这种抑制能力越强。相比于结晶的影响,三维网状结构对提高材料耐水树枝能力的影响更明显。     

多元受阻酚抗氧剂对交联聚乙烯绝缘直流击穿行为的影响

受阻酚型抗氧剂常用于XLPE绝缘中的主抗氧剂以提升其加工特性和长时电气特性，为了深入探讨受阻酚抗氧剂对XLPE绝缘直流击穿行为的影响，本文制备了两种含有不同多元受阻酚抗氧剂的XLPE绝缘试样，并对其性能进行测试。结果表明：添加受阻酚抗氧剂可以明显提升XLPE绝缘的电气强度与击穿稳定性，这是由于添加受阻酚抗氧剂能够向XLPE绝缘中引入深陷阱，提高了陷阱密度，但是两种多元受阻酚抗氧剂引入的深陷阱能级与类型不同，因此对XLPE绝缘电气强度的提升程度不同；此外，添加受阻酚抗氧剂有利于提高XLPE的结晶度与结晶均匀性，但影响并不明显。     

交联聚乙烯接枝氯乙酸烯丙酯直流介电性能

为改善交联聚乙烯(XLPE)的直流介电性能,本文以过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,在低密度聚乙烯(LDPE)在发生交联反应的同时将含有极性基团的氯乙酸烯丙酯(CAAE)接枝在其大分子链上,并对制备的接枝材料(XLPE-g-CAAE)在空间电荷、电导和击穿等直流介电性能方面进行研究。实验结果表明,CAAE已成功接枝在XLPE大分子链上,且接枝CAAE后对材料的交联度和结晶性能影响极小;与XLPE相比,XLPE-g-CAAE抑制空间电荷形成的能力明显增强,并且具有更低的电导电流和更高的击穿场强。当CAAE的质量分数为1.5%时,试样具有最佳的直流介电性能。分析认为CAAE中的极性基团在材料中引入位置固定、均匀致密分布的深陷阱,使电子或空穴入陷形成荷电点阵及库仑力场,可以抑制电荷的注入和载流子迁移。本文的研究对于直流电力电缆绝缘材料的研发具有一定的参考价值。     

硫化工艺对抗水树交联聚乙烯绝缘电力电缆工频击穿性能的影响

为了研究不同硫化工艺对抗水树枝交联聚乙烯绝缘电缆击穿性能的影响,建立了相应的试验手段和评价程序。将使用相同导体屏蔽料、抗水树绝缘料、绝缘屏蔽料,并采用5种不同硫化工艺(A、B、C、D、E)生产的电压等级、型号规格相同且结构相似的电缆作为研究对象,每种电缆取6段作样品,共30段。分别对老化前和老化180d后的5种样品进行工频击穿试验,并观察击穿后样品切片的水树枝、界面微孔、突起和绝缘中的微孔、杂质。试验结果表明:经过180d的加速老化后,5种样品中均无微孔、界面光滑、有少量尺寸较小的杂质,不会导致击穿性能下降;不同硫化工艺生产的电缆工频击穿性能表现出明显差异,其中,A硫化工艺生产的电缆工频击穿强度下降了53.53%,击穿后的样品中观察到了水树枝,B、C硫化工艺生产的电缆工频击穿强度也有不同程度的下降,而D、E硫化工艺生产的电缆的工频击穿强度没有降低,说明硫化工艺对工频击穿强度有直接的影响,并建议实际生产中确定硫化工艺时,各区温度设定应逐渐降低,且初始硫化温度不应过低,生产线速度应适当。     

纳米石墨烯掺杂浓度对XLPE击穿性能的影响

制备了分散性良好的6种不同配比XLPE/纳米石墨烯聚合物,运用差式扫描量热法排除了结晶度对击穿性能的影响;对试样进行了工频击穿强度测量并通过拉伸强度测试评估了机械性能。实验表明,掺杂纳米石墨烯能使聚合物的工频击穿强度最大提高27. 66%,拉伸强度最大提高10. 64%,在工业实现上有积极意义。通过等温去极化电流计算聚合物陷阱密度及能级,并结合动态热机械分析从界面分子结合力探究不同含量石墨烯影响击穿性能的机理。研究表明掺杂少于0. 01 wt%的纳米石墨烯能增大陷阱能级,同时增大聚乙烯基体分子间作用力,进而提升聚合物击穿性能。     

高压交流电缆用交联聚乙烯绝缘料性能对比实验研究

中国高电压等级交流电缆用交联聚乙烯(XPLE)绝缘料研发较晚,目前国产220 kV电压等级绝缘料暂未获得工程应用.以3种国内外高压电缆XLPE绝缘料为研究对象,对比分析绝缘料热压试样的工频击穿场强、介电常数、介质损耗正切、熔融和结晶性能、拉伸强度、断裂伸长率、微观形貌和交联度等参数.实验测试结果表明:国产XLPE绝缘料...     

热老化XLPE电缆绝缘的介电击穿行为的研究

击穿强度通常是用来表征检测和使用过程中的绝缘材料状态和质量的指标之一。尽管有许多报道对聚乙烯(PE)和交联聚乙烯(XLPE)的击穿电压进行了研究,但是对热老化后的交联聚乙烯电缆的击穿行为的研究不是太多。表征威布尔统计分布参数,即范围和形状参数与分子结构、物理和化学缺陷的含量和形状以及其他的物理化学性能有密切的关系。本文的目的是研究不同热老化程度的XLPE电缆的威布尔统计分布参数的变化行为。研究结果显示威布尔参数变化对XLPE绝缘材料的热老化程度是非常敏感的,利用威布尔参数与热老化程度的关系可以有效地诊断PE和XLPE电缆绝缘材料。     

交联聚乙烯电缆绝缘交联度径向非均匀性探讨

在交联聚乙烯电缆交联度测试中,热延伸法测量表明,高压交联电缆绝缘内层的延伸率大于外层,说明绝缘内层的交联度小于外层,但凝胶含量试验方法的测试结果却与热延伸试验的结果完全相反,通过分析认为是内、外层绝缘结晶形态和结晶度的不同导致了凝胶含量试验法测试交联度的不准确性;此外,通过物理机械性能试验,发现绝缘内层的抗拉强度和伸长率小于外层,这些结果说明电缆绝缘交联度存在径向的非均匀性。     

Effect of Thermal Overload on the Voltage Breakdown Strength of Service-Aged URD Cables

Present industry specifications allow thermoset insulated polymeric cables to be subjected to emergency conductor temperatures of up to 130°C. The effect of the high temperatures on cable integrity has been questioned. This study shows that cyclic, long-term or fast-rise application of 130°C to service-aged, water treed underground residential distribution (URD), crosslinked polyethylene (XLPE) insulated cables, result in an increase in dielectric strength. Contrary to what happens in new cables, an increase in temperature from ambient to 130°C also results in an increase in voltage breakdown strength. It appears that at high temperature, moisture and some remnant by-products of the crosslinking reaction such as volatiles, diffuse from the insulation, contributing to the higher levels of dielectric strength. It is shown that thermoplastic insulation shields on XLPE service-aged cables are adversely affected by emergency temperatures.     

Electrical treeing phenomena in two-layer silicone gel with different crosslinking degrees and its dielectric strength

Silicone gel is widely used to encapsulate power modules, and improvement of its dielectric strength has been required. So, the purpose of our research is to improve dielectric strength of silicone gel encapsulant, and we focus on crosslinking degree of silicone gel. Previous studies have shown that growth mechanism of electrical tree changes with crosslinking degree of silicone gel. This suggests the possibility that the presence of the interface by different crosslinking degrees inhibits the tree growth. In this paper, we have investigated the tree growth and breakdown characteristics in silicone gel—crosslinking degrees graded layer materials. The interfaces in our study are arrange as being vertical to the line of electric force. Consequently, it was clarified that barrier effect of interface by different crosslinking degrees and the relaxation of electric field in low crosslinking degree region retards on tree growth, which improves the dielectric strength.     

Correlation between AC breakdown strength and low frequencydielectric loss of water tree aged XLPE cables

This paper describes experiments performed on laboratory aged 12 kV and service aged 24 kV XLPE cable samples. Results from measurements of residual AC breakdown strength, degree of water treeing and dissipation factors are presented. The dissipation factor at low frequencies was determined by both time and frequency domain measurements. The relationship between these methods are discussed and it is shown that both can be used for assessing the average ageing state of the cable, The results show that water treeing causes reduced residual AC breakdown strength and high and nonlinearly increasing low-frequency dielectric loss