硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆终端电场分布的影响

交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆终端内各绝缘材料的电导率受温度和电场强度的影响差异较大,这是导致其电场分布复杂、研发难度大的关键因素之一。为此,利用多物理场耦合软件仿真计算了以不同性质硅橡胶为增强绝缘的高压直流电缆终端模型内的电场分布,分析了绝缘材料的电导特性对电场分布的影响与机理。研究结果表明:以高压交流电缆终端中常用的硅橡胶作为直流电缆终端的增强绝缘时,应力锥根部的硅橡胶内电场严重畸变,最大电场强度(简称场强)值约达到电缆本体平均场强的6.7倍;以具有合适非线性电导特性的硅橡胶做增强绝缘时,直流电缆终端内电场分布均匀,且最大场强点位于电缆XLPE绝缘内。说明应用电导非线性硅橡胶是解决XLPE绝缘高压直流电缆终端制造瓶颈问题的有效方法之一。     

硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆中间接头内电场分布的影响

为改善交联聚乙烯（XLPE）绝缘高压直流电缆中间接头内的电场分布,通过添加纳米填料制备了用于制作电缆接头应力控制体的非线性硅橡胶复合材料。建立了高压直流电缆接头仿真模型,测试了各绝缘材料的电导特性,计算了电缆接头内的电场分布。研究结果表明,70 ℃时在各场强下未改性硅橡胶的电导率都小于高压直流电缆XLPE绝缘,故电缆接头内的最高场强点位于硅橡胶增强绝缘内,且最大场强远大于电缆本体绝缘的平均场强;以非线性硅橡胶做应力控制体增强绝缘时,超过一定场强后增强绝缘的电导率明显大于XLPE绝缘,保证了电缆接头内最高场强点永远位于XLPE绝缘内,且接近于平均场强。     

高压直流GIL盆式绝缘子非线性电导参数优化

直流气体绝缘输电管道(direct current gas insulated lines,DC-GIL)电场分布受温度梯度、运行电压、金属微粒等诸多因素影响,具有非常大的不确定性,给绝缘设计和运行稳定性带来挑战。非线性电导材料能够自适应地调控直流设备电场分布,有望突破DC-GIL绝缘子设计瓶颈。为了兼顾电场调节作用和损耗特性,建立100 kV直流GIL仿真模型,对比研究运行工况下传统绝缘子、表层电导非线性(surface nonlinear conductivity,SNC)绝缘子和体电导非线性(bulk nonlinear conductivity,BNC)绝缘子的电场分布及损耗功率。通过分析非线性电导(nonlinear conductivity,NC)参数对气固沿面电场调控作用和损耗特性的影响规律,发现SNC绝缘子的电场畸变率先随着欧姆区电导率和非线性系数的增大而快速下降,而后趋于平稳。理想情况下,SNC绝缘子的NC参数应处于电场调节作用的"饱和临界线",且欧姆区电导率最低。而BNC绝缘子的电场调节作用仅依赖于非线性系数,降低欧姆区电导率可降低绝缘子功率损耗。缩比绝缘子实验结果证实了SNC绝缘子非线性参数直接影响DC-GIL沿面闪络电压。     

极性反转电压下非线性电导硅橡胶复合材料电荷积聚特性

直流电缆附件是直流输电系统的薄弱环节,为研究非线性电导对极性反转电压下电缆附件硅橡胶绝缘电荷积聚特性的影响,通过添加SiC颗粒制备具有非线性电导的硅橡胶复合材料试样,利用三电极法和表面电位测量系统获得试样的电导率和表面电荷特性。实验结果表明：由于试样中SiC晶粒的晶格振动引起载流子晶格散射,高温会造成试样电导率降低;试样表面电荷平面分布特性表明,电晕电压极性反转后,平板试样内部残留的原极性电荷与表面的异极性电荷提高了局部电场强度,使试样的电导率升高,加速了表面电荷向试样内部迁移和异极性电荷中和过程,抑制了表面电荷的积聚。     

高压直流电缆附件XLPE/SIR材料特性及界面电荷积聚对电场分布的影响

双层绝缘介质界面电荷积聚是导致高压直流电缆附件界面放电的重要原因.该文测量分析交联聚乙烯(XLPE)和硅橡胶(SIR)两种介质的介电性能、电导特性和导热特性;通过建立高压直流附件电-热仿真模型,研究不同温度下XLPE/SIR界面电荷积聚特性及局部电场畸变引起的附件内部电场变化规律.实验结果表明,室温下SIR的电导率略高...     

复合绝缘子HTV硅橡胶材料的电导特性研究

为探究复合绝缘子用HTV硅橡胶材料的电导机制,以现场运行及人工加速老化试验的复合绝缘子为对象进行研究,通过电导电流测量装置对试品进行电导电流测试,总结材料的电导特性。研究初步发现:当HTV硅橡胶材料处于低场强试验阶段时(约0~5 kV/mm),材料的电导电流I与场强E满足欧姆定律成正比关系;当材料处于较高场强试验阶段时(约5~30 kV/mm),材料的电导特性处于空间电荷限制电流区,材料内部的陷阱开始捕获流经的载流子形成空间电荷;当材料处于高场强试验阶段时(约30~40 kV/mm),材料的电导特性进入了陷阱充满的空间电荷限制电流区,材料随时有被击穿的可能;电老化阈值与陷阱能级、陷阱载流子密度等有着一定的对应关系;HTV材料经过人工电晕加速老化试验后,电导电流数值大幅增加、电老化阈值明显降低。此外,电老化阈值实质反应的是材料的空间电荷形成的难易程度,一定程度上反应HTV材料的老化状态,有待进一步研究。     

压敏陶瓷-硅橡胶复合材料的非线性压敏介电特性

开展兼具非线性电导和介电特性的复合材料的理论基础和应用研究,有助于更有效、广泛地解决高电压等级电力系统绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题。为此,制备了ZnO压敏陶瓷-硅橡胶复合材料并测量了其非线性压敏介电特性。结果表明:制备的复合材料具有良好的分散性和非线性电导及介电特性;当ZnO压敏陶瓷填料体积分数10%时,复合材料可以表现出明显的非线性介电特性,可以起到更显著的电场均匀作用;当ZnO压敏陶瓷填料体积分数20%时,复合材料呈现出明显的非线性电导特性,电导非线性系数可以达到10以上,当电场强度超过压敏电压梯度时电导率可以提高100倍以上,而电场强度达到1.5倍压敏电压梯度时,可在对不均匀电场起抑制作用的同时,避免较大的损耗。     

低温下硅橡胶直流击穿特性变化规律研究

为了研究硅橡胶绝缘材料低温环境下直流击穿特性的变化,采用恒温试验箱对硅橡胶材料进行低温冷冻,利用球球电极与棒板电极模拟不均匀电场,试验测定不同温度下、不同氢氧化铝含量硅橡胶材料的直流击穿电压随温度的变化规律,分析了其中的原因机理,并测量了体积电阻率。试验结果表明:随着温度的降低,硅橡胶材料的直流击穿呈现出先增大后趋于稳定的特性;在相同的低温处理下,氢氧化铝质量分数为130%的硅橡胶样品具有最大的直流击穿电压;施加正极性直流电压时,硅橡胶绝缘材料的击穿电压略小于施加负极性直流电压时的击穿电压。     

基于非线性电导材料和COMSOL-MATLAB联合仿真的电缆接头场强分布优化研究

以110 kV电缆接头为例,提出采用非线性电导绝缘材料替代固定电导材料,实现材料参数关于空间的自匹配,进而实现对电缆接头局部高场强的抑制作用.仿真结果发现,应力锥采用非线性电导材料与采用固定电导时电缆接头场强分布几乎一致,而电缆绝缘采用非线性电导材料情况下对局部场强集中抑制效果较为明显.为获取最佳非线性参数,建立电缆接...     

基于Comsol仿真的高压直流电缆附件材料电导率特性研究北大核心CSCD

高压直流电缆系统是实现远距离、大容量输电及海上新能源接入的关键电力设备之一。文中以500 kV直流电缆接头为研究对象,研究了附件用硅橡胶材料(SIR)的电导率特性对接头电场、电荷分布的影响,结果表明,增大硅橡胶材料的电导率常数和场强依赖系数,减少材料的活化能,能改善接头内部电场畸变,减少空间电荷的集聚。并以双组份加成型液体硅橡胶(LSR)和碳酸铜钙纳米纤维(CCTO)制备了接头增强绝缘材料,测试了其电导率特性,研究了不同电导率参数下的电场分布特点。最后,根据试验仿真结果,试制了500 kV直流电缆接头样机,通过了例行试验。文中的研究成果为500 kV乃至640 k V直流电缆附件材料的开发奠定了理论依据。     

直流电晕对硅橡胶材料憎水性的影响

采用针-板电极研究了直流电晕对硅橡胶材料憎水性的影响。发现直流电晕对硅橡胶表面憎水性的影响较小。湿度、迁移时间、电压等因素对硅橡胶材料憎水性影响较小，特别是对憎水性充分迁移的染污硅橡胶试片的影响更小。这与交流电晕作用硅橡胶材料时有明显差异。通过分析直流电晕下硅橡胶表面放电过程、表面电荷积聚和表面结构的变化，认为在直流电晕下，硅橡胶材料表面化学反应较弱是直流电晕对硅橡胶表面憎水性影响甚微的原因。     

热老化对不同交联度硅橡胶电气性能的影响*

冷缩附件用硅橡胶绝缘的交联度决定了与交联聚乙烯电缆绝缘之间界面“抱紧力”的大小,从而影响附件的电气性能。为了研究热老化对不同交联度硅橡胶电气性能的影响,制备了不同交联度的硅橡胶试样,对热老化前后硅橡胶试样进行凝胶含量、红外光谱、电导 温度特性和击穿强度等测试分析。测试结果表明,硫化剂的用量决定了硅橡胶交联键的密度,适当提高硫化剂的含量,可增加硅橡胶的交联度;硅橡胶在热老化过程中,会发生侧链甲基基团的氧化,引起进一步的交联反应;硅橡胶较高的交联度,会使体积电导率减小、击穿强度提高且数据分散减小。     

聚丙烯绝缘材料电导特性与空间电荷研究

为考察聚丙烯作为直流电缆绝缘材料在电气性能上的的可行性,选用等规聚丙烯材料制备测试试样,通过差示扫描量热法测试熔融温度(165℃)和结晶温度(111℃),针对击穿特性、强场电导和空间电荷分布与电荷的消散等电气性能对聚丙烯材料进行测试。击穿强度测试发现:其交流击穿强度明显低于直流击穿强度,交流击穿强度数据的的分散性相对于直流击穿要好。强场电导特性测试发现:在3.3 kV/mm电场下当温度升高到90℃时,材料的强场电导明显升高,达到室温时的2倍。空间电荷实验结果表明聚丙烯在较低的电场强度(10、20 kV/mm)下未出现明显的空间电荷,而在电场强度达到50 kV/mm时,出现了明显的异极性空间电荷。将试样上下电极短接进行短路发现,10、20 kV/mm下加压0.5 h后,经过0.5 h短路放电,试样内部的空间电荷几乎释放完全。而在50 kV/mm下加压0.5 h后,经过1.5 h的短路时间仍然看到试样内部驻留着大量的异极性空间电荷。     

配电电缆附件XLPE/SIR界面缺陷特性及其对电场分布的影响研究

为了预防不同类型接头缺陷引发的绝缘故障以及事后故障分析,针对电缆附件复合界面处缺陷,设计交联聚乙烯与硅橡胶双层结构界面缺陷模型,通过对不同缺陷的试样进行击穿实验,研究绝缘、半导电、金属等3种典型界面缺陷类型下的击穿特性,并且通过建立双层结构界面缺陷模型仿真模型,计算界面缺陷引起的电场畸变;在此基础上将缺陷模型扩展到配电电缆中间接头,研究存在缺陷时电缆中间接头的内部电场分布。实验表明相比于无缺陷时,引入绝缘缺陷对击穿场强的影响不明显,而引入金属和半导电缺陷后击穿场强明显降低;仿真计算表明3种缺陷中绝缘缺陷引起的电场畸变最小,与击穿实验规律相吻合。金属与半导电缺陷引起的电场畸变随着缺陷远离应力锥根部呈先增大后减小,而对于绝缘缺陷,电场畸变随着缺陷远离应力锥根部呈现下降趋势,最大场强出现在三结合点处。研究结果有助于理解电缆附件界面缺陷状态对电场分布的影响规律,对于电缆附件安装制作的关键环节管控具有实际意义,同时可为配电电缆附件运行维护和故障分析提供参考。