电缆接头绝缘用硅橡胶热老化及超声特性

硅橡胶凭借其高弹性与优良的电气性能,广泛应用于预制式交联聚乙烯高压电缆接头的主绝缘中。但长时间的异常温升会加速材料的老化,导致其相关性能的下降,从而引发事故。为此设计并开展了预制式高压电缆接头绝缘用硅橡胶的加速热老化试验,对比分析了其热老化前后的微观结构、力学性能、电学性能与声学性能。结果表明:热老化后电缆接头硅橡胶绝缘残余的交联副产物挥发,侧链有机含量降低,主链间发生交联;随着老化温度与时间的增大,试样的断裂伸长率与拉伸强度逐渐下降,杨氏模量逐渐上升,导致柔顺性变差,材料逐渐硬化,弹性丧失;体积电阻率与相对介电常数略有上升,变化不明显,介电损耗因数随热老化的进行而降低;热老化后电缆接头绝缘用硅橡胶的超声声速显著增大,测试结果符合相关理论公式,与杨氏弹性模量的变化趋势良好对应,在评估电缆接头硅橡胶绝缘的热老化状态有广阔的应用前景。     

基于非线性超声的电缆接头硅橡胶热老化状态检测

针对硅橡胶的热老化问题,引入非线性超声检测方法展开相关的试验研究。对电缆接头硅橡胶试样在200℃下进行不同时长的热老化试验,测试分析老化试样的相对非线性系数、微观结构、表面形貌的变化趋势。结果表明：随着热老化时间的增加,硅橡胶的相对非线性系数呈现明显的上升趋势,基于测试结果拟合得到相对非线性系数与热老化时间之间具有良好的线性关联度,可决系数R2>0.95;热老化后硅橡胶的有机成分逐渐减少,交联程度逐渐增大,表面开始出现局部孔洞、裂纹、填料析出等微观缺陷,微观结构发生一定程度的劣化,导致超声非线性效应增强。     

热老化对220kV硅橡胶电缆接头绝缘材料介电性能的影响

以220 kV硅橡胶电缆接头绝缘材料为研究对象,在175℃、225℃下进行加速热老化试验,并对不同热老化试样的相对介电常数、介质损耗因数及电气强度等进行测试,研究热老化对硅橡胶材料介电性能的影响。结果表明:热老化过程中硅橡胶试样的相对介电常数逐渐增大。受热老化对硅橡胶试样电导及松弛过程的影响,试样的低频损耗及松弛损耗随着老化温度的升高和老化时间的增加而逐渐增大,而高频损耗变化不明显,但均大于未老化试样。试样在热老化过程中随老化时间的延长,电气强度逐渐下降,老化后期绝缘性能劣化。     

电缆接头硅橡胶材料内部缺陷的超声检测研究

在实际生产制造与现场安装过程中,电缆接头硅橡胶绝缘层内极易引入空气、金属杂质与分布不均等缺陷,危害电网系统的安全运行.目前,对于电力设备缺陷的检测多为破坏性试验,且试验结果仅能反映设备的整体情况.超声检测作为一种无损检测技术,能够准确对材料内部的缺陷进行定位与成像,反映设备内部局部性能的变化.本研究自主设计搭建了一套超声检测平台,并对人工制作的含有不同缺陷的硅橡胶试样进行了超声检测.结果 表明:对于硅橡胶类柔性材料,超声检测能够较好地对试样内的气泡、气隙与钢针等缺陷进行成像,且相较于X射线检测,超声检测对微小气泡缺陷有明显的放大作用.此外,超声检测技术能够反映出材料内部的应力与密度变化,且根据超声回波能够准确定位缺陷的具体深度.该技术在电缆接头硅橡胶绝缘层内部缺陷的定位识别与在线检测方面有广阔的应用前景.     

核电站电缆用聚醚醚酮材料热老化特性研究

采用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)和热空气老化方法研究了核电站电缆用聚醚醚酮(PEEK)材料的热老化特性,并采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了热老化机理。结果表明,PEEK属于抗氧化材料,不宜采用氧化诱导温度(OITP)或氧化诱导时间(OIT)的方法测量其活化能;TGA测得PEEK在10%失重时的活化能为174.8 kJ/mol;热空气老化试验表明,在310℃下PEEK断裂伸长率变为初始值50%时的参考老化时间为189 h,热老化机理主要是芳醚键和芳酮键的断裂。     

电缆热老化寿命的预测

利用热分析技术,对电缆绝缘材料的热老化寿命进行研究,得到电缆绝缘材料的热老化寿命的计算公式。在不同载流量下,对电缆绝缘材料热老化寿命进行了比较,给出了电缆热老化寿命与载流量的函数关系,为电流致热型线缆火灾的预防提供了基础数据。     

硅橡胶电晕老化热刺激电流特性的正交试验研究

为研究硅橡胶复合绝缘子电晕老化过程中多因素的作用,采用正交试验法开展了电晕电压、老化时间及相对湿度3个因素作用下硅橡胶材料的电晕老化试验,对老化后的试样进行了热刺激电流测试。采用极差分析法对试验数据进行分析,发现电晕电压水平的变动对陷阱电荷量的影响最大,其次是老化时间,相对湿度对老化程度的影响最小;而采用方差分析法可知:电晕电压和老化时间对试验指标具有显著影响,且电晕电压的影响显著性较老化时间大,相对湿度的影响最不显著。     

硅橡胶热老化特性及其对电缆附件运行可靠性的影响

电力电缆大力发展,使得新型硅橡胶绝缘材料由于其优良的机电热性能得以广泛应用在超高压电缆附件绝缘领域,但是绝缘故障时有发生,成为电缆输电线路的薄弱环节.本文提出材料老化特性是影响超高压电力电缆附件运行可靠性的重要因素,对硅橡胶材料电树老化性能进行了深入研究,研究温度对电树起始电压、形态的影响规律和电树随着时间的发展规律.研究显示硅橡胶电树起始电压随温度的升高明显下降,电树形态从树枝状、松枝状向丛状树枝过渡,表明硅橡胶绝缘材料在电缆运行温度范围内存在明显的热破坏特性,对硅橡胶电缆附件绝缘可靠性造成不利的影响,而较高温度的丛状电树的滞长特性则将成为电缆附件的长期性故障隐患.在特性研究的基础上,对比分析了温度对硅橡胶和聚乙烯电树老化性能的差异,认为当前硅橡胶电缆附件故障频发的主要原因之一是对硅橡胶老化特性缺乏了解,造成现有的常规结构设计上冗余不足.     

加速热老化对硅橡胶击穿及电荷输运特性的影响

实际服役的220 kV高压电缆附件用硅橡胶材料在180℃下进行加速热老化,对老化后试样的交流击穿特性、表面电位衰减特性以及交联密度进行测试与分析。结果表明:随着热老化时间的增加,硅橡胶材料的击穿强度先增大后减小,在老化14 d时达到最大值。随着老化时间的增加,硅橡胶材料的电荷迁移率先减小后增大,在老化14 d时达到最小值。结合交联密度的测试结果分析认为,在老化初期,硅橡胶分子链段进一步交联,交联密度有所提升,硅橡胶对电荷的束缚能力增强,导致电荷迁移率减小,击穿强度增大。随着老化程度的加深,硅橡胶交联结构逐渐被破坏,交联密度减小,对电荷的束缚能力减弱,导致电荷迁移率增大,击穿强度减小。     

电晕老化对硅橡胶材料热刺激电流和表面情况影响研究

文中使用了电晕老化测试平台,对硅橡胶进行了初步的电晕老化试验,然后对电晕老化后的试样进行了热刺激电流和扫描电镜测试,并对测试结果进行了初步分析。试验结果表明电晕老化造成了硅橡胶绝缘材料热刺激电流增大、表面裂解的现象,从而造成了绝缘材料的劣化。     

电缆绝缘层老化对接头界面压力的影响研究

为研究老化电缆绝缘层弹性模量变化对界面压力的影响,本文实测三根不同运行年限电缆绝缘的击穿场强与介质损耗角正切表征其电性能,以及在不同温度下的弹性模量表征力学性能。基于超弹性材料本构理论,计算电缆接头与本体装配后的界面压力,并建立电缆接头的二维轴向仿真模型,计算轴向上的界面压力。仿真与理论计算结果的对比表明,运用二维轴向仿真模型计算电缆接头与本体之间的界面压力的误差不超过3.2%,仿真模型计算的准确度可为研究接头轴向上的界面压力分布提供可靠的数据,虽然不同运行年限电缆绝缘层电性能不同,且弹性模量最大差异为29%,但界面压力仅变化0.275%。因此,全新接头与已运行一定年限的电缆装配后,仍能保证足够的界面压力。     

外绝缘用液体硅橡胶热老化特性及机理研究

液体硅橡胶(LSR)具有优异的机械性能和良好的憎水性,广泛应用于制造互感器、避雷器等输变电设备的绝缘护套。文中对LSR进行200℃的热空气老化试验,发现随着老化时间增加,LSR的拉伸性能和撕裂性能都出现了明显的下降,硬度则出现小幅增加。通过平衡溶胀法测量了老化过程中LSR的交联密度,发现随着老化时间增加,总交联密度和化学交联密度都显著上升,而物理交联密度变化微弱。对LSR进行SEM、EDS和FTIR分析发现,在热老化的过程中LSR的微观形貌、元素组成和官能团组成的变化都较小。交联密度和LSR机械性能的变化呈现显著的相关关系,说明在热老化过程中,LSR化学交联是导致性能变化的主要因素,交联密度可以有效反映热老化过程中机械性能的变化。     

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。     

电缆硅橡胶附件温度和热老化对接头界面压力的影响

电缆中间接头处硅橡胶充足的界面压力是保证电缆接头正常运行的基本条件,而实际电缆及附件运行中的高温和老化会影响界面压力的大小。通过实验测量10 kV冷缩接头两种不同硅橡胶在不同温度和热老化时长下的单轴拉伸力,根据实测数据拟合Yeoh橡胶本构模型,并将材料模型嵌入结构二维轴对称有限元仿真模型,研究过盈量、温度及热老化时长与界面压力的关系。结果表明：界面压力随过盈量增加而线性增加,在相同过盈量下,与常温相比,50、75、100℃下绝缘硅橡胶根部的界面压力增加了9.1%、12.3%、6.4%,半导电硅橡胶根部的界面压力增加了9.2%、16.3%、5.6%,电缆接头在75℃时的界面压力最大。通过建立的基于Arrhenius原理的老化寿命预测模型,预测附件在工作温度为90℃、界面压力大于初始界面压力55%时的使用寿命为28.9年。     

复合绝缘子硅橡胶材料老化性能分析

分析了青海电网部分长时间服役的复合绝缘子硅橡胶材料的老化现象,研究了绝缘子用硅橡胶材料在高原地区的应用状况及其老化规律,采用核磁共振方法对硅橡胶材料进行了检测.结果表明,该检测方法是可行的,可快速、准确地监测电网运行中复合绝缘子的老化程度.     

自然老化硅橡胶材料表面憎水性及耐受特性的研究

研究硅橡胶材料的老化特性对于复合绝缘子的设计、选型及维护具有重要意义。以经过现场投样、自然老化后的复合绝缘子伞裙压片为研究对象,详细研究了硅橡胶材料自然老化前后在憎水性迁移特性、憎水性丧失特性、憎水性恢复特性上出现的差异,另外对材料受酸碱侵蚀后表面维持憎水性的能力也进行了研究。结果表明,老化对于材料憎水性能的影响较明显,上下表面由于存在日照、雨淋、积污和冲刷等因素的差异,老化程度不同,上表面的憎水性能表现的更差一些。     

电缆中间接头温度场特性研究

电缆中间接头是线路运行中的薄弱环节,研究电缆中间接头的温度场分布特性,对电缆安全可靠运行具有重要意义。以10 kV三芯电缆中间接头为研究对象,分析了电缆中间接头径向和轴向的温度场分布特性,并研究了环境温度和负荷电流对电缆中间接头导体最高温度、中间接头表面温度和本体表面温度的影响规律,最后结合安全工况分析给出基于电缆接头表面温度判断其是否处于安全运行状态的依据。该分析结果可为电缆中间接头的运行状态监测及预警提供参考依据。