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。     

干燥环境下紫外辐射对硅橡胶老化性能的影响

随着中国"西电东送"及特高压输电工程的展开,复合绝缘子厂家纷纷研制出适合特高压输电工程线路应用的特高压等级的复合绝缘材料。笔者针对哈密至郑州±800 k V特高压直流输电工程在哈密段的复合绝缘子老化问题,提取哈密地区干燥强紫外辐射的气候特征,在干燥环境下对特高压等级的复合绝缘材料和普通电压等级的复合绝缘材料进行紫外加速老化实验。对实验样品进行静态接触角测试,硬度测试,傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析。实验结果表明:两种试样硬度均变大,憎水性均部分丧失,并有填充物外露;红外光谱中Si-CH3键和Si-O-Si键的峰面积均减小;在两种试样初始数据相近的情况下,特高压等级样品各个数据的变化量均小于普通等级样品。     

SiC掺杂对直流电缆附件用硅橡胶材料非线性电导特性的优化研究

电气设备部件的性能提升不仅要依靠传统几何方法来改善绝缘结构,更要侧重于对绝缘材料自身性能的优化。该文通过实验研究了碳化硅（SiC）/硅橡胶复合材料的直流电导特性和直流击穿特性。随着温度升高,SiC晶格散射会阻碍载流子迁移,宏观上表现为电导特性非线性系数降低,而更多高能载流子的出现则会使非线性区阈值场强减小。随着SiC体积分数及粒径的增加,复合材料直流击穿场强虽有一定程度降低,但整体仍满足运行设计要求。在兼顾关键位置电场分布、损耗功率及局部温升的条件下,该文通过仿真探究了非线性电导特性参数的合理范围,所制备的掺杂10%体积分数SiC/硅橡胶复合材料作为应力锥增强绝缘参与电场调控,可有效改善电缆终端内部电场强度分布,应力锥导体锥面处电场强度降低幅度达到50%。该研究结果有望从材料改性角度为提升电缆附件性能提供思路。     

热-力联合老化对硅橡胶交联网络及力学和耐电特性的影响

为了探究热-机械应力共同作用对电缆附件硅橡胶绝缘性能的影响,该文设计并开展了硅橡胶的热-力联合老化试验,对比分析了老化前后硅橡胶的力学性能、电气性能和微观结构。结果表明：随着老化程度的加剧,试样拉伸强度和断裂伸长率下降,硬度增加;老化后试样的击穿强度整体上呈现先增加后降低的趋势,在老化时间一定的情况下,击穿强度随着拉伸应力的增大而减小,相对介电常数逐渐增加。结合交联密度和红外光谱测试结果分析认为,在老化前期,硅橡胶主链间发生氧化交联反应,自由体积和载流子迁移率减小,击穿强度增加;老化后期,交联体系结构和分子链被破坏,自由体积和载流子迁移率增大,击穿强度下降。在机械应力耦合作用下,卷曲的分子链沿着机械应力方向被拉伸,且处于拉伸状态的分子链在高温作用下更容易发生断裂,造成材料绝缘性能的进一步劣化,为电缆附件硅橡胶老化状态评估提供了一定的理论依据。     

表面油污对老化硅橡胶外绝缘性能的影响

硅橡胶材料特有的憎水迁移性是复合电力设备能够防治污闪事故的重要原因,而油的存在会加重污秽积累。当套管漏油后,绝缘油会以油膜的形式覆盖在硅橡胶材料表面,污秽积累形成一层油泥,硅橡胶材料特有的憎水迁移性能会受到极大的影响,表面耐压值也会受到改变。为此,文中以套管用高温硫化硅橡胶(HTV)材料为研究对象,通过加速热老化得到老化试样,并通过人工涂抹含油污秽模拟漏油事故,分析表面油污对硅橡胶材料憎水迁移性能的影响;通过闪络试验,研究表面油污对硅橡胶污闪电压的影响。结果表明:热老化使HTV表面出现孔洞和沟壑,内部疏松,影响了小分子的迁移通道,稳态憎水性能变差;涂抹油污后,老化硅橡胶初始憎水性更高,稳态憎水性变差,其污闪电压随污秽度的增加而降低。     

交联聚乙烯交联度对材料击穿强度的影响

为了研究XLPE材料交联度对其电气性能的影响,制备不同交联度的XLPE样本并对其进行电气击穿实验,分析在不同的交联度区间范围内样本击穿场强变化。利用温度-时间控制法制备六组不同交联度的XLPE样本;利用差式扫描量热仪测量得到样本结晶度;利用交流变压器测量得到样本的击穿强度。实验结果表明,随着交联度上升,样本击穿场强呈先上升后下降趋势。在交联度为0%～75%区间范围内,样本击穿场强增加2%。在交联度为75%～88%范围内,样本击穿场强增加21.2%。而在交联度为88%～92%范围内,样本击穿场强下降5.3%。分析认为,样本的击穿强度与样本交联度和材料均匀程度有关。当交联度较低时,样本的击穿强度主要由样本交联度决定,随着交联度上升,样本击穿强度增加。但由于此时局部材料结构较为不均匀,因此击穿强度增加幅度不大。而当交联度上升至75%时,材料形成较为密集、均匀的三维网状结构,导致样本击穿场强大幅上升。而当交联度继续增加时,此时样本结晶度下降幅度较大,局部材料结构变得不均匀,导致样本击穿强度下降。     

室温硫化硅橡胶涂层厚度对电晕老化特性的影响

室温硫化硅橡胶(room temperature vulcanized silicone rubber, RTV)涂料凭借良好的憎水性和防污闪特性,广泛用于瓷、玻璃绝缘子表面。随着绝缘子运行时间的增加,RTV涂层会出现粉化、脱落、憎水性丧失等老化现象。现有研究对RTV涂层老化规律尚不明确,因此该文研究了交流电晕下RTV涂层厚度对其老化特性的影响。通过外观检查、憎水性测试、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、扫描电镜(scanning electron microscope, SEM, SEM)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)等试验,分析了不同厚度涂层宏观结构、微观形貌、憎水特性、化学组分的变化规律。结果表明:电晕老化后涂层表面析出黑色物质,出现明显分区结构,不同厚度涂层分别出现孔洞、裂纹和颗粒物等老化特征;涂层厚度为0.6～0.8 mm时,老化后的憎水性及迁移性能明显优于0.3～0.5 mm涂层;FTIR和XPS分析表明电晕老化形成的硅氧层厚度和...     

交联聚乙烯和硅橡胶界面修复前后电气性能分析

电缆中间接头是电缆运行系统中的薄弱部位。随着接头运行时间的增加,空气中的潮气会侵入到接头复合界面,使接头绝缘强度严重降低,进而导致事故的发生。本研究首先通过修复液对受潮交联聚乙烯(XLPE)和硅橡胶(SiR)复合界面模型进行修复,对修复前后的复合界面进行耐压击穿试验和去极化电流测试,并对比分析复合界面修复前后电气性能的变化。最后对实际受潮电缆接头进行修复实验以验证修复效果。结果表明:修复后的复合界面击穿强度大幅提高,通过修复可以降低受潮界面的极化能力,并改善复合界面间的电荷储存特性。实际受潮电缆接头修复试验证明通过修复可以提高接头的绝缘性能。     

不同涂覆条件对XLPE/硅橡胶界面击穿强度的影响

针对电缆接头安装过程中涂覆硅脂种类、制作工艺差异引起的界面粗糙和划痕等缺陷以及运行过程中水分侵入等因素对界面击穿特性的影响,测量分析了XLPE/硅橡胶界面涂覆普通和氟化两种不同硅脂,在不同粗糙度、潮湿处理及刀痕条件下的交流及冲击电压下的击穿特性。结果表明：在施加交流和冲击电压下,随着界面压力的增加,击穿电压均升高,冲击电压下普通硅脂试样比氟化硅脂试样有更高的击穿电压;涂覆氟化硅脂对改善界面防潮性及稳定性优于涂覆普通硅脂;XLPE/硅橡胶界面的光滑程度越高,界面的击穿电压值较高。     

真菌对硅橡胶绝缘子电气性能影响的研究

本文介绍了真菌的相关特性,在实验室条件下培养真菌并移植到硅橡胶绝缘子表面,然后对受污染的硅橡胶材料进行静态接触角、盐密、灰密及污闪电压的测量,从而分析真菌对于硅橡胶绝缘子憎水性的抑制情况及对污闪电压的影响。结果表明：真菌附着在硅橡胶绝缘子的表面使绝缘子的憎水性能下降,真菌的浓度越大,憎水性越差;硅橡胶绝缘子表面的污闪电压也因真菌的附着稍有下降;同时,真菌浓度越大,相应的盐密和灰密越高。     

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.     

水分侵入对现场老化硅橡胶性能影响的研究

硅橡胶复合绝缘子在高湿环境中长期运行后表面会发生粉化现象。为研究水分侵入对已自然老化的硅橡胶性能的影响,本文以在南方沿海某地运行超10年的复合绝缘子伞裙为研究对象,对去除粉化层的硅橡胶样品开展去离子水浸泡试验,研究水分侵入样品后硅橡胶的质量和理化特性的变化,探讨水分侵入对硅橡胶二次粉化现象的影响。结果表明：去除粉化层后的硅橡胶伞裙样品在去离子水浸泡后可产生新的粉化层,其微观形貌和理化特性与自然形成的粉化层相似;通过改变试验的水温,明确了水分是已老化硅橡胶表面再次发生粉化现象的主要因素,且高温可加速粉化层的产生。     

硅橡胶复合绝缘子老化状态核磁共振与红外光谱对比分析研究

硅橡胶复合绝缘子在电力系统中使用广泛,但随着运行时间增长容易老化,威胁电力系统的安全运行。为此,采用核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术来分析识别硅橡胶复合绝缘子的老化状态。运用NMR分析方法从低场NMR信号中提取出表征硅橡胶绝缘子老化状态的特征量,解释绝缘子的老化机理,并与红外光谱分析技术进行对比分析。结果表明：复合绝缘子NMR测量结果与红外光谱外层吸收峰吻合,2种结果在一定程度上都能反映复合绝缘子的老化程度;绝缘子的老化程度越高,NMR方法的横向弛豫时间值越小,红外光谱的吸收值越低。     

基于红外成像技术的硅橡胶材料热特性的研究

利用红外成像技术在实验室和现场对不同的外绝缘材料温度变化特性进行了测量、分析和比较研究。研究结果表明,材料的热物性参数、环境温度和太阳辐射是外绝缘材料表面温度变化特性的主要影响因素。材料设计可以改善绝缘子的温度变化特性,提高其防污能力。凌晨,绝缘子表面温度可能低于环境温度。空气相对湿度高,绝缘子表面温度低是凌晨容易发生污闪的两个重要原因。     

激光清除硅橡胶伞裙污秽及老化表层技术研究

针对硅橡胶伞裙表面污秽和老化引起憎水性下降的问题,该文利用激光器清洗技术对硅橡胶伞裙表面的污秽及老化表层清除技术进行了研究.依据硅橡胶在激光光斑照射时会出现快速气化的原理,对硅橡胶伞裙表面污秽和老化表层进行了清除研究.清除采用的激光光斑功率为66W、光斑脉冲200kHz、清洗宽度3cm、行走速度3mm/s和清洗深度0....     

硅橡胶材料表面老化及其对绝缘性能的影响

通过对硅橡胶材料的表面腐蚀、化学腐蚀以及老化引起污秽层形成这3种老化途径的机理分析,表明硅橡胶具有极好的抗老化性。同时,指出漏流径形成是造成硅橡胶老化的最主要原因。盐雾试验证明,老化引起绝缘性能降低后,经过一段时间,硅橡胶表现出本身具有自恢复性。     

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。