电发光检测聚合物绝缘起始劣化的方法

电缆聚合物绝缘的劣化 (电树枝 )有两个阶段 :第 1是诱导期或起始期 ;第 2是扩展期。文中论述了劣化初始期聚合物内电场强度增强点会有发光 ( EL )现象 ,它不同于局部放电( PD)引起的发光现象 ,至少比 PD检测灵敏度高两个数量级。文中详细介绍了 EL现象发生的机理 ,以及进行实验和检测 ,最终认为 :EL是一种可在电树枝起始之前检测聚合物劣化的有效方法 ,并成功地用于 50 0 k V XL PE电缆的研究     

聚合物光纤老化特性的研究

介绍了多种聚合物光纤老化的实验方法,在热、氧、紫外光等物理老化因子作用下,对聚合物光纤材料的重量、玻璃化温度及光损耗随老化时间的变化规律进行了初步的试验研究,结果表明各种老化对聚合物光纤的性能均有影响。同时对各种因子老化的机理进行了分析讨论。     

基于体效应的SiC MOSFET器件栅极老化监测方法研究

长期以来,栅极老化一直是SiC MOSFET器件可靠性研究的关键,而偏置温度不稳定性则是栅极老化的重要现象。由于栅极老化的偏置温度不稳定性存在应力撤出后的恢复现象,如能在可靠性实验中快速、准确地监测SiC MOSFET器件的栅极老化变化量,对可靠性研究具有重要意义。因此,文中提出一种新的栅极老化监测方法。该方法以体效应下的阈值电压VTH(body)为基础,建立理论模型来描述VTH(body)和栅极老化之间的关系。提出在栅极电压开关过程中从体二极管电压–栅极电压曲线中得到VTH(body)的方法,并详细研究实验参数对VTH(body)的影响。此外,通过高温栅偏实验对VTH(body)的实用价值进行验证,并与栅极老化参数阈值电压VTH进行对比。实验结果证明,提出的新型栅极老化监测方法可以实现栅极老化的快速、准确及非恒温环境监测。     

复合绝缘子的人工加速老化试验

介绍了国际上现有的几个复合绝缘子老化试验方法的特点,并对我国现场运行复合绝缘子的老化现象进行分析,在此基础上以模拟硅橡胶复合绝缘子在现场运行中的老化模式为目的,设计、建造了相应的试验装置,进行了多种人工加速老化试验,并比较了不同方法的可行性和合理性。结果表明,各种老化方法都有自己的优势和特点,但适合国内情况的老化方法还有待于更深入的研究。     

有机玻璃"全去偶极子极化"现象研究

实验中观察到用作塑料光纤纤芯材料的纯有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)在加速热老化和紫外老化过程中其相对电容率急剧下降至大约等于其折射率的平方,即有机玻璃由极性聚合物变为非极性聚合物(“全去偶极子极化”现象)。对此现象的解释机理提出了“孔洞”与“极性基团断裂”两种假设。通过其他实验(如红外光谱、测量密度、测量折射率、测量体积电阻率)的相互对比,基本上肯定了有机玻璃“极性基团断裂”的热老化模型。     

非晶态聚合物气隙缺陷局部放电特性研究

笔者系统研究了非晶态聚合物中气隙缺陷的电老化机理。通过对单气隙缺陷以及悬浮电位局部放电特性的检测,确定了单气隙结构与局部放电特性之间的关系,并分析了局部放电对电老化过程的影响。试验结果表明,局部放电的起始电压、放电量、放电电流波形特征以及多周期统计特性都随着气隙结构的改变发生明显的变化。并且气隙中局部放电产生的"空间电荷"对后续放电过程的发展起到了"加速"作用,说明非晶态聚合物中长气隙缺陷局部放电引发的电老化现象与空间电荷量存在着密切的关系。     

回复电压法用于变压器油纸绝缘老化状态评估

油纸绝缘材料发生老化现象时,往往会引起固体绝缘纸板材料中含水量增加及绝缘系统电介质响应特性改变。若对其进行回复电压测量,会表现出峰值升高、起始斜率增大以及峰值时间缩短等定性特征。为了进一步量化油纸绝缘老化现象与回复电压之间的关系,在介绍回复电压法基本原理的基础上,针对实验室内不同老化程度和不同含水量的油纸绝缘系统进行了回复电压试验,并结合现场实测经验,提出了基于回复电压的油纸绝缘老化状态评估方法。结果表明,油纸绝缘老化或受潮会显著降低其极化谱的主时间常数,绝缘固体材料的含水量与主时间常数的对数之间存在定量关系,利用主时间常数可以有效评估油纸绝缘的老化状态。     

聚合物绝缘电热联合老化的陷阱理论和实验验证

基于聚合物电老化陷阱理论和自由基反应动力学,推导出聚合物在电热联合老化条件下的寿命公式,并通过对聚丙烯薄膜的电热联合老化寿命数据和聚乙烯不同温度下电树枝起始电压数据的统计分析,理论公式得到了实验验证。     

聚合物绝缘空间电荷动力学的理论模型与数值仿真研究进展

强电场下聚合物空间电荷动力学过程的物理机制、实验观测及其与电气绝缘特性的关联是高电压绝缘领域的研究热点之一。目前,空间电荷测量技术的信号质量、空间分辨率与测量速度难以满足实际工程需求,而空间电荷动力学数值仿真能提供实验难以获得的数据以及发现规律,判定起主导作用的经典电导模型,有助于揭示绝缘老化机理、指导产品设计、预测服役寿命。该文首先介绍聚合物绝缘空间电荷动力学的基本理论和数学方程的一般形式,梳理2种典型绝缘结构的空间电荷仿真模型,并述评常用数值算法的特点。其次,介绍空间电荷数值仿真在基础电气性能表征、空间电荷包现象模拟以及电树枝老化特性阐释的初步应用。最后,针对空间电荷动力学模型算法的完善、微观材料参数的提取、多尺度仿真路线的提出、大尺寸和多层介质空间电荷的测量问题进行了展望。     

聚合物绝缘电热聚合老化的陷阱理论和实验验证

基于聚合物电老化陷阱理论和自由基反应动力学,推导出聚合物在电热联合老化条件下的寿命公式,并通过对聚丙烯薄膜的电热联合老化寿命数据和聚乙烯不同温度下电树枝起始电压数据的统计分析,理论公式得到了实验验证。     

Electroluminescence technique to evaluate the effect of impulsetests on high voltage cables

EL (electroluminescence) in XLPE (crosslinked polyethylene) subjected to impulses of various amplitudes, shapes and repetition rates has been investigated. Defects that could occur in the polymeric insulation of underground HV cables were simulated by embedding semicon protrusions in XLPE to create highly divergent electric fields. Time resolved measurement of the EL pulses emitted during positive, negative or alternating polarity impulses has shown that the EL pulses are grouped into two distinct time periods between which there is no EL activity. The EL emission probability increased with fall time of the impulse voltage but was independent of the impulse rise time. A study of electroluminescence characteristics from unaged and aged XLPE, subjected to a pair of positive and negative impulses, indicated that the charge trapped in the polymeric insulation during aging plays an important role during impulse application and could affect insulation failure     

交联聚乙烯电缆空间电荷与理化性能的关系

针对高压交联XLPE电缆,通过对未老化、加速老化1年和实际运行30年的电缆绝缘的空间电荷特性、力学性能及理化性能进行研究,分析了老化过程中电缆绝缘空间电荷分布与理化性能之间的关系。结果表明:沿电缆径向由内向外,未老化电缆电荷积累量增加,加速老化1年的电缆电荷积累量呈下降趋势,实际运行30年的电缆电荷积累量上升。结合力学性能及理化分析认为,加速老化电缆绝缘老化起始于绝缘内侧,并且影响到绝缘中间部位;而实际运行30年的电缆绝缘老化起始于绝缘外侧。     

Influence of oil aging on the space charge dynamics of oil‐immersed paper insulation under a DC electric field

The formation of space charge in oil/paper insulation system can lead to material degradation in the region of high electric field. Therefore, it is important to understand the factors that affect space charge formation in oil/paper insulation system. In this paper, the effect of oil aging on space charge dynamics in oil/paper insulation system is investigated using the pulsed electroacoustic (PEA) technique under a DC electric field at room temperature. The ultraviolet/visible (UV/vis) spectrum of the oil shifts to longer wavelengths, and the oil acidity increases as the aging time increases. It has been found that the oil property has a significant effect on the space charge distribution in the oil/paper insulation sample. The more the deterioration of the oil, the larger amount of negative and positive charges accumulated in the bulk of the oil/paper insulation sample. The total amount of slow moving charges, the surface trap energy density, and the electric field distortion of the oil/paper insulation sample increased with the degree of deterioration due to oil aging. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

热老化对纤维素绝缘纸的空间电荷及陷阱特性的影响

为理解变压器用纤维素绝缘纸在其热老化过程中的空间电荷特性演变规律及其影响机制,采用电声脉冲法研究不同老化程度绝缘纸在不同电压等级(30、15和5kV/mm)下的加压和去压后的电荷密度分布规律,分析了绝缘纸热老化程度与其空间电荷特性演变规律间的联系。结果表明:纤维素绝缘纸体内电荷注入量及注入速率与外施电场等级成正比关系。热老化能够降低纤维素绝缘纸空间电荷注入的起始阈值,并减缓绝缘纸体内电荷注入和迁移的速率,从而削弱了体内电荷的复合现象。随着热老化程度的增加,纤维素绝缘纸体内陷阱的分布密度和陷阱能级的深度都将增大,致使材料体内残留电荷不仅总量逐渐增大,而且衰减速率逐渐降低。研究成果为理解热老化对纤维素绝缘纸空间电荷积聚和消散的影响机制提供了理论支撑。     

不同热老化程度油纸绝缘介质在直流电场中的空间电荷特性

为理解油纸绝缘介质的热老化程度与其体内空间电荷特性间的关系,对由#25矿物变压器油和普通植物纤维素绝缘纸组合而成的油浸绝缘纸试样进行加速热老化试验,应用电声脉冲（PEA）法测量了不同热老化程度下试样在直流电场（20 kV/mm）作用时和作用后的空间电荷密度分布图像,讨论了热老化程度对试样内部空间电荷分布及电荷总量的影响。结果表明：随着油浸绝缘纸试样热老化程度的加深,外加直流电场时试样中部空间电荷注入量呈增大趋势,电荷密度到达极值所需时间延长;去压后试样内部积聚电荷消散所需时间明显延长,将致使材料内部场强畸变时间增加。研究得到去压后试样内空间电荷密度极值及电荷总量与消散时间呈现指数衰减关系,可用衰减时间常数τ来表征不同老化状态油纸绝缘的电荷消散能力。该研究成果为进一步评价油纸绝缘介质在不同热老化程度下的空间电荷特性提供了参考依据。     

聚合物绝缘材料表面陷阱与电致发光现象研究

聚合物材料老化前会出现电致发光现象，其紫外分量可能导致材料的劣化。因此电致发光的研究可为分析材料老化和击穿机理提供依据。该文首先基于等温电流衰减理论，设计了材料表面陷阱参数测量装置，实验中采用多针电极对低密度聚乙烯(polyethylene，LDPE)、聚丙烯(polypropylene，PP)和聚四氟乙烯(polytetrafluoroetylene，PTFE)3种材料进行表面充电，记录表面电位衰减并按照等温电流衰减理论计算得到材料表面陷阱参数。结果显示，LDPE的陷阱密度较PTFE和PP大，LDPE和PTFE的电子空穴陷阱分布成对称结构，PP的电子陷阱密度明显大于空穴陷阱密度，这与材料的分子结构的对称性有密切关系。同时基于单光子计数模块设计了微弱发光数据采集系统，对上述材料在真空中交流电压下的电致发光特性进行了测量和分析。材料的陷阱密度对其电致发光特性具有重要的影响，材料的陷阱密度越高，发光越弱，反之则越强。     

固体绝缘材料空间及表面电荷测量方法

积聚电荷的测量对于研究高压绝缘材料介电及绝缘性能方面起着相当重要的作用。近年来,国内外学者对固体绝缘材料内部及表面电荷测量方法进行了大量的研究,并取得了一些有意义的进展。本文对积聚在固体绝缘介质中的空间电荷和表面电荷的测量方法以及需要解决的问题进行综述。     

绝缘纸中空间电荷效应的模拟研究

为明晰空间电荷对油纸绝缘纸板中电场强度的畸变效应、纸板老化状态与空间电荷的作用机制,采用双极性载流子输运模型,对不同老化状态的绝缘纸板中的空间电荷特性进行数值模拟。对于同一老化状态下的绝缘纸板施加直流电压时,纸板中会出现同极性电荷积聚现象,且正极性电荷的分布范围较负极性显著变窄;随着加压时间的增加,纸板中的电场畸变率呈增大趋势。当绝缘纸板老化程度加深时,其陷阱密度和深度均会增加,致使空间电荷在纸板的近电极侧大量积聚,进而削弱纸板和电极边界处的电场强度,加剧纸板内部的场强畸变;且绝缘纸板老化愈严重,空间电荷对电场的畸变作用愈突出,使得绝缘纸板加速老化,容易诱发绝缘击穿故障。研究结果可为变压器油纸绝缘设计提供参考。     

Electroluminescence due to impulse voltage in cable-grade XLPE

Underground power cables in service are inadvertently subjected to impulses generated by lightning and switching surges that are superimposed on the ac voltage at which they operate. HV transients caused by lightning and switching operations not only radiate large electromagnetic fields but also impose additional stresses on the insulation and could initiate deterioration which can continue under normal operating conditions. Electrical breakdown of HV cables is a local phenomenon and electrical aging at local sites in the polymeric insulation occurs by molecular dissociation of the polymer and formation of new chemical bonds. This process usually involves the electronically excited states of the molecules that give rise to radiative phenomena, such as electroluminescence (EL). Analysis of EL can help to clarify the degradation mechanisms that occur at points of electrical stress enhancement and lead to cable breakdown. The EL technique is several orders of magnitude more sensitive than the commonly employed partial discharge detection and can provide a better understanding of the various time dependent mechanisms such as space charge injection, trapping and decay that can lead to insulation failure. The characteristics of EL in crosslinked PE subjected to impulse voltage, are described in this paper. Impulses having the same polarities as the half cycles of the ac voltage on which they are superimposed give rise to the largest number of EL pulses. Also, more EL pulses are emitted when impulses are applied at the peaks of the positive and negative half cycles than at the zero crossing of the ac voltage. This suggests that the amount of charge injected and trapped into the polymer plays a crucial role for EL emission     

绝缘油老化对油纸绝缘介质空间电荷形成及迁移特性的影响

探索绝缘油老化或绝缘纸老化对油纸绝缘介质在老化过程中空间电荷形成及迁移特性的影响,能为有效抑制油纸介质空间电荷的形成提供科学依据。首先在130℃下将绝缘油进行22 d加速热老化,并对其老化状态进行表征;然后通过电声脉冲法测量由不同老化程度绝缘油浸渍的油纸试品,分析在加压、瞬时去压和去压情况下绝缘油老化对油纸试品直流空间电荷动态行为的影响;最后通过计算分析绝缘油老化对油纸试品的空间电荷总量、表面陷阱能级分布和电场畸变率的影响。结果表明:在负极性电源电压下,贴近阳极(铝板)侧绝缘纸层内注入的正电荷密度以及在靠近阳极侧绝缘纸–绝缘纸界面处积聚的负电荷密度均随绝缘油老化程度加深而增大;绝缘油老化越严重,相应绝缘油浸渍油纸试品的空间电荷总量、表面陷阱能级密度和电场畸变率也越大。