高压直流电缆用纳米复合聚乙烯的研究

高压直流电缆运行中的温度梯度效应导致电缆外绝缘层场强严重畸变,降低了绝缘的电气强度和使用寿命。通过添加1%纳米填料制备复合低密度聚乙烯(LDPE)绝缘材料,能有效消弱温度梯度场对LDPE绝缘中场强的畸变特性。同时,添加1%的纳米填料,不但未改变LDPE的直流击穿强度,且体积电阻率略有增加。     

纳米粒子改性聚乙烯直流电缆绝缘材料研究(Ⅱ)

在电缆聚乙烯材料中添加一种新型纳米粒子可以有效改善材料中的空间电荷积聚,提高其直流击穿强度和体积电阻率。为深入了解此纳米粒子作用机理,基于电声脉冲法(PEA)和充电-放电电流法,分别测量了在不同温度下、不同纳米含量时聚乙烯纳米复合材料的极化/去极化特性。用PEA方法得到不同温度下材料的平均电荷体密度、视在迁移率和陷阱深度,结果表明,20～40°C下,纯聚乙烯及聚乙烯纳米复合材料试样内的陷阱以浅陷阱分布为主;80°C下,当聚乙烯中纳米粒子质量分数>3%时,会增加复合材料陷阱深度。用充电-放电电流法计算得到材料的迁移率,可知在20～60°C内,不同试样迁移率的变化主要由纳米粒子和温度共同作用产生,而在60～80°C内,迁移率的变化则是温度起主要作用。分析认为,电荷输运受到陷阱与温度的影响是导致电阻率变化的主要原因,而在温度梯度场下,聚乙烯纳米复合材料电阻率的正温度系数趋势是抑制材料内空间电荷积聚的主要原因。     

高压直流塑料电缆绝缘用纳米改性交联聚乙烯中的空间电荷特性

为发展国产高压直流(HVDC)塑料电缆绝缘材料,削弱直流电缆运行中温度梯度效应对电缆绝缘中电场强度的畸变,针对国产纯交联聚乙烯(XLPE)、自行研发的纳米改性XLPE以及从国外进口的高压直流用XLPE等3种材料的试样进行了研究。利用电声脉冲(PEA)法和电阻率测量系统,测量了3种XLPE试样在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下的空间电荷特性和电阻率特性。研究结果表明:在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下,纳米改性XLPE试样在加压过程中的体内积聚电荷量最少、短路后残余电荷量较少;随着温度升高,3种XLPE试样的体积电阻率均呈下降趋势,但自行研发的纳米改性XLPE试样的体积电阻率在测试的高低温范围内始终最高,且比纯XLPE试样高出约1个数量级。因此认为在所测试的3种XLPE试样中,自行研发的纳米改性XLPE材料在测试温度范围内能最好地抑制空间电荷,拥有最高的体积电阻率。     

纳米氧化锌/聚乙烯复合材料中空间电荷及体积电阻率的研究

以溶融共混法制备了纳米氧化锌(ZnO)/低密度聚乙烯(LDPE)的复合材料,采用电声脉冲法和高阻计法分别测量了不同纳米ZnO含量试样中的空间电荷分布和体积电阻率。实验发现,试样中的空间电荷分布明显不同于纯聚乙烯。当试样中纳米ZnO含量为0.5%时,短路过程中空间电荷衰减很快;当纳米ZnO含量进一步提高时短路过程中空间电荷衰减比纯聚乙烯的缓慢。同时发现加入纳米ZnO后复合材料的体积电阻率上升。讨论了纳米ZnO对试样中空间电荷形成和导电机理的影响。     

用于高压直流电缆的纳米复合聚乙烯绝缘材料研制成功

将某种1％含量的纳米填料加入电缆绝缘用聚乙烯基料中,该纳米填料经特殊工艺处理后,仅需通过机械共混法就能均匀地分散在聚乙烯基料中,因此可用于大规模工业生产。聚乙烯中加入1％的纳米填料不仅能有效降低聚乙烯电阻对温度的依赖性,消除直流电压作用下由于导体温升引起的温度梯度场对聚乙烯绝缘电阻以及场强畸变特性,而且能大幅度提高电极上电荷注入阈值场强,     

基于国产交联聚乙烯绝缘材料的直流模型电缆电性能研究

为更有效模拟电缆的构造及生产过程,针对优选的国产低密度聚乙烯绝缘基料(以下简称LDPE试样),采用热贴合方法将LDPE试样(含交联剂)分别与两种已在直流电缆中应用的屏蔽料试样(均含交联剂)制备成薄片试样,开展在高场强不同温度下的空间电荷特性对比研究,优选一种适于国产基料的屏蔽料。在此基础上,试制了基于国产绝缘料的直流模型电缆,经脱气处理后开展模型电缆空间电荷测量及直流击穿实验,评估国产绝缘料作为直流电缆绝缘料的可行性。结果表明:采用国产绝缘料和与之兼容的半导电屏蔽料可以满足高压直流电缆的绝缘性能要求。     

纳米碳化硅/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷分布特性

空间电荷的积聚会引起局部电场的畸变,从而引起局部放电(PD)和电树枝的产生与发展,成为导致聚合物绝缘性能降低的重要因素。针对此问题,采用电声脉冲(pulsed electro-acoustic,PEA)法研究了利用不同偶联剂(包括KH-560偶联剂和A-171偶联剂)进行表面改性后的纳米SiC添加到低密度聚乙烯(LDPE)中所制备得到的SiC/LDPE复合材料的空间电荷分布。实验结果表明,纳米SiC粒子与LDPE本体之间的界面是陷阱的主要来源,添加纳米粒子对同极性电荷的注入具有一定的抑制作用;而偶联剂对陷阱的性质和能级有重要的影响,不同复合材料的空间电荷分布是不同的,KH-560SiC/LDPE复合材料中存在大量正极性亲和性的深陷阱,而A-171SiC/LDPE复合材料中则分布大量正极性亲和性的浅陷阱,从而影响载流子迁移,改变原有LDPE的介电性能。分析认为此现象源于不同偶联剂的分子结构差异,含有不对称侧链和端基的KH-560偶联剂更容易产生深陷阱,而含有烯烃结构的A-171偶联剂则容易产生浅陷阱。     

高压直流电缆用低密度聚乙烯的结构与电气性能分析

低密度聚乙烯的分子结构是影响高压直流电缆电气性能的关键因素。本文选取了进口和国产的高压直流电缆用绝缘料,通过凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振谱从结构上研究聚乙烯基料的分子量分布、碳碳双键含量和支化度;从宏观上分析材料的电气性能和加工流变性能,并探讨聚乙烯的结构特性对其电气和流变性能的影响机制。结果表明:进口绝缘料的分子量分布较窄,端基双键含量高,长链支化度高,在高温下的绝缘性能较好,50℃下的直流击穿场强比国产绝缘料高约36%,且在40 kV/mm直流场作用下其内部未发现异极性空间电荷。聚乙烯分子量分布窄,分子内部晶点(大分子或超大分子等杂质)较少,有助于抑制异极性空间电荷。聚乙烯支化度较高,分子链间缠结点较多,使得材料在高温下的稳定性较好。     

低密度聚乙烯纳米复合材料中空间电荷积聚对试样厚度的依赖性

低密度聚乙烯（LDPE）纳米复合材料的厚度从μm级到cm级不等,差异极大。为此,研究了LDPE纳米复合材料中空间电荷的积聚对其厚度的依赖性。基于已有的LDPE纳米复合材料,采用电声脉冲（PEA）法测量了不同厚度的无掺杂LDPE及掺杂有纳米填料的LDPE纳米复合材料在50kV/mm电场强度下的电荷积聚特性。发现无掺杂LDPE中电荷积聚不随试样厚度发生明显变化;而LDPE纳米复合材料中电荷积聚对试样厚度有明显的依赖性：试样厚度越厚,异极性电荷的抑制效果越好。根据以上实验现象,以双极子模型为基础、结合陷阱势能理论进行仿真,探讨了无掺杂LDPE中异极性电荷的形成机理,指出纳米填料不仅作为陷阱中心而且作为复合中心直接影响着试样中空间电荷的积聚特性,2种材料不同的厚度依赖性是由于复合作用的强度不同而造成的。     

抗氧剂对聚乙烯电缆直流介电性能的影响

为研究抗氧剂对聚乙烯(LDPE)绝缘电缆直流介电性能的影响,通过熔融共混制备了4种质量分数为0.3%的抗氧剂聚乙烯复合材料,在恒定的场强下,测试电导率随温度的变化,利用电声脉冲法(PEA),测试各试样中空间电荷的分布,并测量室温直流击穿特性。结果表明,添加抗氧剂300的LDPE试样中空间电荷量较少;在低场强下,添加抗氧剂300的LDPE对温度的依赖性较小,表现出良好的电导特性,在场强较高时,抗氧剂1010聚乙烯复合材料表现出良好的电导特性;抗氧剂聚乙烯复合材料的直流击穿强度比聚乙烯的直流击穿强度高。     

高压直流电缆聚乙烯绝缘材料研究现状

聚乙烯类材料因其优异的介电性能被广泛应用于高压直流电缆绝缘。直流电缆运行过程中,绝缘材料电导率随温度梯度变化和直流电场下空间电荷的积聚而变化,导致绝缘材料内部电场畸变,是目前高压直流聚乙烯电缆绝缘发展面临的严峻问题。该文通过综合国内外研究,论述了高压直流电缆聚乙烯绝缘材料的研究进展,分析了改性聚乙烯绝缘材料的介电性能和作用机理,最后展望了高压直流聚乙烯绝缘材料的发展趋势。研究结果表明,纳米掺杂改性能够有效抑制聚乙烯绝缘材料内部空间电荷的积累,改善聚乙烯绝缘材料直流电导率的温度特性;共混改性生产免交联的聚乙烯绝缘材料能够提高其介电性能;电压稳定剂能提高聚乙烯绝缘材料的耐电树枝性能,具有良好的发展前景;超纯净聚乙烯绝缘材料是高压直流聚乙烯电缆绝缘材料研发的基础和重点。这些研究成果的总结可为未来高压直流电缆聚乙烯绝缘材料的研究和发展提供参考。     

母料制备环境洁净度对高压直流电缆绝缘材料性能的影响

分别在非超净环境和百级超净环境中制备洁净度不同的两种直流电缆绝缘母料,通过高压电缆绝缘料生产线分别制备非超净直流绝缘料和超净直流电缆绝缘料,对比分析两种直流绝缘料的洁净度、空间电荷、不同温度下的体积电阻率以及直流击穿强度。结果表明:直流电缆绝缘母料制备环境洁净度直接影响着直流电缆绝缘料的洁净度,并对直流电缆绝缘料的空间电荷、不同温度下的体积电阻率和直流击穿强度有较大的负面影响。     

茂金属聚乙烯改性低密度聚乙烯中空间电荷的机理研究

针对高压,超高压直流塑料电缆中存在的空间电荷效应,文中选用与普通低密度聚乙烯(LDPE)化学结构相似的茂金属聚乙烯(MPE)作为成核剂与LDPE共混,用电声脉冲法(PEA)测量了共混物的空间电荷特性,以差示扫描量热法(DSC)研究了共混物的非等温结晶行为,用高阻计测量了共混物的体积电阻率的变化,结合聚合物的结晶和导电理论,讨论了共混物中空间电荷的形成和抑制机理。测试结果表明:1%的MPE与LDPE共混,能有效降低LDPE中空间电荷效应,提高结晶温度,降低体积电阻率。     

交联聚乙烯高压直流电缆的研究现状与发展

介绍了高压直流电缆的发展历史、运行中存在的问题以及目前国内外对交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆的研究现状,提出了国内发展XLPE高压直流电缆的建议。     

纳米MgO掺杂聚乙烯中空间电荷行为的研究

介绍了采用电声脉冲法测量纯低密度聚乙烯以及氧化镁／低密度聚乙烯（MgO／LDPE）纳米复合介质中的空间电荷,讨论了不同含量的MgO以及不同型号LDPE作为基础材料对复合介质内空间电荷分布的影响。实验结果表明：随着直流电场的增加,在纯聚乙烯中产生电荷注入现象,且随着加压时间的增加,注入的同极性电荷有向另一电极移动的趋势。少量的MgO可以有效抑制复合介质中的空间电荷注入,随着MgO含量的增加,对复合介质的空间电荷注入抑制效果逐渐减弱。     

电压稳定剂修饰纳米SiO2提升低密度聚乙烯直流电气特性的研究

该文制备了苯偶酰型电压稳定剂和硅烷偶联剂改性的SiO2纳米粒子,与未改性的纳米粒子分别添加到低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)中,得到3种纳米复合材料.研究发现,电压稳定剂改性的SiO2纳米粒子在LDPE中的分散性最好,可提高纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率.3种纳米粒子的加入...     

320kV交联聚乙烯直流电缆用国产基料选型研究

目前,320 kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)直流电缆是已投运的最高电压等级的柔性直流电缆。XLPE高压直流电缆是柔性直流输电系统的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘基料国产化具有重要意义。该文测量与评估了多种国内知名厂家生产的绝缘基料的直流击穿电场强度、空间电荷特性与直流电导率,对比国外超净基料、绝缘材料(超净基料+2%交联剂)对应电性能指标,优选出了两种国产基料,确定了320kV XLPE直流电缆绝缘料用基料国产化的可行性。最后,详细研究了国产基料直流电导率参数,确定了适合于国产基料的电导率拟合函数。