低密度聚乙烯基料链结构对黏弹特性的影响

高压电缆向高电压等级和大长度的发展，对交联聚乙烯绝缘料的加工性能提出了更高的要求。绝缘料的加工性能和电缆绝缘成型质量主要受低密度聚乙烯（LDPE）基料黏弹特性影响，基料的黏弹特性取决于其链结构。然而，由于LDPE基料分子链支化结构复杂，难以建立单一的链结构参数与黏弹特性的关联，因此精准地获得LDPE链结构特征对黏弹特性的影响对电缆绝缘优化升级至关重要。该文采用制备型升温淋洗分级工艺，对管式法LDPE和釜式法LDPE进行分级得到具有不同平均分子量的级份，采用凝胶渗透色谱法和旋转流变仪表征原料和级份的链结构参数及黏弹特性。结果表明，长链支化结构相似时，重均分子量越大，分子链间越容易产生缠结，黏度和模量越高，剪切变稀现象发生频率越低；重均分子量接近时，零切黏度与长链支化度具有非单调关系，过高的长链支化度会削弱分子链间的物理缠结，导致零切黏度降低。基于LDPE黏弹特性构效关系，结合电缆挤出成型工艺，设计更为适宜的基料黏弹特性参数，以此优化调控LDPE的链结构，是未来高端电缆绝缘材料研发的方向。     

温度对高压电缆绝缘低密度聚乙烯基料黏度特性的影响

高压电缆绝缘料挤出加工过程对高压电缆质量至关重要,电缆绝缘低密度聚乙烯基料的黏度特性及其温度稳定性决定了电缆绝缘料的挤出加工特性。本文选取了3种不同牌号的电缆绝缘料,进行醇洗得到低密度聚乙烯基料,采用凝胶渗透色谱仪测试低密度聚乙烯基料的分子链结构,使用旋转流变仪测试不同温度下（120～150℃）低密度聚乙烯基料的黏度特性。结果表明：随着温度的升高,低密度聚乙烯基料的剪切变稀行为愈发明显,复数黏度及零剪切黏度受重均分子量及其分布的影响;粘流活化能随剪切速率的增大而减小,在剪切速率为0.01～100 rad/s内,其值在低频区为20～30 kJ/mol,在高频区为9～16 kJ/mol,与支化度、重均分子量及其分布的协同作用密切相关。     

低密度聚乙烯/乙丙橡胶双层介质的界面空间电荷特性EI北大核心CSCD

多层介质复合绝缘结构的物理界面往往比介质本体更容易积累空间电荷,进而发生绝缘劣化,因此被认为是绝缘当中的薄弱点。通过对低密度聚乙烯/乙丙橡胶双层介质的高场电导特性和空间电荷分布测试,分析了界面空间电荷的形成机制和影响因素。结果表明:低密度聚乙烯/乙丙橡胶双层介质的界面空间电荷由Maxwell-Wagner(M-W)极化引起的极化电荷和阴极注入的电子电荷共同组成。由于低密度聚乙烯和乙丙橡胶的电导率的电场依赖性不同,导致界面极化电荷的极性和电荷量均随外施电场的升高而变化;阴极注入的电子在外施电场的作用下向阳极迁移,通过界面进入乙丙橡胶中后被其表面的深陷阱捕获,形成负极性界面电荷的积累,导致实际的界面空间电荷特性偏离M-W极化模型的计算值。     

受阻酚抗氧剂对交联聚乙烯绝缘料交联流变特性的影响

交联聚乙烯（XLPE）绝缘料的交联流变特性可以反映绝缘料挤出过程中的过早交联现象和加工性能。绝缘料中的受阻酚抗氧剂不仅可以抑制挤出过程中的热氧化和降解,还可以有效地捕获自由基来抑制交联反应,从而改善聚乙烯熔体的加工性能。通过制备不同受阻酚抗氧剂种类和不同含量的绝缘料,测试140℃下剪切作用中绝缘料的扭矩与温度的变化,研...     

受阻酚类抗氧剂对交联聚乙烯力学性能的影响

选择三种受阻酚类抗氧剂1010、1076、1035,分别考察其含量对过氧化物交联低密度聚乙烯（LDPE）热老化前后力学性能的影响,测试不同交联体系的凝胶含量。研究表明,三种受阻酚类抗氧剂均对LDPE的力学性能产生一定的影响,与没有添加抗氧剂的交联聚乙烯相比,其断裂伸长率均降低;添加1076的体系抗拉强度有所提高,而添加1010和1035的体系抗拉强度较小提高;当抗氧剂含量〈0．7％时,其对交联聚乙烯的凝胶含量影响不大。老化试验结果表明,抗氧剂含量较低（〈0．2％）时,交联聚乙烯耐热老化性能恶化,试样严重变形;当抗氧剂舍量较高时,热老化性能有所提高。     

助交联剂对过氧化物交联聚乙烯绝缘料性能的影响

针对目前传统化学交联绝缘料中交联剂含量过高的问题,通过添加助交联剂制备过氧化物交联聚乙烯绝缘料,探讨助交联剂对材料凝胶含量、焦烧性能、热延伸、力学性能及介电性能的影响,分析助交联剂的交联机理,并对含助交联剂的绝缘料、传统绝缘料和进口绝缘料进行性能对比测试。结果表明:助交联剂的加入可以明显降低过氧化物交联剂的用量,并使绝缘料保持良好的力学性能、热延伸、凝胶含量和抗焦烧性能,有助于提高绝缘料和电缆的生产效率。由于制备的绝缘料在硫化交联过程中产生的极性交联副产物减少,使得绝缘料的介电性能有所提升。助交联剂的加入可以提高过氧化物自由基寿命和聚乙烯的交联效率,延长绝缘料的焦烧时间,提高绝缘料及电力电缆绝缘的生产效率。含助交联剂的绝缘料与传统化学交联绝缘料的性能相当,可满足电力电缆绝缘的性能指标要求。     

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。     

220kV交联聚乙烯电缆绝缘料性能对比研究EI北大核心CSCD

为实现220kV及以上等级交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘料研发,须对其基础树脂和成品料主要性能做出完整评价,并对比其与进口材料的差异。该文阐述国产220kV电缆绝缘料配方体系和生产工艺设计原理。以进口同等级绝缘料作为对比,通过萃取进口材料交联剂获得可供测试的提纯树脂,对比测试国产与进口绝缘料基础树脂的大分子结构和流变性能;对比分析国产与进口绝缘料XLPE的交流电气性能、热氧老化性能和交联性能。结果表明:国产基础树脂在分子量及分布、支化度、化学成分及流变性能上均与进口同等级电缆料基础树脂相近;国产220kV XLPE绝缘材料在击穿强度上与进口材料持平,且相比原始基础树脂在击穿性能上有所提高,介电损耗性能上优于进口材料;国产XLPE热氧老化性能、交联度和交联反应效率上优于进口材料,抗预交联性能上与之持平,国产材料相对更优的抗氧化性能导致交联剂用量偏大,交联反应产气量相对较大,但达到饱和脱气所需时间基本一致。     

氧气浓度对低密度聚乙烯直流老化电特性的影响

为研究氧气浓度对绝缘材料直流老化过程的影响,将低密度聚乙烯(LDPE)置于纯氮气、空气、纯氧气3种不同的氧气浓度气氛下进行直流老化,并利用电声脉冲法测量LDPE老化试样的空间电荷特性。结果表明:100 h直流老化条件下更高的氧气浓度可以降低陷阱平均深度,提高空间电荷迁移率。测量老化100 h后试样的电特性,发现高氧气浓度能够增大试样的体积电阻率和正极性直流击穿电压,且随着氧气浓度的增大,击穿电压呈U形击穿特性。     

冷却介质对低密度聚乙烯空间电荷输运特性的影响

低密度聚乙烯是高压电力电缆的主要绝缘材料,空间电荷被认为是影响电力电缆绝缘安全可靠性的关键因素之一。为此,选用冰水、空气和硅油3种不同冷却方式对聚乙烯试品进行淬火处理,采用电声脉冲法测量系统对聚乙烯试品中空间电荷的消散特性进行了测试,并结合阶梯式升压试验测定空间电荷阈值场强,根据空间电荷限制电流理论推导出总电荷量与电荷迁移率,采用差示扫描量热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性。试验与分析结果表明:硅油冷却聚乙烯电荷视在迁移率大于冰水、空气冷却试样;3种试样中,硅油冷却聚乙烯结晶度较高,晶粒尺寸分布较均匀,阈值场强较高,而冰水冷却聚乙烯结晶度、晶粒分布均匀性与阈值场强较低。     

等温松弛电流法在高压交联聚乙烯绝缘交流电缆状态评估中的应用EI北大核心CSCD

为探讨等温松弛电流法在高压交流(HVAC)电缆状态评估中应用的可行性,采用等温松弛电流法(IRC)对未老化和运行13 a的国产110 k V高压交联聚乙烯(XLPE)交流电缆进行了老化评估,并研究了直流电场下电缆绝缘切片的空间电荷分布,分析了绝缘内部的陷阱分布、松弛机理和绝缘状态的关联性。结果表明,未老化高压电缆的老化因子>1.89,绝缘切片样品表面区域存在明显的异极性空间电荷积累,残留在高压电缆内部的交联副产物以深能级陷阱形式存在,并与等温松弛电流中的第3类松弛相对应。运行13 a的高压电缆的老化因子明显高于未老化电缆的老化因子,且其绝缘切片表面区域的异极性空间电荷积累量和切片内部的最大电场畸变率增大,与等温松弛电流法提取的老化因子变化规律相同。因此老化因子可作为高压交流电缆绝缘老化状态的评估参数。     

冷却介质对低密度聚乙烯电树枝老化特性的影响

低密度聚乙烯是电力电缆的主要绝缘材料,电树枝生长特性分析是评估电缆绝缘性能的基础。为此选用冰水、空气和硅油3种不同介质对聚乙烯进行淬火处理,采用针板电极设计出试样的电树枝生长实验系统,通过实时数字显微摄像系统对试样中电树枝生长过程进行了观测,采用差示扫描量热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性,采集了试样的局部放电数据并对数据进行了统计分析。试验与分析结果表明:硅油冷却聚乙烯电树枝增长速度与扩散系数均小于冰水、空气冷却试样;3种试样中,硅油冷却聚乙烯结晶度最高,晶粒尺寸分布最均匀,放电量与放电重复率较低;冰水冷却聚乙烯结晶度最低,放电量与放电重复率较高。     

电极材料对低密度聚乙烯中空间电荷的影响

用电声脉冲法(PEA)测量了不同电极材料对低密度聚乙烯(LDPE)中空间电荷的影响。电极材料为常见的金属,如:铝、含铅黄铜、含锌黄铜和紫铜。实验发现不同电极材料均有空穴和电子注入;并且在实验条件下电极功函数越高越容易注入空穴,功函数越低越容易注入电子;铝(+)/紫铜(-)电极系统能有效减少聚乙烯中的空间电荷注入,进而抑制因空间电荷聚集引起的局部场强过高。     

多元受阻酚抗氧剂对交联聚乙烯绝缘直流击穿行为的影响

受阻酚型抗氧剂常用于XLPE绝缘中的主抗氧剂以提升其加工特性和长时电气特性，为了深入探讨受阻酚抗氧剂对XLPE绝缘直流击穿行为的影响，本文制备了两种含有不同多元受阻酚抗氧剂的XLPE绝缘试样，并对其性能进行测试。结果表明：添加受阻酚抗氧剂可以明显提升XLPE绝缘的电气强度与击穿稳定性，这是由于添加受阻酚抗氧剂能够向XLPE绝缘中引入深陷阱，提高了陷阱密度，但是两种多元受阻酚抗氧剂引入的深陷阱能级与类型不同，因此对XLPE绝缘电气强度的提升程度不同；此外，添加受阻酚抗氧剂有利于提高XLPE的结晶度与结晶均匀性，但影响并不明显。     

大伞裙结构对复合绝缘子积污特性的影响EI北大核心CSCD

为了探究在不同部位改装大伞裙对复合绝缘子积污特性的影响,以FXBW4-110/100型复合绝缘子为基础原模型,构建3种大伞裙结构模型。采用COMSOL Multiphysic对4种绝缘子模型进行积污特性数值模拟,对比分析其附近流场和电场分布差异,探究其在不同风速、粒径、和电压类型下绝缘子表面的积污规律。结果表明:在适当部位改装大伞裙可以改变复合绝缘子近壁区域的流场分布;当所改装的大伞裙尺寸相对较小且片数较少时,复合绝缘子附近的直流电场强度分布几乎不发生变化;同一污秽颗粒粒径下,随风速的增大,积污量呈上升趋势;直流电压作用下,复合绝缘子始末端改装大伞裙即模型I,在低风速时积污量为原模型的75%~95%,且随着风速的增大,积污量差距先增大后减小;交流电压作用下,模型I的积污量以原模型积污量为基值上下浮动,而模型II和模型III在1~3 m/s时的积污量约为原模型的50%~90%。     

低密度聚乙烯与有机硅共混和接枝改性对性能的影响研究

为了改善低密度聚乙烯(LDPE)电缆料的性能,采用聚硅氧烷与LDPE物理共混及化学接枝两种方法对其进行改性。用红外光谱证明了接枝反应的存在,用电子扫描显微镜分析了共混与接枝后LDPE环境应力开裂的断面形态。研究结果表明：除示性电压、流动性外,化学接枝聚硅氧烷后的LDPE在耐环境应力开裂性、断裂强度、伸长率、击穿场强等方面均比与聚硅氧烷物理共混后的聚乙稀好。     

芳香族化合物含量对交联聚乙烯绝缘电树枝及局部放电特性的影响

为研究芳香族化合物(aromatic compounds,ACs)添加剂含量对交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘电树枝劣化与局部放电特性的影响,制备了含有不同含量ACs添加剂的XLPE绝缘,探究了其在交流电压下电树枝生长形貌与局部放电特性。研究结果表明：ACs添加剂减弱了XLPE绝缘局部放电强度,抑制电树枝生长速率,增强绝缘耐电树性能,提升工频击穿场强;但过高的含量会使XLPE绝缘耐电树特性和击穿场强均出现下降趋势。基于密度泛函理论计算了ACs添加剂的静电势分布与激发态能级,表明此类添加剂利用局部放电产生的紫外波段能量引发夺氢反应,促进绝缘低密度区内的聚乙烯分子链进行再交联反应,形成网状分子链结构,阻止绝缘低密度区扩大,进而抑制绝缘电树枝劣化。     

电场对无机纳米、微米氧化硅/低密度聚乙烯复合材料慢极化特性的影响

通过双溶液共混法制备纳米氧化硅(Nano_SiOx)/低密度聚乙烯(LDPE)和微米二氧化硅(Micro_SiO2)/LDPE复合介质,并用扫描电子显微镜观察复合材料的分散状态。采用时域法对复合介质的界面极化特性进行测量分析。利用电流计KEITHLEY6517A采集试样在2×106～2×107V/m的直流场强预压后的放电曲线,将随时间变化的电流数据进行傅立叶变化从而可以得到ε′_ε∞和ε″在低频部分的值。研究复合介质的损耗发现,随着电场的升高,介质的极化强度增大,介质极化机理会发生改变,并且极化峰值所在的位置比复合材料的低。     

高压电缆阻水缓冲层的白斑现象及析氢腐蚀机理EI北大核心CSCD

近年来,高压电缆中的电化学腐蚀诱发了多起本体击穿故障,造成了重大的经济损失。这种故障的特点是击穿的电缆中的缓冲层上有明显的白斑,然而,产生这种故障的机理尚未明确。针对这一问题,该文研究不同样本中白斑的成分,并用电化学手段定量分析白斑产生的过程,并研究白斑产生的电化学机理。首先,通过红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线能谱(energy dispersive spectrometer, EDS)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析事故现场白斑的化学成分和形貌。随后,在实验室培养了白斑,分析其化学成分,并把结果与事故现场的分析结果进行对比。通过对比FTIR和EDS结果可以发现,故障电缆和实验室培养的白斑的主要成分都是氢氧化铝,根据相应的电化学反应方程,可认为这是一种在交流电场下的析氢腐蚀现象。通过对腐蚀副产物氢气的浓度检测,水分、电流密度和是否含有阻水粉等会影响腐蚀速率。根据电化学分析,聚丙烯酸钠在腐蚀初期吸收水分,加速了腐蚀;而在腐蚀过程中,其与铝离子络合形成不吸水的络合物,反而抑制了腐蚀,但增加了缓冲层的电阻率,这可能会导致局部过热。最后提出了白斑产生的电化学机理,该研究可为高压电缆的腐蚀检测和新的缓冲层设计提供理论依据。     

伽马射线对低密度聚乙烯的空间电荷陷阱特征影响

为研究伽马射线辐照后的低密度聚乙烯材料在直流电场作用前后的空间电荷形成和衰减的陷阱特征,在60Co伽马射线的辐照源下得到最大辐照剂量为50 kGy的聚乙烯样品,利用电声脉冲法测量其空间电荷分布,进而提出了一种离散陷阱分布模型来解释射线辐照的空间电荷衰减特征。结果表明:在阴极附近出现异号的正电荷积累并随着辐照剂量增加而增加;分析认为射线辐照后样品出现的异号正电荷是由于材料发生了化学变化(氧化)而导致更深能级陷阱的产生;同时,利用所提出的模型计算了陷阱的能级深度和陷阱密度参数,并分析了它们与辐照氧化的微观机制。由陷阱能级和陷阱密度围成的曲线族变化可作为材料辐照老化的特征参量。