硅橡胶在不同电晕老化阶段下的表面电荷对沿面闪络的影响

为深入探究硅橡胶电晕老化后的表面电荷变化及其对沿面闪络的影响,首先通过多针–板电极对硅橡胶试样进行电晕老化。通过测量不同老化时间下硅橡胶的表面电荷分布以及一定老化时间下硅橡胶在外加电压为零至闪络过程中的表面电荷分布,探究了硅橡胶在不同老化阶段的表面电荷变化以及电晕老化后硅橡胶的沿面闪络。最后通过热刺激电流试验、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱分析方法研究试样在电晕老化过程中微观电特性与物化缺陷的变化,并讨论了电晕老化后硅橡胶的陷阱特性对其表面电荷的影响。研究结果表明:随着电晕老化时间的增加,硅橡胶的陷阱能级加深、陷阱电荷量增加,同时硅橡胶表面俘获载流子能力增强、表面电荷增多;随着外加电压的提高,硅橡胶的表面电荷最大值逐渐向两电极间距离最小处移动,直至局部放电贯穿两电极,发生闪络。因此可知,随着电晕老化时间的增加硅橡胶的表面带电能力增强,表面电荷引发的局部放电更剧烈,是导致硅橡胶闪络电压降低的原因。     

高温硫化硅橡胶电晕加速老化试验参数研究

为得到合理的硅橡胶实验室电晕加速老化试验参数,文中通过构建气压湿度可调的硅橡胶电晕加速老化试验平台进行电晕老化试验,并对不同气压、湿度和老化时间的试样做扫描电镜分析(SEM)和沿面闪络试验。研究结果表明:气压100 kPa、相对湿度90%时的起晕电压最高,为了保证各工况下均能发生稳定的电晕放电且又不会改变放电形式,最终将外施电压确定为10kV。同时,为保证各种工况下老化到tend时均能发生严重的老化,选择放电功率最低的工况气压100 kPa、相对湿度90%,并根据SEM试验结果确定了代表材料老化从量变到质变的典型阶段,老化取样时刻为100 h(孔洞)、400 h(裂纹)和800 h(絮状覆盖,湿闪电压下降50%),老化结束时间为800 h。     

基于正交试验的复合绝缘子电晕老化特性

为研究气压、湿度及老化时间对硅橡胶复合绝缘子电晕老化过程的影响,首先构建气压、湿度可调的硅橡胶电晕加速老化试验平台,采用正交试验法开展了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(TSC)测试、扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)测试。基于陷阱电荷量的极差结果表明:气压水平的变动对陷阱电荷量的影响最大,其次是湿度和老化时间;同时,通过TSC和SEM分析发现,低气压下,湿度越高,试样的陷阱电荷量越多,且老化时间越长,湿度的影响越显著;随着气压的升高,湿度对陷阱电荷量的贡献逐步减少,而与老化作用时间有关,老化时间越长,试样的陷阱电荷量越多。同时,通过TSC测试、SEM和FTIR测试得到的老化程度排序结果并不一致,而TSC测试结果能够更全面地体现由于材料物化缺陷而导致的电晕老化特性。因此,可将TSC测试结果作为老化程度的有效判据。     

绝缘油对高温硫化硅橡胶电晕老化特性的影响

为了获取硅橡胶复合绝缘材料与油长期电晕老化等关键试验数据,研制长寿命、高可靠性的油浸式复合套管,对未吸油和吸油达到饱和的高温硫化硅橡胶进行电晕老化试验,研究不同老化程度下绝缘油对硅橡胶物理、化学以及电气性能的影响。首先,观察了不同老化阶段硅橡胶试样表面宏观形貌的变化,并采用扫描电镜对电晕老化后硅橡胶试样的表面微观形态进行分析;然后采用红外光谱仪分析了绝缘油渗入对硅橡胶电晕老化后内部化学结构的影响;最后通过试样表面的静态接触角和沿面闪络电压测试分析了绝缘油渗入对硅橡胶试样电晕老化后憎水性和沿面闪络特性的影响规律。结果表明:绝缘油的渗入会加速高温硫化硅橡胶的电晕老化过程,新生成的醛类和酸类化合物会加剧硅橡胶主链和侧链的断裂,使表面微观孔洞更加明显,导致憎水恢复性变差,闪络电压降低。     

高岭土染污硅橡胶电晕老化后的沿面闪络电压研究

为了研究染污复合绝缘子的电晕老化特性,选取复合绝缘子用高温硫化硅橡胶为研究对象,对高岭土染污硅橡胶试样进行不同湿度下的电晕老化,研究高岭土浓度、老化时间和湿度对硅橡胶电晕老化后闪络电压的影响。并结合老化试样的憎水性测试结果,分析了老化硅橡胶沿面闪络电压变化的原因。结果表明:由于受到污秽层被电晕放电产生的高能粒子击散程度的影响,环境湿度的增加会使染污硅橡胶老化后的憎水恢复性下降,闪络电压变化幅度较大;污秽浓度的增加会使老化硅橡胶的憎水恢复性下降,但污秽浓度和老化时间对闪络电压的作用主要受到污秽层是否含有可溶性盐的影响,盐分能够掩盖污秽浓度和老化时间对闪络电压变化趋势的影响。     

电晕强度对HTV硅橡胶陷阱特性的影响

高温硫化(HTV)硅橡胶因具有优异的憎水性、憎水迁移性、憎水恢复性及其它显而易见的优越性而被广泛用作电力系统中合成绝缘子的外绝缘材料。为此,采用热刺激电流(TSC)技术对HTV硅橡胶在不同电晕强度老化后的陷阱特性进行了系统的试验研究,同时观测了硅橡胶在相应老化阶段表面形态的变化。试验结果表明,在不同的老化阶段,硅橡胶的陷阱特性变化呈现出不同的特点。随着电晕强度的增加,陷阱电荷量总体上呈增多趋势;在电晕作用时间较短时陷阱能级随电晕强度的增加而产生较小的变化;在电晕作用时间较长时,陷阱能级在电晕强度达到一定值时将被加深,之后随电晕强度的增加而逐渐变深。结合硅橡胶的扫描电子显微镜(SEM)结果,分析可知,电晕强度及电晕作用时间通过影响轰击硅橡胶表面的带电粒子的能量和持续时间,对其表面形态产生作用,进一步地引起硅橡胶陷阱分布特性的变化。     

电晕放电老化对高温硫化硅橡胶材料陷阱特性的影响

随着运行年限的增加,在役复合绝缘子的老化现象逐渐凸显,严重影响电力系统的安全。为此,首先针对在不同电晕强度(电压和时间)下老化后的高温硫化(HTV)硅橡胶试样,研究了材料表面陷阱特性、表面微观形貌(SEM)和元素特性(XPS)的变化规律,然后分析了不同年限的在役复合绝缘子伞裙材料的陷阱特性。研究表明,随着电晕电压或老化时间的增加,电子和空穴陷阱密度不断增加,最后趋向饱和水平。SEM和XPS分析结果表明,老化后材料表面出现大量孔洞等缺陷,强极性基团数量增加,分别作为物理和化学陷阱对陷阱特性产生影响。对于现场复合绝缘子伞套材料,其电子和空穴陷阱密度也呈现随运行时间增加而增长的类似规律,其中空穴陷阱密度规律性好,重复性强,有望成为一种评价复合绝缘子材料老化的新型定量表征参数。     

硅橡胶绝缘裂纹缺陷的等离子体修复研究

为研究等离子体技术在电力设备绝缘缺陷修复方面的应用效果，本文开展了电缆终端硅橡胶绝缘裂纹缺陷的等离子体修复研究。在硅橡胶绝缘试样表面人工模拟划痕缺陷，以正硅酸乙酯为前驱物，氩气作为载气，通过等离子体射流平台对硅橡胶绝缘表面划痕开展修复实验，研究了等离子体处理时间对附件绝缘缺陷修复效果的影响，测量了等离子体修复前后绝缘样品的体积电阻率和沿面闪络电压。同时采用多针电极对修复前后的绝缘样品开展电晕老化实验，并对老化前后的样品表面特性进行了测量。结果表明：等离子体修复可以有效提高硅橡胶绝缘表面缺陷处的闪络电压和体积电阻率，当修复时间为4 min时，缺陷附近的绝缘特性接近完好试样；电晕老化导致绝缘分子链断裂，使绝缘缺陷处的电气性能进一步下降；经过等离子体修复后的绝缘样品，其体积电阻率、闪络电压和击穿场强在电晕老化后仍高于未修复的缺陷试样，表明等离子体修复硅橡胶绝缘样品的抗电晕老化效果较好。     

污秽与湿度及其交互作用对硅橡胶电晕老化后闪络电压影响研究

以复合绝缘子用高温硫化硅橡胶为研究对象,通过正交试验,利用电晕放电加速老化电极与环境模拟系统研究了在染污硅橡胶实际运行中污秽浓度、环境湿度以及二者之间的交互作用对其沿面闪络电压的影响,探究了3种影响因素对染污硅橡胶电晕老化的影响机理及闪络电压改变的原因。结果表明:当污秽物质的憎水性较差时,高污秽浓度与高湿度条件下硅橡胶老化试样的闪络电压更高。对于憎水性相同的污秽物质,可溶性盐的存在可以增大污秽浓度与湿度间交互作用对硅橡胶老化试样闪络电压的影响,并能降低污秽浓度与湿度的变化对染污硅橡胶老化后闪络电压的影响,使得闪络电压改变的幅度减小。     

硅树脂超疏水涂层的制备及湿闪特性研究

水滴在疏水涂层表面由于电场的存在易发生电晕放电，严重时会进一步发展为沿面闪络。为提高涂层的湿闪电压，通过纳米二氧化硅改性甲基硅树脂制备了超疏水涂层，测试了涂层的附着力及耐磨性能，然后对不同类型的涂层进行闪络电压测试并观察沿面闪络现象。结果表明：超疏水涂层的附着力等级达到0级，磨损后涂层依旧保持良好的疏水性，静态接触角大于155°，涂层的湿闪电压达到26.2 kV，与室温硫化硅橡胶涂层相比提高了42.4%。超疏水性有利于涂层表面水滴在电场作用下运动产生干区，因此超疏水涂层在湿润环境下依旧具有良好的绝缘性能。     

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。     

电晕老化表面改性硅橡胶材料对介质阻挡放电的影响

在介质阻挡放电(DBD)研究中,人们认为阻挡材料对放电有重要影响,但相关机理研究较少。为此,以6个不同电晕表面改性时间(0 h、14 h、24 h、48 h、96 h和120 h)的硅橡胶作为阻挡介质材料,研究了低气压(0.5~52kPa)下的介质阻挡放电现象。发现维持均匀放电的气压范围与硅橡胶材料有关,硅橡胶电晕表面改性时间越长,形成均匀放电的气压范围越宽,电晕表面改性120 h的试样均匀放电的气压范围达到了46 kPa,较未表面改性时(35 kPa)提高了30%。另外,利用扫描电镜分析和热刺激电流法,测量了6个试样的陷阱特性。结果表明:电晕表面改性时间越长,峰值电流越大,陷阱电荷量越大,陷阱能级越大但数值都≤1 eV。该工作结果说明阻挡介质材料表面的浅陷阱对均匀放电具有重要影响。     

硅橡胶复合绝缘子老化状态评估新判据

为利用硅橡胶材料的电导电流特性对复合绝缘子进行老化状态评估,以现场运行的复合绝缘子为试验对象进行研究。通过电导电流测试得到不同运行年限试样的电老化阈值,并根据电老化阈值评估试样的老化状态,再通过静态接触角测量结果分析试样的憎水性,最后利用扫描电镜测试分析试样的表面微观。初步试验发现,试样的老化程度越严重,其陷阱能级越深、电老化阈值越低、电导电流数值越大;新试样的电老化阈值在10k V/mm左右,运行15a的试样电老化阈值在5.5k V/mm左右;老化严重的试样电导电流较新试样要高出数倍;陷阱载流子密度与电老化阈值成正比关系;试样的电老化阈值与其憎水性、表面微观有着高度的对应关系。研究表明,通过硅橡胶材料的电导电流测试得到的电老化阈值,基本可以反映绝缘材料老化状态,电老化阈值有可能会成为硅橡胶复合绝缘子老化状态评估的新判据。     

交流电晕老化对复合绝缘子体积电阻率-温度特性的影响

硅橡胶材料作为复合绝缘子外绝缘基材,其体积电阻率和温度之间存在一定关系,老化可能会对这一特性产生影响。为此以硅橡胶基材作为研究对象,对试样进行不同时间的交流电晕老化,并利用研制的体积电阻率测试系统进行不同温度下的体积电阻率测试。同时结合傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析,探究了交流电晕老化对复合绝缘子的体积电阻率-温度特性(Tv?1ln?)的影响,并以此定性评估试样受电晕老化程度。试验结果表明:随着交流电晕老化时间的增加,复合绝缘子材料的Tv?1ln?线性相关度逐渐降低,且低温区域范围内(293~313 K)此种变化更为显著,所受电晕老化程度加深;交流电晕作用导致材料表层Si—O键小分子的大量生成,对内层也产生一定程度破坏,这些小分子影响了低温区段下材料的体积电阻率特性;随着温度的升高,高分子链段运动加剧且材料内部运动空间扩大使得高分子作用重新主导导电机理,线性关系恢复。     

硅橡胶复合绝缘子运行寿命的试验研究

为评估运行中硅橡胶复合绝缘子安全寿命,提高供电可靠性,从上海电网中实际运行的线路上,选取运行年限>10a的110kV硅橡胶复合绝缘子作为试验研究样品绝缘子,通过对其表面特性及工频和冲击电压的试验研究,并辅助硅橡胶材料的微观试验,分析和探讨硅橡胶复合绝缘子运行寿命特性、电气和机械性能的综合因子老化规律,评估运行中硅橡胶复合绝缘子安全运行状态。研究结果表明:在硅橡胶材料表面特性正常的情况下,其工频和冲击电压试验的干、湿闪电压较接近并与外绝缘结构有关;当硅橡胶材料表面特性老化时,其干、湿闪络电压出现差值,表现出与材料表面特性有关。     

纳米TiO2-MWCNTs掺杂提升环氧绝缘材料真空直流沿面闪络性能

选用两种纳米填料:纳米氧化钛(TiO2)和多壁羟基碳纳米管(MWCNTS),向环氧树脂中单独或同时加入两种粒子,制备16种不同的环氧纳米复合电介质.通过体积电阻率测试、表面电位衰减试验与真空直流沿面闪络试验,探究纳米粒子对环氧纳米复合电介质沿面闪络特性的影响.结果表明:环氧纳米复合电介质的沿面闪络电压与填料的质量分数有关,适量的纳米填料会提升复合电介质的沿面闪络电压.单独加入纳米TiO2与MWCNTS分别将闪络电压提升了14.49％和23.11％,同时加入两种填料可进一步将闪络电压提升至44.99 kV,提升幅度高达36.06％.通过表面电位衰减曲线计算了材料的表面陷阱特性.分析深陷阱与沿面闪络电压的关系发现,闪络电压与深陷阱能级线性相关,陷阱能级越深,闪络电压越高.同时添加两种纳米粒子可以提高材料的深陷阱深度,从而抑制材料表面电子发射和电荷输运过程,提高沿面闪络电压.     

臭氧浓度对HTV硅橡胶材料的老化作用

为了研究电晕放电过程中所产生的臭氧对高温硫化(HTV)硅橡胶老化作用的影响,利用研制的臭氧老化试验装置,考虑臭氧浓度及作用时间等因素,对HTV硅橡胶复合绝缘子试样进行了系统的臭氧老化试验,并且对老化后的试样进行了扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)分析、憎水性和热刺激电流(TSC)测试。试验结果表明,臭氧能够导致硅橡胶材料表面缺陷增多,憎水性丧失,而且浓度越高,老化会越严重。进一步分析得出,硅橡胶材料在臭氧环境作用下,材料表面平滑、致密的物理结构被破坏,产生了孔洞等缺陷,并且当臭氧环境作用强度达到一定程度后,材料的物理结构的破坏将更为严重;同时,化学基团含量发生变化,试样中Si-O-Si结构减少,羟基和Si-O键增多,试样主链和侧链断裂。     

气体绝缘输电管道用环氧树脂/氮化硼高导热复合材料表面电荷动态特性

大容量气体绝缘管道输电(GIL)运行过程中产生的温升问题会加速环氧树脂绝缘子老化,温度梯度下绝缘子表面电荷行为也与沿面闪络密切相关。为解决上述问题,制备了环氧树脂/氮化硼(EP/BN)高导热复合材料,研究其在加热至60oC再散热不同时间下针板电晕后的表面电荷动态特性。结果表明:在相同温度下,试样表面电荷消散速度随着BN含量的增加而先减慢后加快,起始表面电荷密度先升高后降低;对于同一种试样,随着散热时间的增加,表面电荷消散速度变慢,起始表面电荷密度升高,且通过陷阱能级分布特性发现,试样的深、浅陷阱能级均变低,深陷阱密度增大,浅陷阱密度减小,且BN掺杂含量越高,该分布特性越明显。     

纳米SiO_2/硅橡胶复合材料的陷阱特性

硅橡胶作为直流电缆附件中的主绝缘材料,存在空间电荷积聚的问题,研究硅橡胶纳米复合材料的陷阱特性对抑制聚合物材料的空间电荷积聚有重要意义。为此,以甲基乙烯基硅橡胶为基胶,制备了掺杂不同质量分数(5%、10%和20%)纳米SiO_2粒子的硅橡胶纳米复合试样,通过扫描电子显微镜观测了试样的断面形貌,采用电容探头测量了试样在正、负电晕充电条件下的电位衰减特性,并结合双陷阱能级模型和等温表面电位衰减模型,获得了各试样的空穴陷阱特性和电子陷阱特性。研究结果表明:无纳米掺杂的纯硅橡胶试样中空穴陷阱多为浅陷阱,电子陷阱多为深陷阱;与纯硅橡胶相比,掺杂纳米SiO_2粒子的质量分数为5%时,复合材料中空穴深陷阱密度增多,并且空穴陷阱和电子陷阱均以深陷阱为主;而当复合材料中纳米SiO_2粒子质量分数增大至10%和20%时,其空穴和电子深陷阱密度显著下降,材料内部大量的浅陷阱有助于其电荷的消散。研究成果可为直流电缆附件中硅橡胶材料的改性提供一定的参考。     

复合绝缘子HTV硅橡胶材料的电导特性研究

为探究复合绝缘子用HTV硅橡胶材料的电导机制,以现场运行及人工加速老化试验的复合绝缘子为对象进行研究,通过电导电流测量装置对试品进行电导电流测试,总结材料的电导特性。研究初步发现:当HTV硅橡胶材料处于低场强试验阶段时(约0~5 kV/mm),材料的电导电流I与场强E满足欧姆定律成正比关系;当材料处于较高场强试验阶段时(约5~30 kV/mm),材料的电导特性处于空间电荷限制电流区,材料内部的陷阱开始捕获流经的载流子形成空间电荷;当材料处于高场强试验阶段时(约30~40 kV/mm),材料的电导特性进入了陷阱充满的空间电荷限制电流区,材料随时有被击穿的可能;电老化阈值与陷阱能级、陷阱载流子密度等有着一定的对应关系;HTV材料经过人工电晕加速老化试验后,电导电流数值大幅增加、电老化阈值明显降低。此外,电老化阈值实质反应的是材料的空间电荷形成的难易程度,一定程度上反应HTV材料的老化状态,有待进一步研究。