电缆接头绝缘用硅橡胶热老化及超声特性

硅橡胶凭借其高弹性与优良的电气性能,广泛应用于预制式交联聚乙烯高压电缆接头的主绝缘中。但长时间的异常温升会加速材料的老化,导致其相关性能的下降,从而引发事故。为此设计并开展了预制式高压电缆接头绝缘用硅橡胶的加速热老化试验,对比分析了其热老化前后的微观结构、力学性能、电学性能与声学性能。结果表明:热老化后电缆接头硅橡胶绝缘残余的交联副产物挥发,侧链有机含量降低,主链间发生交联;随着老化温度与时间的增大,试样的断裂伸长率与拉伸强度逐渐下降,杨氏模量逐渐上升,导致柔顺性变差,材料逐渐硬化,弹性丧失;体积电阻率与相对介电常数略有上升,变化不明显,介电损耗因数随热老化的进行而降低;热老化后电缆接头绝缘用硅橡胶的超声声速显著增大,测试结果符合相关理论公式,与杨氏弹性模量的变化趋势良好对应,在评估电缆接头硅橡胶绝缘的热老化状态有广阔的应用前景。     

热老化对220kV硅橡胶电缆接头绝缘材料介电性能的影响

以220 kV硅橡胶电缆接头绝缘材料为研究对象,在175℃、225℃下进行加速热老化试验,并对不同热老化试样的相对介电常数、介质损耗因数及电气强度等进行测试,研究热老化对硅橡胶材料介电性能的影响。结果表明:热老化过程中硅橡胶试样的相对介电常数逐渐增大。受热老化对硅橡胶试样电导及松弛过程的影响,试样的低频损耗及松弛损耗随着老化温度的升高和老化时间的增加而逐渐增大,而高频损耗变化不明显,但均大于未老化试样。试样在热老化过程中随老化时间的延长,电气强度逐渐下降,老化后期绝缘性能劣化。     

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。     

热老化对不同交联度硅橡胶电气性能的影响*

冷缩附件用硅橡胶绝缘的交联度决定了与交联聚乙烯电缆绝缘之间界面“抱紧力”的大小,从而影响附件的电气性能。为了研究热老化对不同交联度硅橡胶电气性能的影响,制备了不同交联度的硅橡胶试样,对热老化前后硅橡胶试样进行凝胶含量、红外光谱、电导 温度特性和击穿强度等测试分析。测试结果表明,硫化剂的用量决定了硅橡胶交联键的密度,适当提高硫化剂的含量,可增加硅橡胶的交联度;硅橡胶在热老化过程中,会发生侧链甲基基团的氧化,引起进一步的交联反应;硅橡胶较高的交联度,会使体积电导率减小、击穿强度提高且数据分散减小。     

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。     

不同状态下220 kV硅橡胶电缆接头材料微观结构和性能研究

为研究硅橡胶材料的老化特征,分别选取全新未运行、正常运行提前退役和运行中发生故障的220 k V硅橡胶电缆接头,通过测量凝胶含量和傅里叶红外光谱研究接头绝缘材料的微观结构变化;并对其拉伸和抗撕裂强度等力学性能,以及相对介电常数、介质损耗因数、体积电阻率和电气强度等电气性能进行测试分析。结果表明:在电、热、力老化或接头故障产生的短时高温作用下,硅橡胶绝缘的交联网络受到一定程度的破坏,从而使拉伸强度降低,断裂伸长率升高,同时体积电阻率明显下降。相较全新试样,退役试样和故障试样的绝缘-半导电界面撕裂强度均有所下降。运行状态对绝缘材料的介电强度没有显著的影响。     

硅橡胶电晕老化后的陷阱对其闪络电压的影响

为深入探究硅橡胶电晕老化后的陷阱对其闪络电压的影响,通过多针–板电极对硅橡胶试样进行电晕老化,并采用热刺激电流(TSC)技术测试分析了硅橡胶材料在不同电晕老化阶段的陷阱特性变化,同时探寻试样在相应老化阶段的沿面闪络电压变化规律。借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)测试,通过观察试样在电晕老化过程中的物化特性变化,探索了老化后硅橡胶的陷阱特性与闪络电压间的内在联系。结果表明:随着电晕老化时间的增加,硅橡胶的陷阱能级逐渐从0.3 e V(新试样)加深并最终趋于饱和值0.4 e V(老化1 000 h),陷阱密度则持续增大。硅橡胶的干闪电压从14.13 kV(新试样)逐步降低并稳定于11.65 kV(老化1 000 h)。结合FTIR和SEM的试验结果,认为电晕放电产生的深陷阱能级和陷阱能级的饱和是造成硅橡胶试样干闪电压下降并稳定在某一范围内的主要原因。     

基于电学性能的发电机线棒主绝缘热老化特性研究

抽水蓄能发电机组长期运行过程中的热效应会对定子线棒主绝缘性能造成不利影响。本文以18 kV抽水蓄能机组发电机VPI定子线棒为研究目标，制备试样并设计热老化方案，通过介电性能测试、电导测试及击穿特性测试，探究定子绝缘在不同热老化温度、不同热老化周期下的电学性能变化规律。结果表明：定子线棒弯曲段试样出现了较为明显且完整的损耗峰，在热老化过程中，绝缘材料的介电常数频谱整体随着老化周期的增加呈现增大趋势，其中弯曲段试样的介电常数随频率升高出现阶梯性下降趋势。随着老化的进行，试样的电导率逐渐上升，吸收比与极化指数均呈下降趋势，直线段试样和弯曲段试样的击穿强度均不断降低，其中弯曲段试样的击穿强度下降更为明显。     

热老化对交流配电XLPE电缆改为直流运行后电缆绝缘性能的影响

为了研究热老化对交流配电交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆改为直流运行后电缆绝缘性能的影响,先对已运行两年的10kV交流XLPE电缆样段进行135℃加速热老化试验,随后采用车床和特质刀具将电缆样段沿轴向环切得到薄片试样,通过直流电导率、空间电荷测量、表面电位衰减和直流击穿测试,结合载流子迁移率、活化能和陷阱参数的计算,对老化前后交流配电XLPE电缆的直流绝缘性能进行研究.结果 表明:随着老化时间的增加,交流XLPE电缆绝缘试样的直流电导率和载流子迁移率先下降后上升,长期老化后空间电荷积累阈值场强与试样的活化能明显减小,试样的直流电导率随着测量温度的升高而增加,其空间电荷积累阈值场强随着测量温度的升高而减小;随着老化时间的增加,试样中积累的空间电荷由异极性转变为同极性,深陷阱数量与直流击穿场强均呈现先上升后下降的趋势;分析认为短期热老化有利于提高交流配电XLPE电缆改为直流运行后的直流绝缘性能.     

湿度对HTV硅橡胶臭氧老化特性的影响

为了研究湿度对HTV硅橡胶复合绝缘子臭氧老化的影响,将HTV硅橡胶试样置入臭氧体积分数为300×10-6环境中进行不同时间的老化.对老化后的试样进行了扫描电镜(SEM)、憎水性和热刺激电流(TSC)测试.试验结果表明,随着相对湿度的增加,试样表面的孔洞和裂纹增加;试样的静态接触角呈现下降趋势,并且试样的憎水性恢复速度较...     

不同温度热老化条件下交联聚乙烯电缆绝缘热性能和力学性能的劣化趋势研究

对110 k V交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘在100℃和160℃进行加速热老化实验,研究不同温度热老化条件下XLPE绝缘热性能和力学性能的劣化规律。通过红外光谱分析(FTIR)和差示量热扫描分析(DSC)表征了热老化试样中抗氧化剂的含量;通过X射线衍射(XRD)计算了不同热老化试样的结晶度;通过热重分析(TGA)研究了热老化试样的热降解特性;通过拉伸实验研究了热老化试样的力学性能。结果表明:热老化引发的氧化反应导致XLPE试样中的抗氧化剂逐渐消耗。当抗氧化剂存在时,氧化反应被抑制,XLPE试样的热性能和力学性能并未明显劣化,甚至还出现了一定程度的提升。当抗氧化剂消耗完毕后,氧化反应快速进行,引发剧烈的分子链断裂,结晶度下降,导致热性能和力学性能快速劣化。相比100℃热老化试样,160℃热老化试样的热性能和力学性能劣化更快,这是由更快的氧化反应速率以及结晶区遭受到更严重的破坏导致的。     

复合绝缘子HTV硅橡胶材料老化特性的研究

针对在役复合绝缘子的老化问题,笔者分别对实验室电晕老化和现场自然老化的HTV硅橡胶材料的憎水性、泄漏电流、表面微观形貌以及化学成分等特性进行了对比研究。结果表明,电晕老化与现场老化造成材料特性变化的规律呈现一致性:电晕老化造成材料憎水性下降,且提高电晕老化强度(电压和时间)则导致憎水性恢复变慢,甚至不能完全恢复;现场老化材料的憎水性随年限不断下降,由HC1级(2年)降至HC5级(15年)。老化还造成样品的表面电阻率下降,引起表面泄漏电流增加;老化造成硅橡胶材料降解,表面缺陷增加,孔洞增加并加深,甚至产生裂纹,同时生成强极性基团等,从而引起硅橡胶机械及绝缘性能不断下降。     

热老化对干式变压器环氧树脂介电性能的影响

根据常见的干式变压器环氧树脂配方,制作了环氧树脂试样,在100、130、160℃下进行热老化试验,测试试样的介电性能,研究介电常数及介质损耗随老化时间与老化温度的变化规律。结果表明:随着老化时间与温度的增加,试样在相同电场频率下的介电常数与介质损耗因数增大;随着老化时间的增加,试样的电气强度随着介质损耗因数的增加而降低,环氧树脂的绝缘性能降低。     

基于高分子结晶分析方法的液体硅橡胶老化机制研究

近年来,中国的南方电网地区一些变电站SF6电压、电流互感器的液体硅橡胶绝缘护套出现龟裂老化现象,这一现象的出现会导致护套表面变白,粉化,硬度上升,受到外力后出现不可恢复的裂纹,并且憎水性和耐漏电起痕性能大大下降。对发生老化的液体硅橡胶材料进行了试验研究和分析,并选取不同老化程度的液体硅橡胶材料进行了X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析等手段研究了其微观结构和物质组成的变化。研究发现老化后的硅橡胶表面结构和官能团发生了明显变化,Si—C键减少,C元素相对含量下降,O元素相对含量增加,体系交联度上升并且观察到了晶体结构。这一研究为液体硅橡胶绝缘护套的老化机制和老化程度的评估提供了依据,同时也为互感器伞套的修复补强以及防老化措施建立了基础。     

基于高温介电谱测量的XLPE老化状态评估

核电站中应用的交联聚乙烯(XLPE)电缆受到辐射作用后,其绝缘性能将发生变化。为研究XLPE绝缘经历热老化后在不同温度下介电特性的变化,对其分别进行了热和热-辐射老化实验。对试样进行了80、100、135、155℃下100-800小时的热老化,同时进行相同条件下引入100Gy/h伽马射线的热-辐射老化,并完成了25-200℃下介电谱测量。实验结果发现：引入辐射条件后,试样的活化能与Cole-Cole曲线中β的数值出现了明显减小;老化温度与辐射条件相同时,试样的电导率与松弛峰峰值频率fp随老化时间的增加而增大,能够很好地反映试样老化过程中介电特性的变化;温度不同时,低频下的复介电常数和复介电模量规律更加明显。因此,高温低频下的介电特性可以有效反映XLPE绝缘老化状况。     

基于非线性超声的电缆接头硅橡胶热老化状态检测

针对硅橡胶的热老化问题，引入非线性超声检测方法展开相关的试验研究。对电缆接头硅橡胶试样在200℃下进行不同时长的热老化试验，测试分析老化试样的相对非线性系数、微观结构、表面形貌的变化趋势。结果表明：随着热老化时间的增加，硅橡胶的相对非线性系数呈现明显的上升趋势，基于测试结果拟合得到相对非线性系数与热老化时间之间具有良好的线性关联度，可决系数R2>0.95；热老化后硅橡胶的有机成分逐渐减少，交联程度逐渐增大，表面开始出现局部孔洞、裂纹、填料析出等微观缺陷，微观结构发生一定程度的劣化，导致超声非线性效应增强。     

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。     

电晕老化对硅橡胶材料热刺激电流和表面情况影响研究

文中使用了电晕老化测试平台,对硅橡胶进行了初步的电晕老化试验,然后对电晕老化后的试样进行了热刺激电流和扫描电镜测试,并对测试结果进行了初步分析。试验结果表明电晕老化造成了硅橡胶绝缘材料热刺激电流增大、表面裂解的现象,从而造成了绝缘材料的劣化。     

高压电缆绝缘热老化特性及破坏机理研究

高压电缆长期运行过程中温度引起的绝缘材料热老化是影响其整体绝缘性能的重要因素。通过对高压电缆主绝缘层切片取样，研究分析了不同老化程度试样的微观形貌、官能团、结晶度、交联度等理化性能变化规律，测试分析了不同老化程度试样的电阻特性、介电性能和击穿特性，仿真模拟了不同温度下交联聚乙烯分子链的运动情况，进一步讨论了热老化对其微观结构的破坏演变机理。研究结果表明，老化2 160 h后试样的晶区结构破坏较为严重，随着老化时间的延长，相邻晶区的间距增大，晶区排列松散，无定型区面积增大；羰基指数从3.88%增大至11.06%，羟基指数从1.58%增大至10.98%，结晶度从35.43%下降至35.05%，交联度先降低后升高。老化后试样的绝缘性能相应的发生变化，体积电阻率从2.76×1017Ω·cm下降到4.10×1013Ω·cm，介电常数从2.49增加至2.73，击穿场强从55.80 kV/mm下降到42.19 k V/mm，这主要是由于热老化破坏了试样的分子结构，促使其改变了结晶区与非晶区占比，产生了羰基、羟基等极性官能团，加快了电缆绝缘材料的性能下降。该工作对于高压电缆绝缘性能评价和异常分析具有指...     

热老化对管型母线绝缘材料PET薄膜性能的影响研究

为探讨热老化对绝缘管型母线绝缘材料性能的影响,选取一种新型管型母线绝缘材料聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制备了管型母线模型,进行热老化实验。测量热老化前后PET材料的介电性能、电气强度和热延伸性能,分析老化时间对材料电气及力学性能的影响。结果表明:随着热老化时间的延长,PET的介质损耗因数和电气强度均下降,同时材料的脆性增大。