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。     

低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的电树枝生长特性

绝缘材料的电树枝生长特性分析是评估其绝缘性能的重要方法之一。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料,设计制作了纳米复合材料的电树枝生长试样及实验系统,在实验中观测了恒定电压下试样中电树枝生长过程及电树枝形态,测量了试样中电树枝的生长速度与扩散系数,分析了电树枝的局部放电统计特性。通过分析低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对该纳米复合材料中电树枝的抑制机制。实验与分析结果表明:纳米蒙脱土粒子有效提高了低密度聚乙烯的结晶度并减小了晶粒尺寸。同时,纳米蒙脱土粒子有利于降低纳米复合材料电树枝局部放电量与放电重复率,延缓了电树枝的引发与生长。     

低密度聚乙烯/纳米蒙脱土复合材料的水树枝生长特性

低密度聚乙烯是高压电力电缆的主要绝缘材料,水树枝生长特性与聚乙烯高压电力电缆绝缘击穿具有紧密联系。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料;设计制作了纳米复合材料的水树枝老化试样及试验装置,在试验中观测了试样的水树枝生长长度,并对试样的水树枝引发率进行了统计,分析了低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的吸水率对水树枝生长的影响;采用差示扫描热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性,通过分析低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对纳米复合材料中水树枝的抑制机理。试验与分析结果表明:掺杂质量分数为3%的纳米蒙脱土粒子能够有效地提高低密度聚乙烯的结晶度,使晶粒尺寸分布均匀,吸水率减小,延缓水树枝在低密度聚乙烯中的引发与生长。     

高温下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响

为了研究高温环境下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响，该文制备了含质量分数为1%的电压稳定剂的交联聚乙烯（XLPE）共混试样，通过设计的高温环境下电树枝实时观察与局部放电同步测量系统，研究不同试样在30℃、50℃和70℃下电树枝的引发、生长及其局部放电特性。结果表明，试样在高温下引发的电树枝呈现典型的枝状结构。随着温度的升高，试样起树电压降低，电树枝生长速度加快，分枝数量减少，局部放电量和放电重复率显著增大。电压稳定剂的添加对电树枝的引发、生长和局部放电有明显的抑制作用。利用陷阱理论和量子化学计算，研究发现电压稳定剂的加入使得试样内部陷阱能级降低，陷阱密度增加，因其特有的量子化学特性，高能电子缓冲能力增强，空间电荷积累减少，从而使得交联聚乙烯材料的耐电性能得到提升。     

LDPE结晶形态对水树枝老化特性的影响

为研究结晶形态对聚合物中水树枝生长规律的影响,选用低密度聚乙烯(LDPE)作为实验材料,采用不同冷却速率和添加成核剂两种方法来改变LDPE结晶形态,并用水针电极法培养水树枝。实验研究发现:(1)对纯LDPE而言,冷却速率越快,结晶度越低,球晶尺寸越小;而采用成核剂可以获得远高于冷却速率影响的高结晶度和小球晶尺寸。(2)当试样的球晶尺寸大、数量少时,水树枝的生长速度较快;球晶尺寸小、数量多时,水树枝的生长速度较慢。实验研究表明,合理的结晶形态对聚合物的抗水树枝性能具有至关重要的影响。     

针尖曲率半径对XLPE电树枝生长及局部放电特性的影响

电树枝在XLPE电缆中是一种常见现象,在电缆运行过程中可能会存在不同尺寸的尖刺缺陷。本文在不同针尖曲率半径下,研究了电树枝生长形貌和局部放电特性的关系。结果表明：针尖曲率半径小的试样在起树电压下大概率最终发展为枝状电树枝,曲率半径大的试样则大概率最终发展为丛状电树枝,丛状电树枝的放电量大于枝状电树枝。丛状电树枝的PRP...     

交流XLPE电缆典型绝缘缺陷的PD特性与类型识别

针对交联聚乙烯(XLPE)电缆及其附件常见的9种绝缘缺陷类型,制作了相应的缺陷模型,研究了9种缺陷在不同电压下的局部放电特性。发现不同缺陷的谱图形状、放电的相位分布等表现出不同特点,每种缺陷的放电重复率与平均放电量均随着电压的升高而增大,其中气隙缺陷的最大放电量和放电重复率高于其他缺陷,电树枝缺陷的放电重复率最低。对不同缺陷的局部放电谱图进行了特征量提取,并利用基于L-M算法的BP神经网络,实现了故障类型的识别,最低识别率达到89.17%,取得了较好的识别效果。     

交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验及其局部放电特征

电树枝化是影响交联聚乙烯（cross—linked polyethylene,XLPE）绝缘电力电缆长期安全运行的瓶颈,需要深入研究XLPE电缆绝缘的老化机制,尤其是电树枝化的规律,为XLPE电缆的设计制造和现场的运行管理,特别是在线诊断提供理论支撑。设计了交联聚乙烯电缆样品和相应的试验电极装置,并搭建基于实际XLPE电缆的电树枝化试验平台进行试验。结果表明该试验系统能满足XLPE电缆电树枝化试验研究的要求。以15kV的XLPE电缆作为试验样品,开展常温下工频12～21kV和50～90℃下的电树枝化试验,分析了电压和温度对电树枝形态的影响,得到电树枝局部放电的统计图谱,并将电树枝的生长发展分成4个阶段,分析了电树枝在不同生长阶段局部放电的最大放电量相位和平均放电量相位的分布,提取了其偏斜度等统计特征量,结果表明电压和温度对实际XLPE电缆中电树枝形态的影响与针一板电极得到的结果趋势相同,但是电树枝生长过程存在着一定的差异,同时最大放电量相位分布和平均放电量相位分布的3阶矩随着电树枝的生长发展而减小,可作为诊断电树枝生长发展阶段的参考量。     

低频电压下XLPE电树枝生长及局部放电特性

低频电缆作为柔性低频交流输电系统中的关键设备,其绝缘介质在低频电压下的特性对电缆的设计和运行具有重要意义。为了研究低频电压下交联聚乙烯（XLPE）电树枝的生长及局部放电特性,设计并搭建了不同频率下电树枝生长实时观测和局部放电同步测量系统,探究了XLPE试样分别在20、30、40、50 Hz频率下电树枝的引发、生长及局部放电特性。结果表明：电压频率对XLPE电树枝生长及局部放电特性的影响有明显规律性。在20～50 Hz范围内,随着频率的降低,XLPE的起树电压略有升高,但电树枝生长速度加快,损伤面积增加,局部放电量和放电次数增大,放电相位分布基本不变。     

交联聚乙烯中水树枝向电树枝的转化

水树枝老化是运行在潮湿环境下的聚烯烃电力电缆发生绝缘击穿的主要诱因,水树枝在一定情况下可能引发电树枝,进而导致绝缘击穿。该文主要研究水分和水树枝劣化对交联聚乙烯(cross-linked Polyethylene,XLPE)中电树枝引发生长的影响。选用过氧化物交联聚乙烯作为实验材料,用水针电极、高频加速老化的方法培养水树枝,采用计算机实时显微数字摄像系统观测电树枝的引发和发展。分别研究了湿润水树枝和干燥水树枝在不同电极类型(水针电极、钢针电极)、不同电压下(15、20 kV)向电树枝的转化规律。实验研究发现：就电树枝的平均引发时间而言,未劣化试样最短,湿润水树枝试样最长,干燥水树枝试样介于二者之间;就电树枝引发率而言,干燥水树枝试样最高,湿润水树枝试样最低,未劣化试样介于二者之间;采用水针电极时,3种试样引发的电树枝均为枝状。结合对比3种试样中电树枝的形态,研究了湿润水树枝和干燥水树枝中电树枝的引发和生长机制。     

交联聚乙烯电缆绝缘中的双结构电树枝特性及其形态发展规律

根据从电树枝动态生长过程中所拍摄的大量实验照片和生长特性数据，探讨了在XLPE电缆绝缘中的电树枝发展特征与材料聚集态结构的关系。研究表明，由于半结晶高聚物不均匀聚集态、不均匀结晶和残存应力的影响，会在XLPE电缆绝缘中生成枝状、丛林状、藤枝状、松枝状和混合结构电树枝。并且在电树枝发展过程会呈现非常清晰的三个基本阶段，即引发阶段、滞长阶段和迅速发展阶段。引发阶段猛烈时生成迅速生长的纯枝状电树枝，引发阶段较弱或材料均匀时易导致丛林树状电树枝产生，发展于极不均匀区的电树枝多为鲜明的双结构；另外，引入一种新的参数，电树枝扩展系数来描述电树枝生长特性，并综合电树枝生长过程分形维数的变化规律和速度关系对产生这种实验现象的机理进行了分析。     

纳秒脉冲下有机玻璃电树枝老化特性研究

介绍了有机玻璃(PMMA)在纳秒脉冲作用下电树枝引发和生长的规律现象。采用压紧针电极与绝缘样品接触、多针并列式的方法制备实验试样,绝缘样品(有机玻璃)加工为120mm×5mm×2.5mm的长方条。实验使用产生30ns上升沿和70ns脉冲宽度的负脉冲固态纳秒脉冲发生器MPC50D作为激励源,在25℃的条件下,施加100Hz的重复频率脉冲,设定初始电压,逐级升压,直至引发电树枝后停止升压,记录电树枝引发电压,观察电树枝生长特点及现象。实验发现PMMA中电树枝出现裂隙状破坏,经过分析讨论,认为是力作用导致的结果。实验中还观察到电树枝生长速度极快的现象,从电树枝引发到击穿只需几秒钟。通过研究证明绝缘油浸入导致了电树枝生长加速,深入讨论分析了绝缘油浸入促进电树枝快速发展的原因、机理及抑制方法。     

From LDPE to XLPE: investigating the change of electrical properties. Part I. space charge, conduction and lifetime

This paper discusses the results of space charge, conduction current and electrical lifetime measurements performed on widely-used materials for electrical insulation, that is, low density polyethylene (LDPE) and cross-linked polyethylene (XLPE). Space charge accumulation profiles were compared in LDPE, low density polyethylene plus antioxidant (LDPE+AO) and XLPE, with consideration of thermal treatment effects in LDPE and XLPE. Significant variation (decrease) of accumulated space charge and apparent mobility, as well as slight decrease of conduction current, can be seen going from LDPE to LDPE+AO and XLPE, which may be associated with formation of deeper trap levels (or an increase of their density). On the contrary, electrical life under AC voltage does not show significant differences from LDPE to XLPE. This latter result underlines that life under high AC electrical stress is mostly determined by defects (weak points) rather than material characteristics associated with charge injection and transport.     

交联聚乙烯绝缘老化的试验与建模研究

本文介绍了交联聚乙烯（XLPE）电树枝老化的试验方法，给出了XLPE绝缘在在交流电压作用下的电树老化曲线。利用多元统计分析建立了枝状放电、丛状放电的数学模型，为XLPE电缆的在线检测提供了理论依据。     

Water treeing in binary linear polyethylene blends: the mechanicalaspect

Water treeing tests were performed on low density polyethylene (LDPE) and four different binary blends of sharp linear polyethylene (LPE) fractions (M_w=2500 and 76000), which were either quenched in air from the melt or isothermally crystallised at 123°C. Although the morphology and initial mechanical properties of the materials tested were significantly different, the vented tree growth characteristics were similar for all of them. This is in disagreement with the electromechanical models of water treeing, which correlate water tree growth with the fracture toughness of the material. Time to breakdown distributions were also similar for both LDPE and the binary LPE blends, which indicates that, regardless of the initial material morphology and the actual structure of water trees, the length of water trees is one of the controlling factors in insulation failure. The visible light image of water trees in LPE blends did not disappear upon drying as it usually does in LDPE and crosslinked polyethylene insulation     

热处理对聚乙烯材料中电树发展的影响

电树与半结晶材料的形态结构有着密切的关系。在本文中,首先通过两种不同的热处理方式：（1）自然冷却,（2）急冷对高密度聚乙烯和低密度聚乙烯薄膜进行处理,然后,在不同的实验条件下测量电树的发展速度和长度。通过试验,我们发现尽管高密度聚乙烯比低密度聚乙烯有更高的结晶度和更大的球晶尺寸,并在电树起始阶段表现出高阻性,但电树在前者中的发展比在后者中容易。据此,我们推测,材料的形态结构对于电树的发生和电树的发展有着不同的影响。     

蒙脱土改性聚乙烯复合材料的高场介电性能研究

利用熔融插层法制备了聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料,研究蒙脱土对聚乙烯介电性能的影响。研究分析了纯聚乙烯和不同的聚乙烯/蒙脱土复合材料的树枝化性能,通过直流预电应力电树引发试验,探讨了空间电荷的极性效应对不同材料树枝化性能的影响。试验结果表明:与纯聚乙烯和其他复合材料相比,加入相容剂的聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的电树潜伏期更长,电树生长速度更慢,而且显示出与LDPE不同的极性效应。不同材料的热激电流(TSC)试验结果显示:聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的松弛时间分布展宽,峰值增高,说明在纳米复合材料中引入了更多的陷阱能级,这些陷阱调制了载流子浓度和迁移率,从而抑制了树枝的起始与生长。     

Study of electrical treeing phenomena in XLPE cable samples using acoustic techniques

Electrical trees were generated experimentally in the actual 33 kV underground XLPE cable insulation material under the AC voltages. A tree like structure and a bush type of tree structure can form from the point of defect site under the AC voltages. Acoustic emission technique was adopted to identify the point of inception, propagation and termination of electrical trees. A variation in the dominant frequency content of the acoustic signal was observed as and when the tree propagates in the insulation structure. The characteristic variation in the magnitude of the acoustic emission signal with time, indicates that tree propagation as an intermittent growth process. The energy content of the acoustic signal characterizes that the energy released due to partial discharges, at every step growth of the tree structure is not the same. The partial power measurement in the present study provides an indication to the growth process of electrical trees and to the near point of failure of polymer insulation material due to electrical treeing.     

不同电极系统下XLPE电缆电树枝生长特性的研究(英文)

The electrical tree discharge channel will be formed at concentrate spot of electric field in solid insulation dielectric,in order to study the difference of electrical tree under different electrical field,the short-cable electrode system with actual XLPE cable was designed,experiments were performed under 12 kV,15 kV,18 kV,21 kV compare to the needle-plate electrode system.Experiment results show that the electrical tree of short-cable electrode system have the same growth trend with the needle-plate electrode system in the growing characteristic,the dense of electrical tree increase with the increase of voltage level,electrical tree of short-cable electrode system growth is slower than the needle-plate electrode system at the same voltage;To get the same shape of electrical tree,the voltage of short-cable electrode system must be higher than needle-plate electrode system,the results show that the semiconductor layer and the copper shield layer outside of XLPE cable have very important affection on the electrical trees degradation.