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。     

热老化对液体硅橡胶材料介电性能及力学特性的影响研究

液体硅橡胶(LSR)以其优良的高弹性和绝缘性能在电缆附件、外绝缘中有着广泛应用,但长时间的运行发热会使其机械性能和绝缘性能下降,从而引发绝缘故障。开展120℃下硅橡胶试样的人工加速热老化实验,并对老化前后试样的介电性能和力学特性进行对比。结果表明:热老化后的硅橡胶试样体积电阻率增大,相对介电常数减小,击穿强度呈现出先有所增大后下降的变化;同时,试样的拉伸强度和断裂伸长率大幅度下降,而硬度逐渐增加,下降(增加)幅度随老化天数增加而增大。随着热老化试验的进行,液体硅橡胶的高弹性逐渐丧失,使得高分子链的柔顺性降低,敛集密度增加,从而导致交联程度增大,平均自由行程缩短,离子迁移率下降,这对现场液体硅橡胶的失效机理分析具有一定的理论价值和实际意义。     

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。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

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。     

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。     

基于有限体积法的超高压电缆接头绝缘性能研究

超高压(EHV)电缆接头内部存在的缺陷将造成电场集中,局部温度升高,达到一定程度即发生闪络或击穿,影响其安全可靠运行。为研究影响电缆接头内部电场和温度场分布的主要因素,利用有限体积法对电缆接头进行了电场-温度场耦合仿真,研究了电缆接头在正常工作状态、绝缘材料存在杂质颗粒、应力锥表面存在毛刺突起、硅橡胶绝缘材料老化等情况下的电场-温度场分布特性。研究结果表明:接头与绝缘界面、导体屏蔽管两端等位置是绝缘的薄弱环节,容易发生沿面闪络或绝缘击穿;接头绝缘中微小的杂质颗粒可能导致局部温度超过绝缘材料的耐受温度,加速绝缘老化;老化到一定程度时,温度和电场强度又将大幅度升高,对接头安全运行造成严重隐患。该研究结果对电缆接头的结构优化设计和绝缘材料的选择具有一定的参考意义。     

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。     

硅橡胶热老化特性及其对电缆附件运行可靠性的影响

电力电缆大力发展,使得新型硅橡胶绝缘材料由于其优良的机电热性能得以广泛应用在超高压电缆附件绝缘领域,但是绝缘故障时有发生,成为电缆输电线路的薄弱环节.本文提出材料老化特性是影响超高压电力电缆附件运行可靠性的重要因素,对硅橡胶材料电树老化性能进行了深入研究,研究温度对电树起始电压、形态的影响规律和电树随着时间的发展规律.研究显示硅橡胶电树起始电压随温度的升高明显下降,电树形态从树枝状、松枝状向丛状树枝过渡,表明硅橡胶绝缘材料在电缆运行温度范围内存在明显的热破坏特性,对硅橡胶电缆附件绝缘可靠性造成不利的影响,而较高温度的丛状电树的滞长特性则将成为电缆附件的长期性故障隐患.在特性研究的基础上,对比分析了温度对硅橡胶和聚乙烯电树老化性能的差异,认为当前硅橡胶电缆附件故障频发的主要原因之一是对硅橡胶老化特性缺乏了解,造成现有的常规结构设计上冗余不足.     

复合绝缘子电晕加速老化试验研究

为研究电晕对复合绝缘子老化性能影响,采用针-板电极模拟不均匀电场环境,以硅橡胶片材作为高温硫化硅橡胶展开试验.结果表明,电晕老化对材料表面具有一定的破坏,是造成材料憎水性下降及暂时性丧失的主要原因,温度越高,硅橡胶憎水恢复越快,恢复后憎水角越大;电晕造成材料拉伸强度和硬度有所下降,体积电阻率减小,介质损耗角增大、介电强度减小,电晕放电对电气性能影响较大.     

硅橡胶绝缘高压电缆附件的老化特性研究

为研究高压电缆附件绝缘在电、热和环境等多因素作用下的老化特性,文中以6种退役硅橡胶绝缘高压电缆附件样品为研究对象开展工作。采用SEM、FTIR和XRD分析了不同运行环境下样品的理化特性和微观分子结构变化,通过介电测试和表面电位衰减测试获得了样品宏观介电性能和微观电荷特性,采用拉伸实验获得了绝缘样品的力学性能数据,最后结合上述表征对电缆附件的绝缘和老化状态进行评估。结果表明硅橡胶附件老化过程中以Si-O主链降解为小分子为主,小分子物质进一步发生氧化和重结晶反应,导致分子的交联度下降和极性增强,同时微粒团簇形成应力集中点和放电通道,外在表现为力学性能下降和介电常数改变;硅橡胶绝缘表面在电、热和应力作用下出现裂纹和孔洞,分子链断裂形成低密度区,影响材料表面的陷阱密度和能级深度,宏观体现为电缆附件绝缘击穿场强和电阻率的变化。     

无机纳米掺杂XLPE电缆绝缘的力学性能与电气强度研究

通过自制掺杂纳米Si O_2和纳米炭黑的XLPE绝缘材料,研究了两种无机纳米颗粒对XLPE力学性能与电气强度的影响,测量了试样的拉伸率、断裂伸长率以及热老化前后的击穿电压和耐压时间。结果表明:添加纳米炭黑的XLPE试样具有最好的交联程度,材料韧性增加,而添加纳米Si O_2的XLPE试样的交联程度相对于纯XLPE试样变化不大,韧性减小,刚性增大;两种纳米颗粒的添加均使得XLPE电缆绝缘试样的击穿电压升高,同时耐压时间增加;热老化会降低XLPE绝缘材料的电气强度。     

脂环族环氧树脂材料湿热老化特性研究

为了研究脂环族环氧树脂材料在南方高温高湿环境下的老化特性,文中对脂环族环氧树脂护套材料进行了湿热老化试验,然后在不同的老化时间下取出试验样品,进行拉伸强度及拉断伸长率、体积电阻率、吸水率、介电常数和介质损耗角正切值、扫描电镜、热失重、傅里叶红外光谱等测试分析,并和硅橡胶绝缘子护套材料进行了对比。结果表明：脂环族环氧树脂和硅橡胶材料均受湿热环境的影响,拉伸强度、拉断伸长率和体积电阻率减小,介电常数、介质损耗角正切和饱和吸水率增大,热分解温度基本不发生变化。湿热环境对脂环族环氧树脂材料的拉伸强度影响较大,而对硅橡胶材料的拉断伸长率影响较大;湿热老化使得脂环族环氧树脂材料主要发生酯键水解,而硅橡胶材料的Si-O-Si主链发生了断裂。     

电缆护套材料超分子自修复技术研究

针对电缆护套材料的老化问题,借鉴生物体自行愈合创伤的机制和功能,通过在绝缘材料(聚丙烯酸酯)中引入主客体超分子作用力赋予材料自修复的性能,成功开发了一种可在老化损伤后自行修复的电缆护套材料Poly-CD-PHEA,对该新型材料进行机械强度、体积电阻率、氧指数以及自修复性能等测试。结果表明:研制的材料具有良好的抗拉性能、绝缘性能、阻燃性以及热稳定性,同时具有良好的自修复性能。自修复性能使材料老化产生裂纹等绝缘故障时,能自主修复损伤3次以上,使机械强度恢复80%以上,体积电阻率恢复90%以上,延长了材料的使用寿命,减少了电缆绝缘故障的发生。     

硅橡胶复合套管用PRTV修复后表面放电对其憎水性及电性能的影响研究

长期挂网运行的复合绝缘套管往往不可避免地发生老化及机械破损,大大降低了绝缘子绝缘性能,现某些电力部门用PRTV持久性防污闪涂料(permanent room temperature vulcanized,PRTV)修复已经出现粉化、裂化等老化现象的复合绝缘外套,并对其修复后的电气性能做了一些试验,但对于复合绝缘外套修复后其表面发生拉弧放电鲜有报道。文中将PRTV涂料涂覆于实验室模拟的破损老化高温硫化硅橡胶表面(HTV)上,并使用指型电极做沿面干闪放电试验,通过对比放电前后硅橡胶材料的电气性能,研究表面放电对PRTV涂层憎水性的影响。结果表明:放电前后PRTV涂层憎水性明显下降,说明表面放电破坏了PRTV涂层中的化学键。同时,使用三电极测量系统对有无PRTV涂层和有无放电的试品进行测量,试验结果表明,PRTV涂层破坏了高温硫化硅橡胶基材的体积电阻率随温度变化曲线lnρv-1/T的线性规律,并且表面放电使得体积电阻率随温度变化曲线lnρv-1/T的线性关系更无规律可言。     

青藏工程直流复合绝缘子用硅橡胶耐紫外老化研究

青藏交直流联网工程位于高海拔、强紫外线的青藏高原地区,恶劣的自然环境对复合绝缘子有着更高的技术要求.针对该地区紫外辐射强度高的特点,从配方优化角度对复合绝缘子用硅橡胶进行了改进,并对改进前后的硅橡胶材料进行了2000 h紫外老化对比实验.结果表明配方优化后的硅橡胶材料在拉伸强度、拉断伸长率、体积电阻率和憎水性等机械电气性能方面均有显著提高,能够满足青藏工程的使用要求.同时根据实验结果分析了硅橡胶材料的紫外老化机理和老化时间趋势,发现紫外线是通过切断硅橡胶的侧链并发生交联反应来加速老化,而对硅橡胶主链几乎无影响.此外,在紫外老化初期硅橡胶性能下降较快,但经一段时间后变化趋于平缓.     

机械应力作用下硅橡胶材料的击穿特性研究

预制式硅橡胶高压电缆附件在运行过程中由于过盈配合长期承受较大的机械应力,会对其主绝缘材料硅橡胶的性能产生一定影响。本文首先研究了机械应力对硅橡胶击穿特性的影响,测试了不同拉伸比例下硅橡胶材料的击穿特性,并对比了相同厚度下拉伸与未拉伸状态试样的击穿场强,以及拉伸前后试样击穿场强的变化。然后对拉伸后的试样进行红外光谱、密度、力学性能和TSC测试,分析了不同机械应力作用对材料相关理化性能和电气性能的影响。结果表明:拉伸比例从0增大到125%时,厚度为1 mm和2 mm的硅橡胶绝缘材料的击穿场强分别增大了35.4%和51.0%;排除厚度变化的因素,材料在拉伸情况下的击穿场强仍比原始状态下高;撤掉应力后,其击穿场强反而比未拉伸试样低。     

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...     

不同含水量对油纸绝缘老化速率的影响

电气绝缘是电气设备的重要组成部分,是电气设备安全运行的关健因素之一。油纸绝缘系统受潮会使绝缘材料降解老化、介质损耗增加及绝缘电阻降低,最终导致设备的运行寿命受到严重影响。分析了绝缘受潮后对油纸绝缘系统的影响,并通过对不同受潮程度的油纸绝缘试样的老化试验,研究了不同含水量对油纸绝缘系统老化速率的影响。研究表明,受潮会加速绝缘老化,缩短电气设备的绝缘寿命。