涂覆聚间苯二甲酰间苯二胺浆液提高间位芳纶纸电气强度的研究

采用不同固含量的聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）浆液对间位芳纶纸进行表面涂覆,然后对涂覆PMIA浆液后的间位芳纶纸进行烘干处理。采用冷场发射扫描电子显微镜、万能试验机、宽频介电阻抗谱仪和电气强度测试仪表征改性间位芳纶纸的形貌、力学性能、介电性能和电气强度。结果表明：PMIA浆液能够改变间位芳纶纸的结构,并减小间位芳纶纸内部孔洞。当表面涂覆的PMIA浆液的固含量为10%时,间位芳纶纸的横向和纵向抗张强度分别提升至51.3 MPa和94.4 MPa。此外,涂覆固含量为10%的PMIA浆液的间位芳纶纸介电常数为2.07,电气强度提升至29.83 kV/mm。表面涂覆PMIA浆液后的间位芳纶纸力学性能和电气强度优于原始芳纶纸,并且在180℃下处理后,改性间位芳纶纸的力学性能和电气强度仍优于原始间位芳纶纸,能够满足芳纶纸在更高电场强环境中的应用,进一步拓宽了芳纶纸的应用领域。     

锥-板电极下叠层芳纶纸的局部放电特性研究

间位芳纶具有极高的绝缘强度和组分稳定性,是电气绝缘领域新一代绝缘纸的理想基材。为研究极不均匀电场下,干式绝缘用间位芳纶叠层纸的击穿特性和局部放电发展特性,探究多叠层芳纶纸在长时间加压下的绝缘失效现象,选用锥-板电极构建极不均匀电场,开展了锥-板电极下叠层芳纶纸的恒压局部放电实验。基于叠层击穿电压和击穿时延测试选取了合理的恒压参数,接着制备了不同局放时间的叠层纸样品,并对其碳痕形态、官能团分解情况、陷阱特性和剩余绝缘强度进行了测试。结果表明：叠层厚度由单层0.18 mm增长至6层1.08 mm时,芳纶纸电气强度下降了48.59%;根据局放过程中“放电量-相位”特征谱图和典型放电现象,局放发展过程可以划分为放电起始、放电发展和预击穿阶段;击穿点处损毁形式呈现大面积的沿面碳痕,碳痕处的N-H、CO-NH等酰胺基团分解,碳痕化后的样品深、浅陷阱能级均变小,局放导致的碳痕生长在一定程度上可以提升锥-板电极下材料的电气强度,均化锥-板电极的电场。     

导线绕包用聚芳酰胺纤维纸热老化及应用性能研究

为比较市场上常见的导线绕包用聚芳酰胺纤维纸的热老化性能及应用特性,本文采用国内外3种2mil导线绕包用芳纶纸开展了空气中热老化性能、金属中热老化性能、油中热老化性能、吸油特性和油污特性的研究。结果表明：3种导线绕包用间位芳纶纸在空气中的热老化性能基本在同一水平;与金属接触时,某国产导线绕包用间位芳纶纸（2#）的热老化性...     

热老化对变压器绝缘纸微观结构影响的实验研究

为了研究热老化应力对变压器绝缘纸微观结构的影响,以更准确地分析油纸绝缘机械强度和绝缘性能,文中对油浸纸试品进行加速热老化实验,获取不同老化程度的变压器绝缘纸试样。测量了绝缘纸试样的聚合度,采用扫描电镜观察绝缘纸试样的表面微观形貌,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析纤维素分子结构变化。分析结果表明,热老化对变压器绝缘纸微观纤维结构破坏显著,纤维细化,断裂增多,纤维分子结构及相关官能团数量变化明显。     

不同温度热老化对高压配网交联聚乙烯电缆绝缘表面陷阱参数的影响

陷阱参数可影响交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘中载流子的注入和迁移过程,进而对XLPE电缆绝缘的介电性能产生影响。针对商用110kV的高压配电电缆绝缘,通过等温表面电位衰减(isothermal surface potential decay,ISPD)测试系统研究不同温度热老化过程对XLPE电缆绝缘表面陷阱参数的影响。实验结果表明,未老化的XLPE电缆绝缘表面以电子深陷阱和空穴深陷阱为主,当老化温度低于XLPE的熔融温度(T_m)时,浅陷阱密度增加,深陷阱密度变化幅度不大,XLPE电缆绝缘表面仍以深陷阱为主。而当老化温度高于Tm时,电子、空穴浅陷阱密度大幅增加,深陷阱密度大幅下降,陷阱能级下降,老化临界时间之后,XLPE试样表面以电子浅陷阱和空穴浅陷阱为主。热老化试样中浅陷阱密度的增加可能来源于羰基(C=O)等老化副产物的增加,深陷阱密度的下降可能是来源于老化过程对球晶的破坏。不同老化温度条件下表面陷阱密度和能级变化规律的差异可能是由晶体结构劣化方式的差异造成。     

热老化对电压稳定剂改善交联聚乙烯绝缘性能的影响

为了进一步提高交联聚乙烯(XLPE)的电气性能,该文选用间氨基苯甲酸作为电压稳定剂,用溶液法制备了质量分数为1％的XLPE共混物试样,并对试样进行加速热老化实验.利用空间电荷、电导率和表面电位衰减测量,研究了添加电压稳定剂和热老化前后材料的电气性能.通过试样在添加电压稳定剂与老化前后的电场和陷阱能级分布,分析了电压稳定剂以及热老化对试样内部陷阱的影响.结果表明,间氨基苯甲酸能够有效抑制XLPE中的空间电荷积聚,改善试样内部电场分布,同时降低试样的直流电导率.热老化后,试样内部出现了明显的空间电荷积聚,电场畸变明显,表面电位衰减速率下降,直流电导率有明显上升.由此可知,电压稳定剂的添加导致试样内部深陷阱和浅陷阱密度的增加,提高了电荷注入的势垒.热老化使陷阱密度下降,深陷阱加深,导致材料中空间电荷积聚,电场畸变明显,从而降低了材料的电气性能.     

间位芳纶树脂薄膜的热老化性能实验研究

为了探讨芳纶薄膜作为电工绝缘材料的热老化性能,采用间位芳纶树脂制得芳纶树脂薄膜,在不同温度条件下进行热老化试验,并基于抗张强度变化,建立了芳纶树脂薄膜的Arrhenius热老化方程。结果表明:间位芳纶树脂薄膜的使用上限温度为145℃,达到B级绝缘材料的耐热等级。该Arrehenius热老化方程可作为评估聚合物薄膜热老化性能的一种快速有效的方法。     

纳米SiO_2/芳纶绝缘纸复合材料的空间电荷特性和介电性能

为提高油纸绝缘系统的绝缘寿命,提出将纳米SiO_2粒子改性的芳纶绝缘纸应用于直流输变电设备的方法。在加压和去压短路条件下,测试了不同纳米SiO_2含量的芳纶绝缘纸试样的空间电荷特性、热刺激去极化电流、直流击穿强度和体积电阻率。结果表明:添加纳米SiO_2使芳纶绝缘纸的线均电荷密度明显低于纯芳纶纸试样;随纳米SiO_2含量的增加,试样平均电荷密度衰减速率呈现先减小后增大的变化趋势;SiO_2的添加增加了芳纶纸内部深陷阱和浅陷阱的密度;纳米SiO_2含量为1wt%时直流击穿强度最大;芳纶纸的体积电阻率随纳米SiO_2含量增加呈单调递增趋势。机理分析表明纳米SiO_2粒子浓度过高时,其分散性变差导致其对芳纶纸性能的改善作用变弱。     

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。     

电压稳定剂接枝改性对500 kV直流XLPE电缆材料电气性能的影响

为了研究4-乙酰氧基苯乙烯（AOS）电压稳定剂接枝改性对500kV高压直流交联聚乙烯（XLPE）电缆材料在不同温度、电场强度和接枝含量下的电气性能的影响，该文通过熔融接枝法制备了不同含量的AOS接枝XLPE(XLPE-g-AOS)试样，通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和差示扫描量热实验分别表征试样的微观形貌、理化结构和结晶特性，对试样进行了直流电导电流、空间电荷、直流击穿、热刺激去极化电流测量，得到试样在不同温度和电场强度下的电气性能参数，结合量子化学计算分析了AOS接枝对XLPE复合材料陷阱特性和电荷输运的影响。结果表明：AOS接枝使试样断面形貌更加粗糙，而较高含量接枝会出现纳米球形分散相；XLPE-g-AOS的熔融温度和结晶度比纯XLPE更高；AOS质量分数为3%的XLPE-g-AOS具有最大的浅陷阱能级和密度，且其在高温高电场下具有最低的直流电导率、最少的空间电荷积聚量、最小的电场畸变率和最高的直流击穿强度。接枝AOS引入了更深且更多的浅陷阱，形成了均匀致密的浅陷阱点阵，阻碍了载流子迁移。     

相变对聚乳酸空间电荷和直流击穿特性的影响

为研究相变对聚乳酸(PLA)空间电荷特性和电气强度的影响,制备了PLA试样并对其理化性能、电导电流、空间电荷、电气强度展开研究.结果表明:PLA的相变(玻璃化转变)温度为59℃,在相变前后PLA分别发生成核和晶胞生长,使得PLA的电导率随温度升高呈先上升后下降再上升的变化趋势;相变过程中引入了更多界面浅陷阱,导致PLA的平均陷阱深度随温度升高而减小.相变前后PLA分别为玻璃态和橡胶态,当温度分别升高20℃,玻璃态时电气强度下降12％,橡胶态时电气强度下降40％.     

硅烷偶联剂种类对纳米TiO2/间位芳纶复合绝缘纸电气性能的影响

为了进一步提高间位芳纶纸的绝缘性能，分别采用KH550、KH560、KH580、KH151硅烷偶联剂对纳米TiO₂进行处理，制得了纳米TiO₂/间位芳纶复合绝缘纸。主要研究了偶联剂种类对复合绝缘纸电气性能的影响，包括电气强度、体积电导率、电荷陷阱特性等，此外还探究了复合绝缘纸热学和力学性能的变化。对不同硅烷偶联剂接枝的TiO₂/间位芳纶界面进行了分子动力学模拟，从界面结合能和均方位移参数方面阐述了硅烷偶联剂对填料-基体界面的改善作用。结果表明：以电气绝缘性能为最主要的指标，硅烷偶联剂对复合绝缘纸改性效果从高到低依次为KH550、KH151、KH560、KH580；合适种类的硅烷偶联剂可有效改善纳米填料在基体中的分散性，提高复合绝缘纸的击穿电压和体积电阻率，并对芳纶纤维的耐温性和机械强度有一定的增强作用。     

干式变压器绝缘试样活化能与热老化程度的关联特性

干式变压器在中低压配电网中的应用愈加广泛,但干式变压器主要绝缘材料环氧树脂的本征特性与老化程度的关联规律还不甚明确。活化能是电介质内部微观运动单元在运动时克服的能量势垒,是绝缘材料老化状态的微观本征反映。为研究干式变压器用环氧树脂的活化能及其他特性表征参数与热老化程度之间的关联规律,本文对干式变压器用环氧树脂试样进行不同温度的热老化,测量试样的不同温度下的介电谱和电气强度。结果表明,随着老化时间的增加,试样的界面极化松弛活化能呈现减小-增加-略有减小-最终增加的变化趋势,原因是老化过程中极性基团、自由基的增加和减少会使陷阱深度加深或降低。随着老化时间增加,试样的相对介电常数、介损因数呈现减小-增加-略有减小-最终增加的变化趋势,且在老化后期相同老化时间时,温度越高相对介电常数、介损因数越高,击穿场强随着老化时间呈现上升-下降-略有上升-最终下降的趋势,介电参数与电气参数随老化的变化表明温度越高试样老化越严重。本文研究发现活化能、相对介电常数、介损因数、击穿场强随老化时间的变化规律有一定的相关性,建立了热老化这一缓慢化学反应与松弛活化能之间的作用联系。     

植物油纸绝缘加速热老化特性研究

开展植物油纸绝缘加速热老化实验,制备不同老化程度植物油纸绝缘样品,获取植物绝缘油酸值及含水量、绝缘纸含水量、聚合度等老化特性,研究植物油纸绝缘中热老化特性的变化规律。     

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。     

电声脉冲法研究热老化对160kV直流电缆绝缘材料陷阱特性的影响

交联聚乙烯(XLPE)老化会引起内部陷阱特性的变化,进而造成空间电荷分布的变化,威胁直流电缆的安全运行。对160k V直流电缆切片进行了90℃和135℃不同程度的热老化试验,并利用电声脉冲法(PEA)探究了热老化对直流电缆空间电荷分布的影响。通过分析空间电荷的衰减规律并结合等温松弛理论,提出了利用PEA法分析绝缘材料陷阱特性的方法,并对老化前后试样内的陷阱特性进行了分析研究。研究结果表明,90℃热老化前期由于后交联反应,试样部分深陷阱转为浅陷阱,直流电缆内部空间电荷消散特性变好;但随着老化时间的进一步增加,试样内的陷阱深度及密度均有一定程度的增长,空间电荷积累量也随之增加。试样在135℃高温热老化情况下,内部发生强烈的热氧反应,结晶形态遭到严重破坏,陷阱能级及密度均大大增加。     

不同温度热老化对XLPE电缆绝缘材料晶体结构的影响研究

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆由于优良的电气和理化性能而被广泛应用于电力传输系统。为了研究不同温度热老化对XLPE电缆绝缘晶体结构的影响,该文对商用110 k V XLPE电缆绝缘在100和160℃进行加速热老化实验,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、差示量热扫描(differential scanning calorimetry,DSC)分析和扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)观察等实验手段对不同热老化试样的晶体结构进行表征,并采用DSC法对不同热老化试样中的残余抗氧化剂含量进行表征。实验结果表明,根据抗氧化剂是否消耗完毕,XLPE试样的热老化过程可以分为物理老化阶段和化学老化阶段。物理老化阶段中,重结晶过程使得不完善的晶体趋于完善,结晶度升高;化学老化阶段中,氧化反应引发XLPE分子链断裂,结晶度下降。100℃热老化条件下,相比无定形区,结晶区具有更致密的结构,不利于O2的侵入,因此热老化主要破坏XLPE试样的无定形区。160℃热老化条件下,XLPE试样中的晶体处于熔融状态,热老化对已熔融的结晶区造成严重破坏,使得重结晶后的球晶数目减少、组成球晶的片晶数目减少、片晶间距增大、球晶结构的完整性被破坏。     

过氧化二异丙苯交联剂对XLPE击穿及陷阱特性的影响

通过表面电位衰减法(SPD)和工频击穿实验研究了过氧化二异丙苯(DCP)含量对XLPE试样击穿与陷阱特性的影响。结果表明:随着DCP含量的增加,XLPE的电气强度及深陷阱密度均呈先增大后减小的趋势,两者均在DCP质量分数为0.5%时达到最大值,这是由于未掺杂DCP时,试样内部的陷阱以浅陷阱为主,电气强度较低,随着DCP含量增加,交联过程中在XLPE内部引入了更多的深陷阱,电气强度升高。但DCP含量进一步增加时,深陷阱密度开始减小,电气强度降低。当DCP质量分数为0.5%～1.0%时有利于提高XLPE的击穿特性。     

电声脉冲法测量聚合物绝缘表面陷阱能级分布

对紫外光老化不同时间的低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)试样及3%含量的纳米氧化锌(ZnO)粒子与LDPE复合材料试样进行了交流击穿实验,结果表明纯LDPE试样的击穿强度随光老化时间的增加逐渐降低,3%含量的纳米ZnO粒子与LDPE复合材料的击穿强度光老化后基本保持不变。通过对老化前后试样的老化面分别进行电晕放电注入负电荷,并采用电声脉冲法测量短路状态下表面注入电荷随时间的衰减特性,通过公式推导计算得出试样老化面的陷阱能级分布。结果表明,纳米ZnO粒子不仅能提高聚乙烯的光稳定性,还通过成核和界面作用减少聚乙烯体内深陷阱密度,增加浅陷阱密度。