超高直流电场作用下金属化膜电容器的老化特性

为揭示超高直流电场作用下金属化膜电容器的老化特性，对电容器设备及其介质材料进行了研究。基于电容器的实际运行工况，对特殊设计的电容器元件在60℃下分别开展了直流场强为0En、1.4En、1.5En与1.6En的老化试验。对老化中的电容器元件电容量和老化失效后的基膜（双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜）进行测试。结果表明：电容器失效机理与老化电场有关，存在阈值电场。当老化电场低于阈值电场时，电容器发生长期失效，受到薄膜性能劣化的影响电容量降低，薄膜的电气强度随分子链段运动活化能的降低而降低；当老化电场高于阈值电场时，电容器发生短期故障，极高的电应力使薄膜介质原有的电弱点迅速击穿，自愈面积快速增大，设备寿命大幅缩短。     

电热老化对聚丙烯薄膜形态及击穿特性的影响

选取了通过GB/T 11024.2—2001规定的1 000 h老化试验的电容器单元,以及相同设计的新下线未服役电容器单元,对2台电容器单元中的聚丙烯薄膜分别进行了差示扫描量热法分析(DSC)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)、凝胶渗透色谱法(GPC)检测以及小面积电极击穿试验,通过结果的对比分析得出了该条件下的老化对聚丙烯薄膜内部形态以及击穿特性的影响。结果表明,聚丙烯膜的结晶度在老化后会有略微的降低,整个老化过程不会有明显的其他物质产生或分子链大规模断裂,薄膜的击穿场强降低,而击穿性能的退化主要体现在击穿场强在老化前就较低的部分。     

高介电聚丙烯基纳米复合薄膜介电及储能性能抗老化特性

该文以一种具有新型介电特性的聚丙烯基纳米复合薄膜为研究对象,通过与德国创思普公司以及我国百正公司的双轴拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜进行对比,基于试验重点研究三类薄膜热老化行为对薄膜结构变化和介电性能的影响,发现随老化时间的延长,BOPP的相对介电常数和损耗均有所升高,而复合薄膜的相对介电常数下降;另外,所有样品的储能特性都随着热老化时间的增加而下降。研究结果表明,热老化前后高介电聚丙烯基纳米复合薄膜的相对介电常数和储能密度均优于两种BOPP薄膜。因此聚丙烯基纳米复合薄膜是一种高相对介电常数、具有较好储能性能电介质薄膜,可用于制备具有高储能密度的薄膜电容器。     

结晶度对金属化膜电容器保压性能的影响

电容器在充电至设定电压并与电源断开后,会出现电压降落的现象,造成放电效率的下降。以金属化聚丙烯薄膜电容器(metallized polypropylene film capacitor,MPPFC)为对象,研究了结晶度对电容器保压性能的影响。结合热刺激去极化电流法得到薄膜的陷阱参数,并搭建了MPPFC的保压性能试验平台,研究了不同结晶度薄膜电容器元件的保压性能。研究结果表明:随着结晶度的增加,聚丙烯薄膜电导率减小,同时松弛极化支路数减少,陷阱深度变浅,MPPFC的保压性能增强;较高结晶度的BOPP薄膜电导率小,对应介质泄漏少;同时结晶度的提高改变松弛极化过程,使电压降减小。适当提高电介质薄膜的结晶度有助于提高金属化膜电容器的保压性能。     

电容器用BOPP薄膜及其专用树脂研究进展

双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是电容器的重要组成部分。本文归纳了作为BOPP薄膜的聚丙烯树脂原料关键参数（灰分含量、等规度、相对分子质量、熔体流动速率、等规序列长度）及其影响规律，同时总结了BOPP电容器薄膜的现有生产工艺，并进一步对BOPP薄膜性能的提升方法进行了综述。最后，提出未来电容器用BOPP薄膜的发展重点将是超低灰分树脂原料与耐热薄膜产品。     

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...     

双向拉伸聚丙烯薄膜shish-kebab结构的辐照劣化模型研究

高能射线辐照会导致电容器储能介质发生交联和降解等化学变化,进而影响到电容器的宏观电气性能和应用性能。该文以双向拉伸聚丙烯(biaxially oriented polypropylene,BOPP)薄膜典型的串晶结构(shish-kebab)为对象,研究了γ辐照积累剂量D对分子链结构和结晶特性的影响,建立了辐照劣化模型。研究结果表明,当D<10 kGy时,辐照交联和降解反应同时发生且程度相当,结晶度和大分子含量均无明显变化;当D≥10 kGy时,辐照降解反应占主导,shish晶逐渐被破坏,结晶度和大分子含量逐渐下降;当D=1 000 kGy时,shish-kebab结构几乎完全破坏,薄膜内主要为片晶和无定形结构。该模型描述了γ辐照下shish-kebab结构的劣化过程,为聚合物晶体结构的辐照老化机理研究提供参考。     

动向

多年来,我国电容器用双轴定向聚丙烯薄膜(BOPP)的供应紧张状态,1989年可望得到缓解。七十年代初,我国试制成功BOPP,在电容器中应用成功。自此以后,这种新材料在电力电容器、电子及通讯电容器、家用电器用低压电容器以及其它各类电容器中,获得了越来越广泛的应用,成为电容器固体介质的主要材料。但由于技术、原料和设备等方面原因,国产BOPP在数量、品种,规格等方面,一直不能满足电容器行业越来越大的需求,每年都需一定量进口,供应长期处于紧张状态。 1986年以前,我国专门生产电工BOPP的工厂只有东方绝缘材料厂,年产600吨左右,主要生产用于高压电力电容器的易浸型BOPP,数量尚不能满足国内需求。 1986年,广东新会电容薄膜厂投产,该厂是我国第一家能生产各种规格、各种品种的电容器薄膜专门生产厂。该厂可以生产厚     

加速热氧老化中交联聚乙烯电缆绝缘聚集态结构与介电强度关联性研究

为了研究加速热氧老化对中交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘聚集态结构和介电强度的关联性,对XLPE电缆绝缘进行了X射线衍射实验、扫描电子显微镜观察、差示扫描量热分析、工频击穿实验和氧化诱导期测量。实验结果表明:氧化诱导期先快速下降然后接近于0。根据氧化诱导期实验可以将加速热氧老化可以分为两个阶段,即重结晶期和热氧老化期。在重结晶期结晶度、晶体熔融温度和工频击穿场强略微上升。与此同时,氧化诱导期快速下降,表明试样内部的抗氧化剂被大量消耗。在热氧老化期结晶度、晶体熔融温度和工频击穿场强均显著下降,氧化诱导期接近于0,表明试样内部的抗氧化剂已基本消耗完毕。此阶段XLPE中氧化反应可以自发加速进行,产生了较多的断链及氧化产物。根据上述实验结果,提出了一种基于热膨胀力和氧化反应的热氧老化模型,对老化过程中XLPE电缆绝缘聚集态结构和介电强度的劣化过程进行了解释。     

基于介质体内陷阱参数与松弛过程的XLPE电缆绝缘热老化行为分析

该文通过热刺激电流法(thermally stimulated depolarization current,TSDC)研究了热老化对XLPE电缆绝缘陷阱参数的影响。TSDC结果表明,XLPE绝缘在-70、-30、75、95及105℃附近共出现了5个松弛峰。-70和-30℃附近的两个松弛峰在整个热老化过程中活化能保持不变,可认为是XLPE的本征松弛过程,分别对应无定形区链段运动和羰基转向极化,其陷阱电荷量在重结晶阶段基本不变,在热氧老化阶段快速增加。75℃附近的松弛峰对应XLPE晶区与非晶区界面处陷阱电荷的释放。在重结晶阶段,该峰的活化能增大,陷阱电荷量保持不变,在热氧老化阶段该峰的活化能趋于饱和,陷阱电荷量增大。95和105℃附近的两个松弛峰分别对应晶区分子链段的运动和起始熔融过程,总陷阱电荷量在重结晶阶段增加,在热氧老化阶段减少。     

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。     

硅烷偶联剂改性纳米AlN对碳化硅器件封装用有机硅弹体耐电及老化特性的影响

为了研究硅烷偶联剂改性纳米氮化铝（AlN）对有机硅弹体耐电及高温老化特性的影响,该文将纯有机硅弹体及其硅烷偶联剂改性纳米AlN复合材料在250℃高温下热老化500h,对老化前后的试样进行形貌分析、扫描电镜（SEM）断面表征、热重分析（TGA）、直流电导率及去极化电流测试、空间电荷测量、介电谱、直流击穿实验和量子化学计算,并对硅弹体基体和纳米AlN界面在老化过程中的状态变化进行分析,提出热老化前后的界面模型。结果表明：纯有机硅弹体热老化后热分解产生大量断链和内部微孔,其浅陷阱密度增加;对于纳米复合材料,老化前硅弹体基体与纳米AlN之间存在界面间隙,浅陷阱深度减小;热老化前后的界面状态对硅弹体纳米复合材料的热稳定性和电气性能产生了明显的影响,热老化后硅弹体基体与纳米AlN之间形成化学键和氢键,提高纳米复合材料的热分解温度,也使其深陷阱深度和密度增加。相比于老化后的纯有机硅弹体,老化后的纳米复合材料直流电导率更低、空间电荷积累更少、直流击穿场强明显提升,且质量分数3%纳米掺杂的复合材料具有最好的热分解抑制效果。研究结果表明,适量掺杂的硅烷偶联剂改性纳米AlN可显著提升有机硅弹体的耐电及老化特...     

基于太赫兹时域光谱的XLPE老化评估研究

合理预测交联聚乙烯（XLPE）电缆的老化状态，及时更换老化严重的电缆，对于电网的稳定运行至关重要。本研究对XLPE绝缘电缆试样进行145℃的加速热老化实验，分析了相关微观理化特性，并建立了太赫兹频段介电参数与微观结构之间的关联。结果表明：随着老化时间的增加，XLPE的结晶度降低、热稳定性下降，羰基指数增大，表明XLPE老化程度逐渐加剧；在太赫兹频段范围内，介电常数实部受结晶度、极性基团含量等多种结构因素的共同影响，导致其与老化时间之间的关系不明确，但介电常数虚部的变化主要由源于极性基团的偶极子高弹态极化引起，表现出随老化时间增加而逐渐增大的趋势。经拟合发现介电常数虚部与羰基指数呈正相关关系，因此太赫兹频段介电常数虚部能够较好地反映XLPE试样的老化程度。     

气固复合绝缘变压器聚酯材料老化特性研究

为了研究长时间运行下SF₆气固复合绝缘变压器的老化状态，建立了变压器内部聚酯绝缘材料老化评估模型。首先对6020型PET薄膜进行加速热老化实验，然后采用频域介电谱、差示扫描量热、拉伸以及近红外光谱检测PET材料的老化特性。实验发现，PET薄膜介电损耗随老化呈现先减小后增大趋势，采用Havriliak-Negami介电弛豫模型处理后选取了典型特征参量τ₁和τ₂,并拟合得到了老化时间与τ₁和τ₂的经验公式；PET薄膜的结晶度和断裂伸长率随着老化呈现先增大后减小趋势，拉伸强度呈现减小趋势；PET薄膜近红外吸光度随着老化呈现减小趋势，采用线性判别分析算法进行降维处理后获得了较好的分类结果。综合分析可得，频域介电谱弛豫时间常数τ₁和τ₂、拉伸强度和近红外光谱吸光度特征参量可以较好的表征聚酯材料的老化程度。     

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。     

射频磁控反应溅射氧化硅薄膜微结构和电击穿场强研究

采用射频磁控反应溅射法在单晶硅片上制备了氧化硅(SiOx)薄膜,分析了薄膜的主要成分,研究了制备工艺对薄膜表面形貌和电击穿场强的影响.结果表明:薄膜的主要成分为氧化硅(SiOx);退火前后,薄膜的表面粗糙度由原来的1.058nm下降至0.785nm,峰与谷之间的高度差由原来的7.414nm降低至5.046nm;薄膜的电击穿场强随溅射功率的增加先增大后减小,通过800℃/100 s的快速热退火,在各种射频功率下制备的薄膜电击穿场强都有明显升高.薄膜的绝缘性能显著增强.     

不同热老化温度下高压电缆绝缘特性及失效机理

高压电缆的运行温度是影响其绝缘性能的关键因素。该文通过对交联聚乙烯（XLPE）开展不同温度下的加速热老化实验，对比了XLPE微观理化性能和宏观电学性能的变化规律。同时，在微观层面模拟了XLPE分子在不同温度下自由体积与均方位移的变化规律，在宏观层面结合XLPE的介电性能分析了高压电缆内部温度场的变化规律，进而揭示了高温下高压电缆的绝缘失效机理。研究结果表明，随着老化温度的升高，XLPE分子的劣化程度加快，羰基、碳碳双键等官能团含量增大；介质损耗因数与介电常数逐渐增加，甚至出现了突增的现象；结晶区结构的被破坏加快了击穿场强的下降；分子运动加剧，自由体积率从12.53%增大至14.07%。老化后介电性能的下降会导致电缆内部温度升高，从而对电缆的热老化起到了正反馈作用。     

500 kV电力电缆用国产交联聚乙烯绝缘材料性能分析

讨论了新型国产超净XLPE绝缘材料应用于500 kV交流电缆的适用性，首先分析了对应基料与进口基料在分子量以及分子链结构上的异同；然后对比研究了该国产绝缘材料与2种进口绝缘材料的电、热、力学性能，发现3种材料性能相当且均满足应用于500 kV电缆绝缘的要求；最后结合基料的分子链结构特性，认为在基料中引入更多的端基双键以提升交联效率，可能是后续国产绝缘材料提升的方向之一。     

10kV交联聚乙烯电缆加速电老化特性研究

在电应力长期作用下,XLPE电缆易发生绝缘老化.为研究XLPE电缆的电老化特性,对10 kV XLPE电缆进行加速电老化实验,并对老化前后样本进行理化性能及介电性能测试.结果表明:电老化后XLPE结晶度明显降低,熔融峰特征温度出现小幅下降;XLPE亚甲基含量有所上升,材料内部出现碳碳双键;PDC测试结果表明,电老化后样品极化电流和去极化电流均有所上升,XLPE电导率和低频介质损耗明显增加.由此可知,高能电子撞击使XLPE分子链发生化学键断裂,从而造成小分子链数量增多以及结晶区破坏,进而导致材料的理化性能和介电性能下降.     

电热作用下聚酰亚胺绝缘的电荷陷阱及微观特性

聚酰亚胺因其良好的热稳定性和电气绝缘性能常被用作变频电机的绝缘材料，但在使用过程中，其构象缺陷产生的电荷陷阱在外部因素影响下容易引发空间电荷效应，从而加速聚酰亚胺的老化。为此基于密度泛函理论和分子动力学模拟了电热作用下聚酰亚胺分子的微观行为，深入分析了聚酰亚胺分子的电荷陷阱参数，并运用过渡态理论和自由能增量讨论了分子微观特性与电老化反应之间的联系。结果表明：电场在0.1×10¹⁰～0.4×10¹⁰ V/m时，聚酰亚胺分子沿电场定向运动，其结构有序排列，当电场为0.5×10¹⁰ V/m时，分子形态不再保持，造成自由体积重排，这是由于电场力超过了聚酰亚胺分子间相互作用力。聚酰亚胺分子的能带在外加电场下发生倾斜，其电荷陷阱深度随场强的增大而逐渐加深。温度作用下聚酰亚胺体系热运动加剧，分子链段运动空间舒张，相较于电场，温度的升高使陷阱能级整体呈现下降趋势，电荷在高温下更容易脱陷。电老化反应遵循过渡态理论，电场改变聚酰亚胺分子微观结构会增加分子振动频率从而引起自由能增量的变化，使得分子体系内部老化反应速率加快，研究发现聚酰亚胺体系...