热老化前后LDPE/SiO2纳米复合材料空间电荷积聚分析

在实际运行中,直流场强和热环境都会对聚乙烯电缆内空间电荷积聚行为产生影响,过量的空间电荷会威胁其绝缘性能,虽然纳米复合材料具备抑制空间电荷的能力,但对于热老化后其空间电荷的积聚特性仍有待进一步研究。采用电声脉冲法对热老化前后不同浓度的低密度聚乙烯(LDPE)/二氧化硅(SiO_2)纳米复合材料内空间电荷的积聚行为进行分析。结果表明,热老化会降低电极注入势垒并产生随机分布的深陷阱和杂质,增加空间电荷积累。纳米SiO_2引入的大量界面区域会产生均匀分布的深陷阱,并形成界面反电场,从而抑制载流子的运输和注入,且纳米粒子可以提高材料稳定性,提升电极注入势垒并延缓热老化进程。相比于纯LDPE,LDPE/SiO_2材料在热老化前后都具有明显的抑制空间电荷的能力。     

碳化硅改性超疏水涂层协同增强直流沿面闪络性能及机理研究

超疏水涂层在能源电力装备防湿/污闪络方面具有潜在的应用前景,但其表面在直流电场下易积聚电荷,导致电场畸变,诱发沿面闪络。该文研制了一种兼具优异憎水性和电荷消散特性的碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层,研究了其沿面闪络特性和机理。结果表明,填充碳化硅质量分数为40%的氟碳树脂超疏水涂层沿面闪络性能最佳,与室温硫化（RTV）硅橡胶涂层相比,其干闪和湿闪电压分别提升了62.1%和90.6%。研究发现,填充40%碳化硅的氟碳树脂超疏水涂层表面以浅陷阱为主,被捕获的载流子易于脱陷,有效提升了涂层的沿面干闪电压;同时,该超疏水涂层表面粘附功低,水滴易被电场驱离,可形成较大干区,显著提升了涂层的湿闪电压。因此,碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表现出良好的憎水性能、电荷消散特性和直流沿面闪络性能,对提升高湿环境中能源电力装备的绝缘性能具有重要参考价值。     

MgO、ZnO和SiO2纳米粒子改性LDPE后热氧老化防护能力比较及机理分析

低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)纳米复合材料的热氧老化防护性能因纳米粒子种类不同而存在差异。以MgO、ZnO、SiO₂ 3种纳米氧化物粒子为填料对LDPE进行改性,通过氧化诱导期、红外光谱、直流击穿场强、结晶度等参数分析了纳米粒子热氧化老化防护性能,采用分子动力学模拟软件计算了纳米粒子与LDPE分子链之间的相互作用能,分析了氧气在复合体系中的扩散情况。研究表明,掺杂MgO使LDPE具有最佳的抗氧化性和热氧老化防护效果,ZnO次之,SiO₂最差。纳米粒子通过抑制重结晶和氧气扩散起到了延后热氧老化反应发生时间的作用,发挥热氧老化防护能力。电负性越弱的原子对应的氧化物与聚乙烯分子链之间的相互作用能越高,对抑制重结晶过程和氧气扩散的效果越好,热氧老化防护效果越好。反之,电负性太强可能会使纳米氧化物吸附氧气而加速热氧老化过程。     

树脂灌封电力电子电容器耐湿热性能的研究

通过对树脂灌封的电力电子电容器灌封材料改性,提高环氧树脂阻隔性和与其他材料的结合力,同时对电容器的结构设计进行改进,减少水汽侵入,解决其在风能光伏等领域使用中的耐湿热问题。通过湿热耐久性试验和长时湿热耐久试验对改进后的电容器进行试验验证。改进后的电容器通过长时湿热耐久性试验,保证圆柱形电力电子电容器在严酷的环境中安全可靠地运行。     

XLPE/SiO2纳米复合材料长期直流老化特征寿命恶化分析

为了研究纳米SiO₂改性后的交联聚乙烯（XLPE）在直流电场下的长期老化规律,该文对纯XLPE和XLPE/SiO₂纳米复合材料的老化性能进行对比研究。首先在不同直流电压下分别对两种材料进行老化实验,发现XLPE/SiO₂纳米复合材料在电场较高时的确具有较纯XLPE更优异的耐电特性,但随着施加直流电场的降低,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命与纯XLPE的越来越接近,直到该文测试的最低直流电场强度115kV/mm（特征寿命1 000h以上）,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命已低于纯XLPE。对比分析XLPE/SiO₂纳米复合材料和纯XLPE老化数据显示,纳米复合材料的寿命指数低于纯XLPE。该文直流老化研究结果表明,尽管XLPE/SiO₂纳米复合材料的短期电性能指标优于纯XLPE,但长期直流老化性能会比纯XLPE差。     

VPI定子线圈绝缘的耐盐雾湿热老化性能研究

利用真空压力浸渍(VPI)绝缘制备定子线圈,开展模拟海洋气候的盐雾湿热老化试验。测试了不同老化周期时VPI绝缘复合材料吸水率的变化规律,并利用扫描电子显微镜(SEM)测试了材料老化前后表面微观形貌的变化;利用宽频介电阻抗谱仪测试不同老化时间、测试温度下VPI绝缘复合材料的频域介电特征量(介电常数、介质损耗因数、电导率)的变化规律,利用电介质极化理论分析老化前后微观结构形态变化与宏观介电性能之间的关系。结果表明:VPI定子线圈经过35周期的盐雾湿热老化试验后,线圈的介质损耗明显增大,表明VPI绝缘的耐盐雾、湿热老化性能较差。     

纳米SiO2表面改性及耐电晕漆包线漆的制备

采用纳米粒子改性、逐步分散的方法解决漆包线漆中纳米粒子团聚的难题。分别用乳化剂OP-10、硅烷偶联剂AP1231、硅烷偶联剂A112、γ-丙基三甲氧基硅烷(KH-560)和N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺(KH-792)5种改性剂对纳米SiO₂粒子表面进行改性,研究改性剂种类、改性剂用量、改性温度及改性时间对纳米SiO₂粒子改性效果的影响,通过耐电晕性能测试对比了改性前后的纳米SiO₂粒子对耐电晕漆包线漆性能的影响,并用透射电子显微镜(TEM)观察改性前后纳米SiO₂粒子的分散状况。结果表明：经KH-560改性后的纳米SiO₂在漆包线漆中分散性最好,其最佳工艺条件为：KH-560质量分数为1.5%,改性温度为90℃,改性时间为4 h。将改性后的纳米SiO₂逐步均匀分散到漆包线漆中,可以得到高稳定性、耐电晕时间>50 h的漆包线漆,适宜的纳米SiO₂添加量为13.5%。     

纳米SiO2增强脲醛树脂机械性能的分子模拟研究

介电材料广泛应用于现代电网,但容易出现开裂现象,引起局部放电、电树枝等危害。将芯材为双环戊二烯,壁材为脲醛树脂(PUF)的自修复微胶囊掺杂进介电材料,可实现材料的自修复。但PUF微胶囊硬度不足,其机械性能需要增强。文中采用分子模拟方法建立3组模型,每组分别包括一个纯PUF模型和一个掺杂纳米SiO2的PUF模型,经过计算后分析其密度、自由体积分数、机械性能,建立PUF/SiO2界面相互作用模型以挖掘其内部机理。结果发现,掺杂纳米SiO2有利于增大PUF材料的密度,减小自由体积分数、增强其机械性能。原因是PUF链上的极性原子和纳米SiO2表面的羟基、O原子之间存在氢键相互作用。文中采用分子模拟技术揭示了纳米SiO2增强PUF机械性能的内部机理。     

热老化条件下LDPE/TiO2纳米复合材料介电特性研究

电力电缆在运行过程中普遍存在的热老化现象容易加速绝缘失效,限制设备使用寿命,甚至引发电力系统故障。纳米粒子掺杂改性可以提高聚乙烯基体材料的热稳定性,开展相关研究可以为提高电缆绝缘寿命提供解决方案。以低密度聚乙烯(LDPE)/二氧化钛(Ti O_2)纳米复合材料为研究对象,分别研究了热老化条件下纳米粒子质量分数、老化时间、老化温度对材料介电特性的影响。实验结果表明,掺杂Ti O_2纳米粒子能够改善LDPE基体材料的介电特性,当Ti O_2纳米粒子填充质量分数为0.5%时,纳米复合材料介电特性最佳。老化时间和老化温度是影响材料介电特性劣化的两个重要因素,随着老化时间推移和老化温度提高,纳米复合材料的介电性能劣化现象越明显。对聚乙烯材料进行纳米改性的同时降低电缆运行环境温度,对提高电缆绝缘寿命具有重要意义。     

C4F7N/CO2中微水对环氧树脂沿面闪络特性影响

气体绝缘设备中存在微水,将会影响C₄F₇N/CO₂气体和环氧树脂组成气固绝缘系统的绝缘性能。文中首先探索了含微水条件下环保型气固绝缘系统沿面闪络电压的试验方法,随后测试了不同气压、不同微水含量时C₄F₇N/CO₂和环氧树脂气固绝缘系统的工频沿面闪络电压。结果表明,在同一微水含量下,环保气固绝缘系统的工频沿面闪络电压随着气体压强的增大而增大,并且具有一定的饱和趋势,微水也会降低气固绝缘系统“闪络电压-气体压强”的变化率;在同一气压条件下,工频沿面闪络电压随微水含量增大而呈现下降趋势,微水体积分数小于500×10^-6时,气固绝缘系统沿面闪络电压下降幅度不大于5.5%,当微水体积分数为1 500×10^-6时气固绝缘系统沿面闪络电压最大下降幅度为8.8%。研究可为C₄F₇N/CO₂混合气体绝缘电气设备工程应用时微水含量控制值的选择提供实践依据。     

纳米SiO2对RTV硅橡胶涂料性能的影响

在硅橡胶中加入SiO2能显著提高其机械性能,为了研究不同SiO2对硅橡胶材料机械性能的影响,借助扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)等仪器分析技术研究了SiO2的补强机理及对硅橡胶憎水迁移性的影响。试验结果表明颗粒较小的SiO2具有更好的补强效果;通过结构改性增强SiO2在硅橡胶中的分散性可增加硅橡胶材料的机械性能;提高SiO2的含量能增加硅橡胶材料的机械性能,但同时也将降低其憎水迁移性能。通过对两种nm级SiO2的对比试验发现当填料的添加量较低时,颗粒大小对补强效果起主要作用;当填料的添加量较高时,填料在胶中分散的均匀性对补强效果起主要作用。     

Ti02/环氧复合材料脉冲真空沿面闪络特性

为了揭示微米TiO2填料对环氧复合材料真空快脉冲作用下的沿面闪络特性的影响,并探讨相关影响因素的作用机理,制备了6种不同填料含量的TiO2/环氧复合材料,测试了各种试样在30 ns(脉冲前沿)/200ns(半高宽)脉冲作用下的真空沿面闪络电压,并测量了介电频谱和热刺激去极化电流(TSDC)。结果显示,TiO2质量分数(wt%)的变化对Ti02/环氧复合材料的闪络电压有显著影响,但两者之间并不是线性关系;随着填料质量分数的增加,复合材料的介电常数和电导率都逐渐增加;所有实验材料都存在深、浅两种不同的陷阱能级,深陷阱电荷量和浅陷阱电荷量随填料质量分数的变化呈现出不同的变化规律。分析认为,Ti02/环氧复合材料的真空快脉冲沿面闪络特性不能由介电常数和电导率等影响因素的变化趋势单独解释,而针对闪络的深浅陷阱共同作用模型可以很好地解释闪络电压的实验结果。同时,根据实验结果对闪络的深浅陷阱共同作用模型进行完善,提出了当填料质量分数较低时,浅陷阱将显著降低材料的闪络强度,而当填料质量分数较高时,深陷阱对闪络强度的增强作用更为明显。     

CeO2改性阴极扩散层对DMFC性能的影响

在常规的阴极扩散层中引入CeO2纳米粒子,通过扫描电镜(SEM)、接触角测试等表征了该扩散层的形貌、元素组成、亲水/疏水性。采用CeO2掺杂的扩散层组装了直接甲醇燃料电池(DMFC)单体电池并进行了性能测试,结果表明,与传统的阴极扩散层相比,该单体电池以2倍化学计量比空气进料,150 mA/cm2电流密度下,放电电压提高了24%。电池极化分析结果表明,该电池性能的改善可能是在低化学计量比空气进料条件下CeO2纳米粒子改善了氧的传质行为。     

B2O3掺杂对直流ZnO压敏电阻老化特性的影响

ZnO压敏电阻是避雷器的核心部件,其性能的好坏直接影响着避雷器的电气性能。因此,该文致力于通过B₂O₃的掺杂以改善直流ZnO压敏电阻的非线性和高荷电率下的老化稳定性,并利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和电容-电压（C-V）等特性测试研究B₂O₃掺杂对直流ZnO压敏电阻的微观结构和电气特性的影响。然后,在115℃、0.95E_1mA的条件下对直流ZnO压敏电阻进行1000h的直流加速老化试验,以验证其在高荷电率下的老化稳定性。试验结果表明,B₂O₃的掺杂提高了晶界层的势垒高度,改善了直流ZnO压敏电阻的非线性特性,并降低了其在高荷电率下的老化系数。     

氟化改性石墨烯纳米片对环氧树脂复合材料沿面耐压性能的影响EI北大核心CSCD

环氧树脂(epoxy resin,EP)的氟化纳米改性是提升复合绝缘材料沿面耐压性能的重要手段。该文对石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GNPs)分别进行等离子体氟化、化学氟化与等离子体–化学协同氟化3种不同形式的改性处理,探究不同氟化方式对含氟界面层的影响,并揭示其对EP复合材料直流沿面耐压性能的提升机理。结果表明:3种氟化石墨烯纳米片均对EP复合材料沿面闪络电压有提升效果。进一步对EP复合材料表面电荷消散情况及陷阱分布特性进行分析,发现不同接枝形式的GNPs对EP复合材料沿面耐压性能的提升机制存在差异。填料GNPs与EP基体间有效键合作用的形成,可以促进电荷沿GNPs的输运,从而影响EP复合材料的沿面耐压性能。     

纳米SiO2/低密度聚乙烯复合介质的击穿特性

聚合物纳米复合介质的击穿强度与纳米填充颗粒的质量分数、粒径和表面处理密切相关。以不同表面处理的纳米SiO2颗粒为填料,制备了不同填充质量分数、粒径的纳米SiO2/低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)复合介质,测试了其在交流、直流正极性和直流负极性3种不同类型电场下的击穿场强。结果表明:在所研究范围内,填充纳米SiO2颗粒可以提高低密度聚乙烯的击穿场强,并且随着填充质量分数的增加,复合介质的击穿场强有升高的趋势。纳米颗粒填充质量分数相同时,在12~16 nm粒径下,复合介质的击穿场强有随纳米SiO2粒径的升高而降低的趋势;在7 nm小粒径下,可能由于纳米颗粒容易团聚,导致击穿场强较粒径大时要低。另外,纳米SiO2颗粒表面经疏水性处理后,能够有效提高复合介质的击穿场强。     

不同油纸复合绝缘老化时生成CO、CO2的规律

CO和CO2是反映油纸绝缘系统绝缘故障的重要特征气体。为了研究并比较不同绝缘组合下油中CO和CO2体积分数φ(CO)、φ(CO2)的变化规律,对#25变压器油、普通纤维素绝缘纸、BIOTEMP植物绝缘油、Munksjo热稳定纸组成的4种油纸复合绝缘在不同温度下进行约4000h的加速热老化试验,对不同油纸复合绝缘的油中CO、CO2体积分数φ(CO)、φ(CO2)及比值φ(CO2)/φ(CO)随老化时间、绝缘纸聚合度的变化规律进行了研究。结果表明:采用Munksjo热稳定纸的油纸复合绝缘时,进入老化初期(聚合度约830)后,φ(CO2)/φ(CO)可以反映绝缘纸老化程度的变化;采用普通纤维素绝缘纸的油纸复合绝缘时,推荐用进入老化中期(聚合度约600)后的φ(CO2)/φ(CO)来量度老化程度的变化;绝缘纸聚合度与φ(CO2)/φ(CO)变化的关系中,影响φ(CO2)/φ(CO)达到最大值及到达时间的主要因素是纸的类型,而油的类型影响较小;与#25变压器油进行组合时,若用新型Munksjo热稳定纸替换普通纤维素绝缘纸来提高性能,则现行的用φ(CO2)/φ(CO)判断绝缘系统故障信息的标准需要进行适当调整。     

功能化SiO2/UV-XLPE纳米复合材料的交流介电性能研究

针对纳米SiO₂材料在XLPE基体中容易团聚的问题,采用巯基-双键点击化学原理和纳米材料的表面改性技术,将纳米SiO₂引入到了紫外光交联聚乙烯的网状结构中,提高了纳米SiO₂在XLPE基体中的分散性。同时引入了更多的深陷阱,改变了功能化纳米SiO₂与XLPE基体之间的界面特性,从而提高了功能化SiO₂/UV-XLPE纳米复合材料的介电性能。对材料进行核磁共振氢谱、红外光谱以及扫描电镜等实验进行结构表征。在线性升温条件下测试材料在工频下的介电常数ε_r和损耗角正切值tanδ,探讨功能化纳米SiO₂的表面高介电壳层对纳米复合材料的变温介电特性的影响;通过TSC测试探究材料内部的陷阱能级分布情况,并在不同温度下测试了材料的交流击穿特性。随着温度的提高,复合材料内部杂质分子热运动加剧,使得相对介电常数ε_r随温度提高减小,而偶极子转向在介电损耗中的贡献逐渐增大,所以损耗角正切值tanδ呈现出变大的趋势。另外功能化纳米SiO<...     

氟化协同偶联剂改性纳米SiO2/环氧树脂的热氧老化特性研究

环氧树脂在电机定子主绝缘中具有广泛应用,热老化是电机绝缘劣化的重要因素之一.氟化改性纳米SiO2填料可显著改善环氧复合材料的电气性能,然而氟化协同改性技术对环氧复合材料抗热氧老化的机制尚不清楚,限制了其在电机主绝缘中的应用.为此,论文对氟化协同偶联剂改性环氧复合材料的热氧老化特性进行研究,对不同老化时间下复合材料的表面形貌、玻璃化温度、击穿场强、介电特性及空间电荷特性等进行了测试.结果表明:与未改性环氧试样及单一偶联剂改性试样相比,随着老化时间推移,协同改性试样的玻璃化温度、击穿场强、介电常数、介质损耗因数等退化量显著减少.协同改性试样结构相对稳定,老化后材料表面分裂形成颗粒状物质受到有效抑制,具有更好的抗热氧老化特性.     

典型放电缺陷下的C4F7N/CO2分解特性

C₄F₇N的分解特性关系到气体绝缘电气设备的绝缘性能、缓冲气体选择、固体材料的选择等,也可为电气设备的故障识别提供参考依据。为此,首先利用量子化学方法计算分析了C₄F₇N的解离路径及主要分解物的形成。随后,以C₄F₇N/CO₂混合气体为研究对象,实施了电晕放电、火花放电、悬浮放电等典型缺陷,定性、定量分析了混合比例、施加电压等因素对分解产物种类和含量的影响。C₄F₇N的稳定产物包括全氟烷烃气体(PFCs)CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₃F₆、2-C₄F₆、2-C₄F₈和i-C₄F₁₀;腈类气体CNCN、CF