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。     

加速热老化对硅橡胶击穿及电荷输运特性的影响

实际服役的220 kV高压电缆附件用硅橡胶材料在180℃下进行加速热老化,对老化后试样的交流击穿特性、表面电位衰减特性以及交联密度进行测试与分析。结果表明:随着热老化时间的增加,硅橡胶材料的击穿强度先增大后减小,在老化14 d时达到最大值。随着老化时间的增加,硅橡胶材料的电荷迁移率先减小后增大,在老化14 d时达到最小值。结合交联密度的测试结果分析认为,在老化初期,硅橡胶分子链段进一步交联,交联密度有所提升,硅橡胶对电荷的束缚能力增强,导致电荷迁移率减小,击穿强度增大。随着老化程度的加深,硅橡胶交联结构逐渐被破坏,交联密度减小,对电荷的束缚能力减弱,导致电荷迁移率增大,击穿强度减小。     

绝缘油对高温硫化硅橡胶电晕老化特性的影响

为了获取硅橡胶复合绝缘材料与油长期电晕老化等关键试验数据,研制长寿命、高可靠性的油浸式复合套管,对未吸油和吸油达到饱和的高温硫化硅橡胶进行电晕老化试验,研究不同老化程度下绝缘油对硅橡胶物理、化学以及电气性能的影响。首先,观察了不同老化阶段硅橡胶试样表面宏观形貌的变化,并采用扫描电镜对电晕老化后硅橡胶试样的表面微观形态进行分析;然后采用红外光谱仪分析了绝缘油渗入对硅橡胶电晕老化后内部化学结构的影响;最后通过试样表面的静态接触角和沿面闪络电压测试分析了绝缘油渗入对硅橡胶试样电晕老化后憎水性和沿面闪络特性的影响规律。结果表明:绝缘油的渗入会加速高温硫化硅橡胶的电晕老化过程,新生成的醛类和酸类化合物会加剧硅橡胶主链和侧链的断裂,使表面微观孔洞更加明显,导致憎水恢复性变差,闪络电压降低。     

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。     

硅橡胶在不同电晕老化阶段下的表面电荷对沿面闪络的影响

为深入探究硅橡胶电晕老化后的表面电荷变化及其对沿面闪络的影响,首先通过多针–板电极对硅橡胶试样进行电晕老化。通过测量不同老化时间下硅橡胶的表面电荷分布以及一定老化时间下硅橡胶在外加电压为零至闪络过程中的表面电荷分布,探究了硅橡胶在不同老化阶段的表面电荷变化以及电晕老化后硅橡胶的沿面闪络。最后通过热刺激电流试验、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱分析方法研究试样在电晕老化过程中微观电特性与物化缺陷的变化,并讨论了电晕老化后硅橡胶的陷阱特性对其表面电荷的影响。研究结果表明:随着电晕老化时间的增加,硅橡胶的陷阱能级加深、陷阱电荷量增加,同时硅橡胶表面俘获载流子能力增强、表面电荷增多;随着外加电压的提高,硅橡胶的表面电荷最大值逐渐向两电极间距离最小处移动,直至局部放电贯穿两电极,发生闪络。因此可知,随着电晕老化时间的增加硅橡胶的表面带电能力增强,表面电荷引发的局部放电更剧烈,是导致硅橡胶闪络电压降低的原因。     

硅橡胶复合绝缘子老化状态评估新判据

为利用硅橡胶材料的电导电流特性对复合绝缘子进行老化状态评估,以现场运行的复合绝缘子为试验对象进行研究。通过电导电流测试得到不同运行年限试样的电老化阈值,并根据电老化阈值评估试样的老化状态,再通过静态接触角测量结果分析试样的憎水性,最后利用扫描电镜测试分析试样的表面微观。初步试验发现,试样的老化程度越严重,其陷阱能级越深、电老化阈值越低、电导电流数值越大;新试样的电老化阈值在10k V/mm左右,运行15a的试样电老化阈值在5.5k V/mm左右;老化严重的试样电导电流较新试样要高出数倍;陷阱载流子密度与电老化阈值成正比关系;试样的电老化阈值与其憎水性、表面微观有着高度的对应关系。研究表明,通过硅橡胶材料的电导电流测试得到的电老化阈值,基本可以反映绝缘材料老化状态,电老化阈值有可能会成为硅橡胶复合绝缘子老化状态评估的新判据。     

臭氧浓度对HTV硅橡胶材料的老化作用

为了研究电晕放电过程中所产生的臭氧对高温硫化(HTV)硅橡胶老化作用的影响,利用研制的臭氧老化试验装置,考虑臭氧浓度及作用时间等因素,对HTV硅橡胶复合绝缘子试样进行了系统的臭氧老化试验,并且对老化后的试样进行了扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)分析、憎水性和热刺激电流(TSC)测试。试验结果表明,臭氧能够导致硅橡胶材料表面缺陷增多,憎水性丧失,而且浓度越高,老化会越严重。进一步分析得出,硅橡胶材料在臭氧环境作用下,材料表面平滑、致密的物理结构被破坏,产生了孔洞等缺陷,并且当臭氧环境作用强度达到一定程度后,材料的物理结构的破坏将更为严重;同时,化学基团含量发生变化,试样中Si-O-Si结构减少,羟基和Si-O键增多,试样主链和侧链断裂。     

基于PDC法的核级中压电缆老化状态研究

对核级中压电缆开展热-水树和辐照-水树老化试验,基于PDC法对不同老化时间的核级中压电缆进行测试,得到不同电压下的电导率,并通过电导率得出不同老化条件下的非线性系数。结果表明：随着老化时间的增加,两种老化条件下电缆试样的非线性系数均呈逐渐增大的趋势。在热-水树联合老化条件下,随着老化时间的增加,O-H键的吸收峰强度增强...     

硅橡胶绝缘子粉化层憎水性变化的研究

硅橡胶绝缘子运行后会逐渐老化,伞裙表面出现粉化层。为研究粉化层对硅橡胶绝缘子表面憎水性的影响,通过红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)等手段对现场取回的硅橡胶绝缘子进行研究,测试硅橡胶绝缘子粉化层的微观结构和化学成分,进一步分析粉化层表面憎水性变化的原因。结果表明:绝缘子粉化层表面憎水性良好,但去掉粉化层后绝缘子表面憎水性明显下降。通过IR和SEM发现绝缘子的粉化层表面老化降解程度严重,硅橡胶材料主链上的分子键断裂,粉化层物质颗粒之间结构疏松,分子间相互作用力小,观察其微观形貌发现大量孔隙。因此水分不易附着在绝缘子伞裙表面,使运行老化后硅橡胶绝缘子表面仍具有良好的憎水性。     

电晕老化对硅橡胶材料热刺激电流和表面情况影响研究

文中使用了电晕老化测试平台,对硅橡胶进行了初步的电晕老化试验,然后对电晕老化后的试样进行了热刺激电流和扫描电镜测试,并对测试结果进行了初步分析。试验结果表明电晕老化造成了硅橡胶绝缘材料热刺激电流增大、表面裂解的现象,从而造成了绝缘材料的劣化。     

湿度对HTV硅橡胶臭氧老化特性的影响

为了研究湿度对HTV硅橡胶复合绝缘子臭氧老化的影响,将HTV硅橡胶试样置入臭氧体积分数为300×10-6环境中进行不同时间的老化.对老化后的试样进行了扫描电镜(SEM)、憎水性和热刺激电流(TSC)测试.试验结果表明,随着相对湿度的增加,试样表面的孔洞和裂纹增加;试样的静态接触角呈现下降趋势,并且试样的憎水性恢复速度较...     

不同状态下220 kV硅橡胶电缆接头材料微观结构和性能研究

为研究硅橡胶材料的老化特征,分别选取全新未运行、正常运行提前退役和运行中发生故障的220 k V硅橡胶电缆接头,通过测量凝胶含量和傅里叶红外光谱研究接头绝缘材料的微观结构变化;并对其拉伸和抗撕裂强度等力学性能,以及相对介电常数、介质损耗因数、体积电阻率和电气强度等电气性能进行测试分析。结果表明:在电、热、力老化或接头故障产生的短时高温作用下,硅橡胶绝缘的交联网络受到一定程度的破坏,从而使拉伸强度降低,断裂伸长率升高,同时体积电阻率明显下降。相较全新试样,退役试样和故障试样的绝缘-半导电界面撕裂强度均有所下降。运行状态对绝缘材料的介电强度没有显著的影响。     

基于热刺激电流的硅橡胶合成绝缘子老化诊断方法初探

初步研究了用热刺激电流(TSC)技术进行硅橡胶合成绝缘子老化状态评估诊断的可行性。首先研究各种试验参数对硅橡胶合成绝缘子TSC特性的影响，结合不同测试条件的硅橡胶绝缘子陷阱电荷趋势图，确定一种合适的TSC试验参数，并在此给定的试验参数下，对比研究同一厂家新旧2批合成绝缘子的TSC特性。初步试验发现，新旧绝缘子的TSC测试结果明显不同。结合绝缘子的憎水性测试及微观结构分析发现，TSC测试结果与憎水性、微观结构之间存在一定联系。研究结果表明，如果深入系统地研究TSC特性与老化特性之间的关系，TSC技术有可能成为硅橡胶合成绝缘子老化程度评价及诊断的新方法。     

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。     

热老化对发电机定子线棒用环氧—云母绝缘频域介电特性的影响

为了研究热老化对发电机定子线棒用环氧—云母绝缘频域介电特性的影响,在170℃环境下对线棒样段进行加速热老化试验,老化时间分别为0、7、14、21 d。通过频域介电谱法测试了不同老化时间试样的频域介电谱,分析了老化时间对介质损耗和相对介电常数的影响;采用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱对环氧—云母绝缘体系老化前后的微观形貌和化学结构等理化特性进行表征。结果表明:在老化前期,由于绝缘体系固化交联结构得到加强,极化强度减弱,导致介质损耗和相对介电常数与未老化试样相比有所下降;随着老化时间变长,老化程度增大,绝缘体系的大分子链出现热氧分解,粉云母层也开始出现裂解,产生大量极性游离基团,从而导致介质损耗和相对介电常数增大,同时长时间的老化也会使绝缘体系出现分层、剥离等劣化现象;环氧—云母绝缘的介电谱随着频率增大而减小,未老化和短时间老化的试样在低频段会出现松弛区;高频下介质损耗和相对介电常数虚部受到老化程度影响较小,不同老化时间试样差别不大。     

基于正交试验的复合绝缘子电晕老化特性

为研究气压、湿度及老化时间对硅橡胶复合绝缘子电晕老化过程的影响,首先构建气压、湿度可调的硅橡胶电晕加速老化试验平台,采用正交试验法开展了硅橡胶材料的电晕老化试验,对老化后的试样进行了热刺激电流(TSC)测试、扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)测试。基于陷阱电荷量的极差结果表明:气压水平的变动对陷阱电荷量的影响最大,其次是湿度和老化时间;同时,通过TSC和SEM分析发现,低气压下,湿度越高,试样的陷阱电荷量越多,且老化时间越长,湿度的影响越显著;随着气压的升高,湿度对陷阱电荷量的贡献逐步减少,而与老化作用时间有关,老化时间越长,试样的陷阱电荷量越多。同时,通过TSC测试、SEM和FTIR测试得到的老化程度排序结果并不一致,而TSC测试结果能够更全面地体现由于材料物化缺陷而导致的电晕老化特性。因此,可将TSC测试结果作为老化程度的有效判据。     

硅橡胶电晕老化后的陷阱对其闪络电压的影响

为深入探究硅橡胶电晕老化后的陷阱对其闪络电压的影响,通过多针–板电极对硅橡胶试样进行电晕老化,并采用热刺激电流(TSC)技术测试分析了硅橡胶材料在不同电晕老化阶段的陷阱特性变化,同时探寻试样在相应老化阶段的沿面闪络电压变化规律。借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)测试,通过观察试样在电晕老化过程中的物化特性变化,探索了老化后硅橡胶的陷阱特性与闪络电压间的内在联系。结果表明:随着电晕老化时间的增加,硅橡胶的陷阱能级逐渐从0.3 e V(新试样)加深并最终趋于饱和值0.4 e V(老化1 000 h),陷阱密度则持续增大。硅橡胶的干闪电压从14.13 kV(新试样)逐步降低并稳定于11.65 kV(老化1 000 h)。结合FTIR和SEM的试验结果,认为电晕放电产生的深陷阱能级和陷阱能级的饱和是造成硅橡胶试样干闪电压下降并稳定在某一范围内的主要原因。     

不同老化因素对互感器伞套老化影响的研究

通过扫描电子显微镜(SEM)和傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)分析了硅橡胶伞套老化前后宏观表面结构变化和微观官能团变化,通过氙灯老化、湿热老化、电晕老化、户外自然老化和室内自然老化试验,研究互感器表面硅橡胶材料在不同因素影响下的理化、电气性能变化。结果表明:氙灯老化对硅橡胶硬度的影响最显著,硬度从37.0HA增加到45.40HA;湿热老化对硅橡胶镜像光泽度的影响最显著,镜像光泽度从75下降至40;自然户外老化对硅橡胶憎水性的影响最显著,静态接触角从115.4°下降至102.1°。通过测试老化硅橡胶的硬度、镜像光泽度、憎水性和表面电阻来评价各因素对硅橡胶伞套老化的影响大小,研究结果有助于对运行中的互感器老化程度进行监测。     

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。