脉宽调制电压对环氧树脂电树引发及生长特性影响研究

工作在脉宽调制电压下的电力电子器件承受高频脉冲电应力,其绝缘封装可靠性已成为制约电力电子器件向高频、高功率密度发展的重要因素。作为绝缘封装的重要材料,环氧树脂在脉宽调制电压下的绝缘性能值得关注。对此,在峰峰值12 k V的脉宽调制电压下,试验研究了脉冲上升时间、载波频率和热效应对环氧树脂电树引发和生长特性的影响规律。在温度20℃、上升时间70～150ns、载波频率0.5～2 k Hz条件下的大量电树引发和生长特性表明:一定电压幅值下环氧树脂电树引发概率受电压上升时间影响显著,上升时间越短,电树引发概率越高;上升时间减小可能引起电极注入载流子能量增加,从而提高了电树引发概率。电树引发后生长特性主要受载波频率影响,载波频率增大,单位时间内载流子复合次数可能增加,从而加速了电树生长。研究同时发现:上升时间对电树形态影响显著,较小上升时间下电树呈丛林状,随着上升时间增大逐渐演化为树枝状。在上升时间110 ns、载波频率1 k Hz、温度20～50℃的结果表明:温度升高既会增加单位时间内载流子入陷或复合释放的能量;也会降低聚合物局部链段松弛性,致使材料破坏应力阈值下降,从而影响电树引发、生长和形态。与相同频率和峰峰值的正弦电压相比,脉宽调制电压下电树引发概率和生长速度明显增大。表明相较于传统正弦电压,高频脉宽调制电压更易引发、促进绝缘电树老化,必须根据脉宽调制频率、上升时间和热效应加强绝缘或优化绝缘设计,以提升电力电子系统绝缘可靠性。     

脱气对525kV交联聚乙烯绝缘直流电缆空间电荷特性的影响

为研究脱气对525 kV高压直流交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷分布的影响,分别从脱气和未脱气的XLPE电缆绝缘外、中、内层切取样品,基于电声脉冲法测试了样品内空间电荷的分布情况,并计算了样品内电场畸变率和电荷体密度衰减率.结果表明,电缆绝缘内交联副产物残留量随着脱气时间的增长,由内层向外层依次降低,脱气30 ...     

交联聚乙烯绝缘空间电荷研究进展

综述了国内外关于交直流电场下交联聚乙烯(XLPE)绝缘的空间电荷特性的相关研究,从空间电荷的产生和测试、场强和温度对空间电荷分布的影响、微观形态和处理工艺对XLPE绝缘内空间电荷积累的影响、XLPE绝缘老化特性与空间电荷分布的关系等论述了XLPE绝缘空间电荷的研究进展,最后指出空间电荷测试技术为XLPE电缆绝缘状态评估提供了可行的手段。     

交联工艺对交联聚乙烯中空间电荷的影响

空间电荷是描述介质微观缺陷（介质局域态密度或陷阱密度）的重要表征参数,空间电荷在有机材料中聚集会导致材料的老化和击穿性能下降.文章以交联聚乙烯为研究对象,用电声脉冲法（ PEA）测量了在不同电场强度和短路条件下交联聚乙烯试样中空间电荷的分布,分析了交联温度和交联时间对空间电荷的影响,并用红外光谱（ IR）分析了空间电荷对交联聚乙烯局部化学结构的影响.通过研究,认为从空间电荷角度来看,温度为 170℃、交联时间为 20分钟或以上时交联效果最佳,此时,试样中因添加剂等小分子所导致的杂质粒子减少到最小程度,减少了电荷陷阱,因此在直流电场下空间电荷积聚也最少.     

高温下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响

为了研究高温环境下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响,该文制备了含质量分数为 1%的电压稳定剂的交联聚乙烯(XLPE)共混试样,通过设计的高温环境下电树枝实时观察与局部放电同步测量系统,研究不同试样在 30℃、50℃和 70℃下电树枝的引发、生长及其局部放电特性.结果表明,试样在高温下引发的电树枝呈现典型的枝状结构.随着温度的升高,试样起树电压降低,电树枝生长速度加快,分枝数量减少,局部放电量和放电重复率显著增大.电压稳定剂的添加对电树枝的引发、生长和局部放电有明显的抑制作用.利用陷阱理论和量子化学计算,研究发现电压稳定剂的加入使得试样内部陷阱能级降低,陷阱密度增加,因其特有的量子化学特性,高能电子缓冲能力增强,空间电荷积累减少,从而使得交联聚乙烯材料的耐电性能得到提升.     

纳米掺杂交联聚乙烯复合材料的空间电荷特性研究

空间电荷累积容易引起交联聚乙烯绝缘内部电场畸变,从而导致绝缘老化甚至失效,而纳米掺杂或改性可以抑制空间电荷的累积,因此得到了广泛的关注。本文测量了二氧化硅和氧化镁纳米填料掺杂交联聚乙烯复合材料的空间电荷特性和电导特性,并结合带隙理论模型分析纳米填料的作用机制。结果表明：相比于二氧化硅掺杂的交联聚乙烯复合材料,氧化镁掺杂的交联聚乙烯复合材料具有较高的介电常数、较低的空间电荷积聚程度和较小的电导率。     

交联聚乙烯电缆中空间电荷的研究现状

在电力系统中,交联聚乙烯绝缘因其优良的介电和耐热性能已被广泛应用于高压和超高压塑料绝缘电力电缆中。但在直流电场作用下,绝缘中容易形成空间电荷,空间电荷会使电场分布发生畸变,加速了绝缘老化,降低电缆使用寿命。总结了空间电荷在聚合物特别是聚乙烯电缆绝缘材料老化中的研究现状,概述了近20 a国内外在聚乙烯材料中抑制同极性和异极性空间电荷产生的方法,最后从工程实际应用出发,简要介绍了从空间电荷角度诊断交联聚乙烯电缆中电介质老化的方法及现状。     

高频电压下交联聚乙烯中电树枝的形态特性

为研究高频电压下交联聚乙烯（cross-linkedpolyethylene,XLPE）中电树枝的形态特性,进行了不同电压、频率和电极间距下的电树枝生长显微观测实验,分析了局部电场强度和频率对电树枝形态特性的影响规律和影响机制,并引进了一个新的参数即能量阈值,来综合考虑电树枝的生长速度、分形维数与电树枝形态之间的关系。结果表明：局部电场强度和频率对电树枝形态的影响有明显的规律性。丛林状电树枝只在较高电压下形成,而且针尖附近小区域内的局部电场强度是形成丛林状电树枝的重要影响因素。纯藤枝状电树枝只在较高频率下出现,而且这个频率随着电压的升高而增大。双结构电树枝的结构转换位置的电场强度在不同的电压和电极间距下基本保持不变,但是随着频率的升高而明显增大。     

硅烷交联聚乙烯的电击穿

研究了由乙烯-乙烯基三甲氧基硅烷共聚物制成的硅烷交联聚乙烯在30℃～160℃温度范围内的电击穿。在30℃下施加冲击电压时,不论采用何种交联方法以及交联度如何,交联聚乙烯的击穿场强 F_B 除个别情况外总是低于未交联的低密度聚乙烯。讨论了由于交联过程产生微孔,造成在非晶体区域的非均匀性,因而使 F_B 值降低。根据随机分布弱点模型和单电子雪崩击穿理论的统计方法,进一步讨论硅烷交联聚乙烯在室温范围内的击穿机理;还比较在高于室温区域的直流电压 F_B 值与冲击电压 F_B 值,并讨论了空间电荷对 F_B 值的影响。     

乙烯-丙烯酸共聚物改性聚乙烯的空间电荷对电树和水树的影响

通过添加不同含量的乙烯 -丙烯酸共聚物 (EAA)改善了聚乙烯 (PE)的电气性能。用电声脉冲法测量了样品中的空间电荷分布。测出了在直流预压电压下的短路电树枝的起始电压。对交流电压下抑制水树枝的产生和成长也做了研究。试验发现 ,不同EAA含量的试样中空间电荷的累积、短路 50 %电树枝的起始电压以及水树枝的形成有一定关系。空间电荷的测量可作为衡量改善试样耐电树枝和水树枝能力的手段     

交联工艺对交联聚乙烯结晶形态的影响

交联聚乙烯(XLPE)结晶形态影响着电树老化性能和电压击穿性能。以不同交联温度和交联时间制成的XLPE薄片为试样,测试了相应试样结晶度变化的特点,观察了试样的结晶形态,分析了交联温度和交联时间对结晶过程的影响。结果表明,交联程度和交联剂过氧化二异丙苯分解产生的副产物对XLPE结晶形态构成影响,过度交联不利于XLPE晶粒的均匀分布和结晶形态的规整。     

电极材料表面改性对交联聚乙烯内空间电荷注入的影响

使用溅射镀膜法在纯铜片上溅射金属Mo,将表面改性后的铜片作为电极,利用电声脉冲法(PEA)测试不同溅射电压制备的铜片作电极时交联聚乙烯(XLPE)内的空间电荷分布情况。结果表明:随着制备铜片电极时溅射电压的增加,注入XLPE内的空间电荷量减少,溅射电压为440V时,XLPE内部几乎没有空间电荷积聚。将PEA测试后的XLPE试样进行热刺激电流(TSC)分析,发现镀Mo后,随着溅射电压的升高,被陷阱捕获的空间电荷量逐渐减小。     

交联聚乙烯电缆耐压试验宜采用交流电压

我国自使用交联聚乙烯电缆以来,一直参照国外的标准,采用直流耐压试验来判断其绝缘水平。直流耐压试验,因其设备轻便、所需电源容量很小,而深受现场试验人员的欢迎。但随着交联聚乙烯电缆的广泛使用逐渐发现,经直流耐压试验检验通过的电缆,投运不久即有击穿现象发生。近年来,国内外专家对此进行了分析,初步断定：对交联聚乙烯电缆不宜采用直流高电压进行耐压试验。其原因主要有：（１）交联聚乙烯电缆的绝缘在交、直流电压下的电场分布不同。其绝缘层是采用聚乙烯经化学交联而成,属整体型绝缘结构,一般不受温度变化的影响。在交流…     

对高压交联聚乙烯电缆的寿命评估及展望

本文阐述了国内外同行业对高压交联聚乙烯绝缘电力电缆在运行过程中常用的维护和检测方法。从唯象和物理模型两个角度介绍了高压交联聚乙烯电力电缆的寿命评估方法,通过对各种方法的综合分析认为,对高压交联聚乙烯绝缘电力电缆寿命评估和诊断主要还是以物理模型为主,依据大量地试验数据,使电缆寿命评估模型能够更准确地反映出电缆的实际运行状况。     

聚乙烯界面电树特性的提高

介绍了几种添加剂的配合使用时聚乙烯界面电树特性的改善效果，并进行了分析，提出了一种减薄绝缘层厚度，提高聚乙烯电缆电压等级可行的方法。     

交联聚乙烯绝缘材料热稳定性分析

利用热重分析方法研究了过氧化物交联、硅烷交联、辐照交联聚乙烯绝缘材料的耐热稳定性,发现同样的基本树脂辐照交联绝缘料的耐热稳定性最好。     

热处理对聚乙烯形态及其电树起始电压的影响

本文主要介绍了不同的热处理条件对聚乙烯（PE）薄膜材料电树的起始电压的影响,电树的起始电压很大程度上取决于半结晶高分子材料的变形结构。对低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯三种薄膜试样进行了测量。结果表明,重结晶处理后,试样的结晶度以及球晶以部晶层厚度明显提高,但是试样中球晶的尺寸却基本没有变化,同时还发现,经过重结晶后,电树的起始电压升高了,试验结果还表明,电树的起始电压是随着晶层厚度的增加而增加的。     

空间电荷对低密度聚乙烯电气击穿特性的影响

为解决聚乙烯用作电线电缆绝缘材料时所受空间电荷问题的困扰,采用在低密度聚乙烯(low density po-lyethylene,LDPE)试品上施加直流预电压使其中积聚一定量的空间电荷,然后测量试品击穿强度的方法,研究了空间电荷对LDPE击穿特性的影响。结果表明,与未经过预电压处理的LDPE的击穿强度相比,在经过较低场强(50 kV/mm)预电压处理后,预电压与击穿电压极性相同时击穿强度提高了约9%,极性相异时击穿强度降低约14%;而经过较高场强(150 kV/mm)预电压处理后,预电压时LDPE中出现空间电荷包现象,预电压后同极性击穿强度提高约19%,而异极性击穿强度反而上升约16%。分析认为空间电荷包在LDPE中的运动导致了部分空间电荷的中和,使得空间电荷积聚量减少,同时LDPE中可能的缺陷得到了一定程度的老炼而使介质得到了均匀化,从而使LDPE的击穿强度得到了提高。