纳米银–环氧树脂复合电介质的介电特性

研究了纳米银–环氧树脂复合电介质的介电特性,讨论了银粒子的大小和添加量对复合材料介电常数和介质损耗因数的影响,并分析了复合材料的介电温谱。结果表明,复合材料的介电常数和介质损耗因数比纯环氧树脂有所降低;复合材料在损耗温谱中比纯环氧树脂多出一个高温峰,且高温峰的松弛活化能与纳米银粒子在介质中形成的库仑阻塞势垒有较好对应,实验结果表明了在一定尺寸和分布的纳米金属粒子与聚合物形成的复合介质中存在着库仑阻塞效应限制电荷运动的现象。     

纳米MgO/环氧树脂复合电介质的介电性能研究

将纳米Mg O颗粒与环氧树脂混合后制得不同掺杂量的纳米Mg O/EP复合电介质,采用SEM观察纳米Mg O在环氧树脂中的分散情况,采用DSC测试环氧复合电介质的玻璃化转变温度,并研究了纳米Mg O对环氧树脂介电性能的影响。结果表明:纳米Mg O颗粒在环氧基体中分散均匀,掺杂Mg O可以提高环氧树脂的玻璃化转变温度。随着纳米Mg O掺杂量的增加,介电常数先下降后上升,在掺杂量为1%时介电常数实部达到最小值,掺杂纳米Mg O使环氧树脂的中低频损耗明显降低;复合电介质的电导活化能和体积电阻率均随着纳米掺杂量的增加呈先上升后下降的趋势,在掺杂量为0.1%时电导活化能和体积电阻率达到最大;复合电介质的电气强度随着掺杂量的增加呈先上升后下降的趋势,当掺杂量为1%时电气强度达到最大值,相比纯环氧树脂提高了11.2%。     

GIS用环氧浇注材料的介电松弛特性研究

为研究GIS用环氧浇注绝缘件试样在不同温度下的介电松弛特性,采用差示扫描量热(DSC)、宽频介电谱(BDS)以及热刺激电流(TSC)分别测试了试样的玻璃化转变温度(Tg)、介电松弛和陷阱分布。结果表明:升温速率为20℃/min时,环氧试样的玻璃化转变温度为118.08℃;环氧试样在不同的温度区间存在3个松弛过程,分别对应着环氧材料本征β松驰、α松弛及载流子在高温下的脱陷过程;TSC高温区域陷阱的活化能为1.5eV,与介电谱图中150℃出现的损耗峰活化能1.28eV接近,为载流子入陷与脱陷所致。介电温谱的试验结果反映了介电常数和介质损耗随温度的变化关系,与宽频介电谱试验和TSC试验结果相对应。通过研究环氧浇注件松弛极化过程及陷阱分布,为提高传统环氧树脂复合材料的电气性能提供技术支持。     

微米氧化铝填料对环氧树脂高温介电松弛行为的影响

制备了填料质量分数分别为0、20%、40%的环氧微米氧化铝复合材料，通过常温及高温的介电试验，对高温介电谱进行拟合计算，分析微米氧化铝填料对环氧树脂高温介电松弛行为的影响。结果表明：与常温相比，微米氧化铝对环氧树脂高温介电松弛影响尤为显著。微米氧化铝填料增加了环氧树脂高温下的光频介电常数，而基本不影响松弛过程α的松弛强度。随着填料质量分数的提升，松弛过程α的松弛时间减小。此外，微米氧化铝填料的少量加入使得高温下松弛过程δ的松弛强度大幅度提升。但随着填料质量分数的提升，松驰过程δ的松弛强度反而下降，松弛时间不断提升。     

介质击穿与界面区陷阱特性的关联

为了研究介质击穿与陷阱特性的关联,分别制备掺杂1%质量分数的聚丙烯/氮化铝和聚丙烯/氧化铝纳米复合电介质,测试了试样的热刺激电流、介电频谱、电阻率和直流击穿特性。实验结果表明：纳米复合电介质的深陷阱密度、体积电阻率和直流击穿强度均高于纯聚丙烯试样。分析发现纳米复合电介质的电阻率和击穿场强与深陷阱密度呈正相关性,深陷阱密度增加,其电阻率和击穿场强增加。基于电荷输运模型和交互区势垒模型,解释了直流击穿机理：介质体内深陷阱密度的增多来源于纳米掺杂形成的界面区;深陷阱密度的增加增强了捕获效应,限制了载流子迁移,导致载流子平均自由程、载流子迁移率和能量减小,使得电导率降低;高场强时,捕获效应增强抑制了介质体内载流子倍增过程,导致碰撞电离不易发生,直流击穿场强增加。     

纳米MgO/环氧复合电介质的空间电荷特性研究

环氧复合材料在高温高场等复杂的工况下易积聚空间电荷，造成局部场强畸变，严重时将引发局部放电乃至绝缘击穿。通过纳米MgO颗粒与环氧树脂（EP）混合制备不同掺杂率的纳米MgO/EP复合电介质，采用差示扫描量热分析（DSC）测试环氧复合电介质的玻璃化转变温度；采用热刺激去极化电流法（TSDC）拟合计算环氧复合电介质的陷阱特性；采用电声脉冲法（PEA）测试环氧复合电介质的空间电荷特性。结果表明：纳米MgO颗粒的添加可以提高环氧树脂的玻璃化转变温度，抑制环氧树脂内空间电荷积聚。随着纳米MgO掺杂率的增加，纳米MgO/EP复合电介质的玻璃化转变温度先上升后下降，深陷阱能级和密度均先增大后减小；空间电荷密度先下降后上升，电场畸变的变化趋势与空间电荷的变化趋势相似。当纳米MgO掺杂率为3%时，纳米MgO/EP复合电介质的玻璃化温度达到最大值，抑制空间电荷积聚和场强畸变的能力最好。     

聚酰亚胺基BN微纳米复合材料的电气绝缘性能研究

通过原位聚合法制备了不同BN掺杂含量的聚酰亚胺基微纳米复合材料,使用扫描电镜、偏光显微镜、电气强度测试仪、介损及介电常数测量系统、皮安表和耐电晕老化实验装置对不同掺杂含量的微纳米复合PI薄膜的结构和电性能及耐电晕老化性能进行了研究。结果表明:随着BN微纳米颗粒掺杂量的增加,复合PI薄膜的电气强度先增大后减小,当掺杂含量为1%时,交流电气强度达到最大值219.6 kV/mm。掺杂BN后,复合PI薄膜的介电常数和介质损耗都有所增加,在高温下的电导电流小于纯PI薄膜。随着BN掺杂量的增加,复合PI薄膜的耐电晕老化性能逐步提升,在掺杂含量为20%时,复合PI薄膜的耐电晕老化时间是纯PI薄膜的116.7倍。     

基于介电谱分析聚酰亚胺薄膜的老化特征

对纳米和普通聚酰亚胺薄膜进行了双极性脉冲电压下的老化试验,分析了薄膜老化前后的介电频率谱和温度谱,并借助电镜扫描分析,研究了薄膜老化前后的微观结构形态与宏观介电性能之间的关系.结果表明:老化使聚酰亚胺薄膜介电频率谱中的偶极子弛豫损耗峰向高频移动,低温区的界面极化损耗峰向高温移动;且老化使聚酰亚胺薄膜分子链断裂,生成分子量小的极性分子,使取向极化更易建立;纳米粒子的加入,削弱了老化因子对聚酰亚胺薄膜内部结构的破坏作用,使偶极子取向带来的弛豫损耗大大减小;纳米掺杂形成大量的界面缺陷,使界面极化带来的介质损耗大大增加.     

基于修正的Havriliak-Negami模型的SiO_2纳米改性变压器油宽频介电弛豫特性

为了掌握纳米改性变压器油介电性能,探索纳米改性内在机理,对Si O2纳米改性变压器油介质损耗特性进行了试验研究。首先在室温条件下分别对纯变压器油和Si O2纳米改性变压器油的宽频介电谱进行测试,然后引入修正的Havriliak-Negami模型方程对实测结果进行拟合,并从该模型中提取了相应的介电参数用于分析纳米油介电性能的变化规律。试验结果表明,与纯变压器油介电谱相比,Si O2纳米油介电谱的低频段电导损耗降低了,而中高频段极化损耗增加了。经分析与讨论,可认为Si O2纳米颗粒添加到变压器油中,纳米颗粒与油分子形成微观双电层结构,其增加了纳米流体中载流子跃迁势垒,致使纳米油宏观介电性能发生一定程度改变。     

含有氮化硼势垒层的三明治结构聚合物基复合介质储能特性研究

聚合物基高温储能介质因其较高的功率密度及优异的充放电效率被广泛应用在电气和电子等领域。该文选用不同粒径的氮化硼纳米片(BNNSs)作为填料，掺杂到聚醚酰亚胺(PEI)中构建势垒层，添加在纯PEI两侧制备拥有三明治结构的复合薄膜，探究粒径大小在不同温度/填充体积分数下对复合薄膜的介电性能及储能性能的影响。研究发现，构建BNNSs势垒层的三明治结构复合薄膜显著抑制了介质的高温电导，提高了充放电效率，且较小粒径BNNSs填充势垒层能更有效地提高击穿场强和储能密度，其中掺杂200 nm粒径BNNSs体积分数为5%的复合薄膜在常温下的储能密度可达5.65J/cm³，充放电效率高达96%，即使在150℃下，储能密度和充放电效率也可分别达到2.52 J/cm³和95%。通过随机击穿模型阐明了粒径大小及三明治势垒层结构对击穿性能的提升机制。该文提出的含有势垒层的三明治复合结构为高温下复合薄膜储能特性优化提供了新的策略。     

添加二氧化硅纳米颗粒对环氧树脂介电和空间电荷特性的影响

为研究纳米颗粒对环氧树脂(epoxy resin,ER)介电和空间电荷特性的影响,以环氧树脂为基体材料,纳米二氧化硅(silicon dioxide,SiO_2)为填料,制备了SiO_2纳米颗粒质量分数在0～5%范围内的ER/SiO_2纳米复合电介质。测试和研究了复合电介质在不同频率下的介电特性和直流场强为33 k V/mm下的空间电荷行为。当SiO_2纳米颗粒的质量分数为0.5%和1%时,复合电介质可以获得较低的介电常数和介质损耗,同时有效抑制了同极性空间电荷在电极界面处的积累及注入;当SiO_2纳米颗粒的质量分数为2.5%和5%时,复合电介质在低频区域介电常数和介质损耗均比纯环氧树脂高,但在高频区域变化不明显,同时在电极界面处的空间电荷积累显著增加、注入明显。研究结果表明:纳米颗粒含量较低时ER/SiO_2复合电介质介电和空间电荷性能得到提高,是由于受到环氧树脂基体和纳米粒子之间的界面区影响,界面区是改善环氧树脂纳米复合材料电性能的关键因素。     

纳米Al_2O_3掺杂对绝缘纸热老化电气特性的影响

为探究纳米Al_2O_3掺杂对纤维素绝缘纸热老化条件下电气特性的影响,在实验室制备了纳米Al_2O_3掺杂质量分数为2%的复合绝缘纸和普通绝缘纸手抄片,浸油后形成油纸复合绝缘样品,并在130℃老化箱中开展加速热老化试验。试验测试了不同老化阶段纳米复合纸与普通纸的电气参数及油纸老化产物,研究了纳米Al_2O_3掺杂提升绝缘纸电气性能的机理,并分析得到了老化过程对绝缘纸电气性能的影响规律。研究结果表明:掺杂纳米Al_2O_3的复合绝缘纸具有较好的交直流电气特性和抗热老化性能,认为纳米Al_2O_3的"介电双层"结构有效减弱了绝缘纸内界面极化和转向极化,降低了绝缘纸的相对介电常数及介质损耗。纳米Al_2O_3掺杂可以有效降低绝缘纸中载流子迁移率,增大其体积电阻率。Al_2O_3的高热导率及其与纤维素间的连接作用增大了绝缘纸热导率,加速了绝缘纸内热量扩散,提升了绝缘纸抗热老化性能。     

环氧-云母复合绝缘固化过程介电响应特性

为研究环氧-云母复合绝缘固化工艺条件对大型发电机绝缘质量影响的机理,采用频域谱法对电机线棒试品进行宽频介电谱测试。根据介电响应理论推导出介质损耗因数随频率和温度变化的关系式,同时实验研究了不同固化温度、固化时间下的介电参数频域特性。结果表明,170℃完全固化后的绝缘体系的介电响应特性要优于150℃和160℃时未达到完全固化的绝缘体系,固化后绝缘体系中小分子交联聚合成大分子,使能发生固化的极性分子大大减少,整体损耗也小于150℃和160℃下的损耗,且完全固化后的试样中各频率对应的损耗散点图也明显有一个收敛的趋势。研究表明,随着固化程度的增加,介质中容易发生转向极化的小分子逐渐减少,使同等频率下的松弛损耗相对于未固化时的损耗大幅度减小,固化后环氧-云母复合绝缘体系的介电性能有大幅度提高。     

大型发电机主绝缘的Cole-Cole模型频域介电温度特性研究

为研究温度对发电机环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响,在实验室条件下,测试了不同温度下发电机线棒试样的频域介电响应,采用双弛豫Cole-Cole模型对测量数据进行拟合,分析了温度对环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响原因。结果表明,双弛豫Cole-Cole模型能够准确拟合测试值,温度升高会加强空间电荷极化和转向极化,使复介电常数实部ε'和虚部ε″的频谱曲线整体上移,低频段增大幅度高于高频段;同时温度升高会减小介质的松弛极化时间,使频谱曲线向高频方向移动。因此在应用介电响应法评估环氧云母绝缘老化状态时,必须考虑温度的影响。     

电流、电位时域谱在绝缘介质介电特性表征中的应用研究综述

随着人类社会对电力系统安全性与稳定性需求的不断提高，以及近年来我国能源、国防等领域的飞速发展和进步，提高绝缘介质以及新型电工材料的介电性能和绝缘可靠性的需求也在与日俱增。准确评估绝缘的介电性能和老化状态是保障绝缘结构长期稳定运行的前提，同时对新型电工材料的研发也具有一定的指导意义。该文综述了时域介电谱中的电流时域谱和电位时域谱在绝缘介质介电特性表征和绝缘状态诊断中的应用，详细阐述极化去极化电流谱、等温松弛电流谱、热刺激电流谱和交流时域谱以及表面电位衰减谱和回复电压谱的基本测量原理和分析方法，指出当前时域介电谱在应用中存在的局限性，并展望多种测试技术的联合应用将是实现对电介质介电特性全面表征的有效途径。     

环氧树脂纳米复合电介质制备方法及其绝缘性能的研究进展

环氧树脂或树脂浸渍纤维板是电力设备中重要的绝缘材料,过去通过掺杂微米级的无机氧化物填料以提高材料的机械性能。近年,开始使用纳米颗粒掺杂环氧树脂,对于提高材料的绝缘性能,特别是对提高击穿场强、耐电晕性、耐电痕化、导热性、耐低温性、耐辐射性和耐候性等方面具有重要意义。文中以纳米复合电介质的绝缘性能为出发点,概述了纳米复合电介质的常用制备方法,给出了环氧树脂纳米复合电介质的制备流程,总结分析了环氧树脂纳米复合电介质的介电性、局部放电腐蚀、绝缘击穿强度及机械性能。综述了环氧树脂纳米复合电介质在电机绝缘系统中的应用和最新研究进展,为环氧树脂纳米复合电介质在电机主绝缘中的应用提供了思路。     

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。     

方波脉冲下纳米氧化铝掺杂对聚酰亚胺介电性能的影响

为了研究方波条件下纳米Al2O3对PI膜介电性能的影响,将粒径为60 nm的Al2O3纳米粒子作为无机填料添加到PI基体中,制作了掺杂量质量分数为1%,2%,5%,7%,10%的PI薄膜。测量了PI/Al2O3薄膜耐电晕性能和介电温度谱以及介电频谱,并用SEM镜观察了放电前后PI/Al2O3薄膜微观形貌。研究结果表明:Al2O3纳米粒子的掺入提高了复合薄膜的耐电晕性能;PI/Al2O3复合薄膜的相对介电常数(εr)与介质损耗正切(tanδ)值随着Al2O3含量升高而升高,其tanδ值随着频率的增加先减小后增大,在200 Hz处有最小值。在同一频率下,PI/Al2O3薄膜εr和tanδ表现出对温度的依赖性,tanδ在70℃与170℃附近出现两个峰值;且随着Al2O3含量的增高,tanδ介电峰向高温方向移动。PI基体中高分子链缠结在纳米粒子周围,纳米粒子所引入的界面以及在聚合物中表现的"钉扎效应"是影响PI/Al2O3复合薄膜介电性能的主要原因。     

纳米蒙脱土改性绝缘纸板的介电特性

为研究陷阱参数对纳米蒙脱土(MMT)改性绝缘纸板介电特性的影响,探索出实验室制备纳米MMT改性绝缘纸板工艺。研究了其力学性能及介电特性随纳米掺杂比例的变化规律,借助热刺激电流(TSC)法测量了不同掺杂比例下改性纸板的陷阱参数,分析了纳米掺杂对改性纸板力学性能及介电特性的影响机理。试验结果表明:随着MMT纳米掺杂比例的提高,改性绝缘纸板的介电常数和机械抗张强度呈现先降低后升高的趋势。纳米MMT的掺杂使纸板电导率增加,其非线性拐点对应电场强度随纳米掺杂比例的提高逐渐降低。击穿场强随纳米掺杂比例的增加呈先增后降趋势。借助能带理论分析得出,陷阱电荷量的增加将导致改性纸板的非线性电导率上升;陷阱深度的增加将提高改性纸板击穿场强,陷阱特性是影响改性纸板介电特性变化的主要原因。     

纳米颗粒形状对线性低密度聚乙烯纳米复合介质电学性能的影响

初步研究了纳米颗粒的形状对纳米复合介质电学性质的影响。以不同形状的纳米氮化硼(BN)为填料,制备了填充分数介于0.5%~2.0%的线性低密度聚乙烯(LLDPE)纳米复合介质,测试了纳米氮化硼在LLDPE中的分散行为、复合介质的结晶和熔融行为、复合介质的宽频介电频谱、空间电荷行为以及直流击穿强度。结果发现,纳米氮化硼的形状对复合介质电学性质的影响在击穿强度方向尤为突出,片状纳米氮化硼复合介质的击穿强度高于LLDPE,而球状纳米氮化硼复合介质的击穿强度低于LLDPE。纳米氮化硼的形状对复合介质的结晶和熔融行为、介电常数和介电损耗角正切等的影响可以忽略。两种纳米氮化硼均可起到抑制空电荷注入的作用,且复合介质中空间电荷衰减速率降低。片状纳米氮化硼复合介质中更易积累界面电荷,导致复合介质内部出现明显的空间电荷振荡分布。