不同老化处理对涂覆硅脂后XLPE/SIR界面击穿特性的影响

为研究不同老化条件对电缆附件界面击穿特性的影响,首先在交联聚乙烯(XLPE)/硅橡胶(SIR)平板复合试样界面处制备环形电极,然后对涂覆两种硅脂的硅橡胶分别进行热老化、臭氧老化、电晕协同臭氧老化处理,最后在交流电压下进行XLPE/SIR界面击穿试验。同时,对涂覆硅脂并经不同老化条件处理后的硅橡胶表面微观形貌、傅里叶红外光谱及凝胶含量进行分析,探究不同老化条件对涂覆不同硅脂后XLPE/SIR界面击穿特性的影响规律。结果表明:短时热老化作用对涂覆硅脂后XLPE/SIR界面的交流击穿特性影响较小,臭氧老化及臭氧协同电晕老化均可降低XLPE/SIR界面的起始放电电压和交流击穿强度。老化作用对XLPE/SIR界面交流击穿特性的影响主要是由硅脂及硅橡胶的物化特性改变引起的。     

硅脂溶胀协同电晕老化对硅橡胶性能和XLPE/SR界面电荷特性的影响

电缆附件绝缘在长期运行过程中受到涂覆硅脂的溶胀作用,同时电缆与附件绝缘界面易发生沿面电晕放电,但是硅脂溶胀协同电晕放电老化对复合界面电荷以及硅橡胶性能的影响尚缺乏研究。为此选取2种极性相近但分子基团不同的硅脂,研究了硅脂溶胀协同电晕老化对硅橡胶表面形态、分子结构与交联结构、表面陷阱分布以及界面空间电荷分布的影响。结果表明:硅脂溶胀协同电晕老化使得硅脂和硅橡胶的表面出现裂纹,破坏了硅脂和硅橡胶的交联结构。老化后的硅橡胶浅陷阱密度增大,载流子迁移率增加。涂覆与硅橡胶的分子基团相近的硅脂,硅橡胶的迁移率增加更多;而涂覆含有烷烃、环烷烃以及芳香烃的硅脂的硅橡胶氧化较为明显,其红外光谱显示试样表面出现了羰基等极性基团。另外,硅橡胶表面极性和体电导率决定了老化后XLPE/SR界面电荷的极性和衰减速率,涂覆含有烷烃、环烷烃以及芳香烃的硅脂的硅橡胶表面极性大、残余电荷衰减慢,而涂覆与硅橡胶分子基团相近的硅脂的硅橡胶电导率高、电荷衰减快。     

不同涂覆条件对XLPE/硅橡胶界面击穿强度的影响

针对电缆接头安装过程中涂覆硅脂种类、制作工艺差异引起的界面粗糙和划痕等缺陷以及运行过程中水分侵入等因素对界面击穿特性的影响,测量分析了XLPE/硅橡胶界面涂覆普通和氟化两种不同硅脂,在不同粗糙度、潮湿处理及刀痕条件下的交流及冲击电压下的击穿特性。结果表明：在施加交流和冲击电压下,随着界面压力的增加,击穿电压均升高,冲击电压下普通硅脂试样比氟化硅脂试样有更高的击穿电压;涂覆氟化硅脂对改善界面防潮性及稳定性优于涂覆普通硅脂;XLPE/硅橡胶界面的光滑程度越高,界面的击穿电压值较高。     

交联聚乙烯与硅橡胶界面涂抹不同硅脂对其电荷特性的影响

实际电缆附件安装时一般会在附件主绝缘与电缆绝缘界面均匀涂覆硅脂,但不同种类的硅脂对界面特性的影响尚未见报道。为此,选用2种常用工业硅脂(普通硅脂(CSG)和氟化硅脂(FSG)),采用电声脉冲法(PEA)测试不同硅脂涂层对交联聚乙烯/硅橡胶(XLPE/SR)界面电荷特性的影响;并通过机械拉伸实验验证硅脂对硅橡胶材料的溶胀效应。结果表明:氟化硅脂具有较强的电负性,使得试样界面更易于积聚电荷;普通硅脂和氟化硅脂对硅橡胶都具有溶胀作用,进而导致XLPE/SR夹层界面正电荷向硅橡胶体内迁移;老化后,涂覆普通硅脂的硅橡胶力学性能的下降程度更为明显。     

界面涂敷料对XLPE和SIR复合绝缘界面空间电荷特性的影响

电缆附件绝缘用硅橡胶(SIR)易吸收涂覆在附件与电缆绝缘界面的硅脂发生溶胀,从而影响界面电荷特性。硅脂为硅油二次加工产品,为研究溶胀效应对SIR和交联聚乙烯(XLPE)/SIR界面空间电荷分布的影响,采用硅油作为溶胀剂,利用电声脉冲法(PEA)分别测量了硅油溶胀前后的SIR试样和界面涂覆硅油前后XLPE/SIR试样的空间电荷分布,同时还测量了单层XLPE、硅油溶胀前后SIR试样的体积电阻率。研究结果表明:经硅油溶胀后,SIR电阻率降低了约一个数量级;空间电荷测量时,SIR正电荷峰在低场强(6 MV/m)下出现向橡胶体内移位的现象,且溶胀后SIR的正电荷峰移位更明显,但随着场强升高,正电荷峰逐渐回移至原位;溶胀后的SIR在低场强下,负电极侧出现明显的空间电荷注入现象,同时在高场强下负电极侧的异极性电荷积累量较未溶胀时增多;复合界面空间电荷测量中,相比无涂覆情况,复合绝缘界面积累的正电荷量增多,且在30 MV/m的场强下,电荷峰极性显示为正极性。     

硅脂涂覆料对XLPE/EPDM复合介质界面电荷积聚和击穿特性的影响

电缆与附件复合介质界面的电荷特性,不仅与复合介质界面极化机理有关,也受到高场强下电极注入电荷的影响。另外,电缆与附件界面涂覆料也会影响界面电荷的积聚和消散特性。文中基于附件安装工艺中常用的普通硅脂和氟化硅脂两种硅脂涂覆料,测量了交联聚乙烯/三元乙丙橡胶(XLPE/EPDM)复合介质在不同硅脂涂覆下,外施不同极性电压时界面电荷积聚和消散特性,通过体预压和界面击穿试验探讨了界面残余电荷对界面击穿电压的影响规律。研究结果表明:涂覆氟化硅脂试样的界面电荷量多于涂覆普通硅脂试样。且涂覆氟化硅脂时,界面残余正电荷的衰减速率远高于界面残余负电荷的衰减速率。另外,当界面残余电荷极性与界面针电极极性一致时,有利于提高界面击穿电压,反之亦然。界面涂覆氟化硅脂试样的界面击穿电压均低于涂覆普通硅脂试样。     

潮湿环境下涂覆硅脂的电缆附件界面性能研究

电缆与附件绝缘的复合界面运行环境复杂,受到电、热、环境湿度联合作用,是电缆运行的薄弱环节。电缆附件安装过程中界面处涂覆硅脂对附件运行也存在显著影响。本文对涂覆硅脂的附件主绝缘SIR材料进行静置、潮湿、电晕、潮湿协同电晕多种老化形式的老化,研究了潮湿环境对涂覆硅脂附件界面性能的影响。结果表明：不同老化形式在不同程度上影响了涂覆硅脂SIR的表面形态,电晕与潮湿-电晕协同老化条件下硅橡胶表面受到破坏;潮湿-电晕老化条件下硅橡胶的分子主链侧链均出现了明显的断裂,对SIR力学性能的劣化程度最高。     

极寒环境下户外充油电缆终端故障机理研究

户外充油电缆终端是高压输变线路中的关键附件,在寒冷天气下,国内连续发生多起高压电缆终端故障,严重影响电网运行安全。为此,本文设计了充油电缆终端主绝缘-应力锥界面绝缘等效试验装置,分别测试了10℃及-30℃下硅橡胶/XLPE界面涂覆硅油对局部放电活动的影响,并基于微观观测及电场仿真手段对故障机理进行探究。结果表明：在10℃下,界面涂覆硅油可以有效改善电缆终端界面相容性,增强界面绝缘强度,无缺陷及存在划痕缺陷时,涂覆硅油后界面局部放电起始电压相较于未涂覆硅油时分别提高约17.2%和200%;然而,在-30℃下,硅油存在凝固收缩效应,导致气隙的产生或固有缺陷再次暴露,局部放电起始电压显著降低,甚至略低于未涂覆硅油状态。电场仿真结果表明极寒环境下最大场强畸变值达6.26kV/mm,已超过空气的电气强度,极易引发放电击穿。     

不同温度下XLPE-SIR异质绝缘的交/直流电树枝及局部放电特性

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆本体与附件构成的异质绝缘的电树枝化严重威胁电缆及附件的安全运行。为探明不同温度下XLPE-硅橡胶(silicone rubber,SIR)异质绝缘的交/直流电树枝及局部放电特性,分别在30、50和70℃下,对XLPE-SIR进行交/直流下的电树枝实验及局部放电检测。结果表明,局部放电特征量与电树枝发展阶段密切相关,其中放电量变化率相关性最强;异质绝缘界面对电树枝发展起阻碍作用;交/直流下试样击穿路径不同,推测这与实际界面的非理想接触状态及交/直流下界面附近电荷分布与局部放电差异有关;此外,温度升高不仅促进电树枝的引发与生长,同时对交流电树枝形态有显著影响。结果可为高压交/直流XLPE电缆附件处的绝缘老化状态监测与评估提供一定理论依据。     

电缆接头复合界面处水分对其闪络特性的影响

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆运行的实际经验表明电缆绝缘和接头绝缘之间的交界面最容易发生事故。论文针对XLPE电缆接头复合界面模型进行设计,通过试验研究了水分对复合界面试样起始放电电压、击穿电压、可重复加压次数以及碳化程度的影响。试验结果表明:干燥条件下,界面闪络是不可恢复性的,一旦发生闪络,试样不能再次进行试验;而由水分引起的界面闪络,界面绝缘可以恢复,即可试样重复加压,随着加压次数的增加,起始放电电压呈现下降趋势,而平均放电电流有所增加。论文研究表明在潮湿条件下的界面放电引起的界面材料的碳化损伤具有累积效应,而最终的导致界面彻底击穿是由于界面闪络后产生的碳化程度逐步加深直至贯穿两极。     

硅脂环境下电缆中间接头界面压力演变规律研究

在安装电缆附件时,通常会在电缆附件硅橡胶(SR)绝缘和电缆本体交联聚乙烯(XLPE)绝缘的界面处涂覆硅脂,硅橡胶吸收硅脂后会对界面压力产生影响.采用实验和仿真相结合的方法对电缆接头SR和XLPE之间的界面压力进行研究,通过实验测得硅橡胶吸收硅脂后弹性模量的变化,并将其分配到三维模型中进行仿真.结果表明:硅脂环境下,硅橡胶扩张程度越大,质量变化率越大,弹性模量越小.电缆接头SR和XLPE之间的界面压力随吸收硅脂时间的增加而减小;电缆接头扩张程度越大,界面压力越大,界面压力的降低速度越快;界面压力随摩擦系数的增加而略微减小.     

界面压强和表面粗糙度对聚乙烯与硅橡胶界面的局部放电的影响

设计了聚乙烯与硅橡胶界面在不同界面压力下的局部放电试验系统,通过施加一定的界面压强模拟电缆附件中的界面压强,研究不同界面压强和不同表面粗糙度的聚乙烯对聚乙烯与硅橡胶界面的局部放电起始电压和局部放电特性的影响,通过建立界面接触放电模型和界面电场分布计算方法计算了局部放电起始电压,并结合试验结果分析界面放电机理。结果表明:聚乙烯表面越粗糙,局部放电起始电压越低;随着界面压强的增大,界面的局部放电起始电压增大,局部放电量逐渐减小,总放电次数也减小。     

硅脂对硅橡胶电树枝劣化特性的影响机制研究

电树枝劣化是硅橡胶电缆附件绝缘性能下降甚至击穿的主要原因,但电缆附件安装时在电缆本体与附件界面处涂覆的硅脂对硅橡胶电树枝劣化性能的影响目前尚缺乏研究。该文研究硅脂对硅橡胶电树枝劣化特性的影响,发现硅脂导致硅橡胶的起树电压由13.5kV下降至10.8kV,电树枝形貌由枝状向丛状转变。进一步的表面电位衰减特性、热分解过程和交联密度的测试结果表明,硅脂导致硅橡胶主链断裂,硅橡胶与白炭黑的物理交联结构被破坏、交联密度下降,硅橡胶中的自由体积增大,电荷迁移率上升。因此,注入的电荷在电场作用下获得更高的能量,撞击分子链段使其破坏程度加剧,最终导致硅橡胶绝缘起树电压降低。同时,自由体积的增大使得在较低的径向电场下,电荷也能加速获得足够的能量打断分子链。因此,电树枝形貌逐渐由树枝状向丛林状转变。     

高压直流电缆附件XLPE/SIR材料特性及界面电荷积聚对电场分布的影响

双层绝缘介质界面电荷积聚是导致高压直流电缆附件界面放电的重要原因.该文测量分析交联聚乙烯(XLPE)和硅橡胶(SIR)两种介质的介电性能、电导特性和导热特性;通过建立高压直流附件电-热仿真模型,研究不同温度下XLPE/SIR界面电荷积聚特性及局部电场畸变引起的附件内部电场变化规律.实验结果表明,室温下SIR的电导率略高于XLPE材料,随着温度的升高,XLPE的电导率增加较为明显,而SIR的电导率增加则相对缓慢,高温下两种介质电导率不匹配是导致界面电荷积聚的重要原因.室温下XLPE/SIR界面积聚负电荷面密度约为3.42×10?4C/m2,这部分电荷会增强电缆主绝缘电场,削弱应力锥根部电场畸变,主绝缘电场增加约36％,应力锥根部电场畸变下降约62％.当温度超过约36℃时,XLPE/SIR界面开始积聚正电荷,随着温度的升高,开始出现极性反转现象,造成应力锥根部局部电场畸变加重,70℃时最大畸变电场达到12kV/mm.     

硅橡胶/胶联聚乙烯界面金属颗粒沿面放电严重程度的评估

硅橡胶绝缘预制型电缆接头由于制作工艺问题在硅橡胶/胶联聚乙烯界面上形成半导电或金属颗粒缺陷最终导致沿面击穿的故障时有发生。探寻硅橡胶/胶联聚乙烯界面金属颗粒沿面绝缘缺陷局部放电的发展过程,可为电缆中间接头放电严重程度的评估提供依据。在35k V电缆中间接头硅橡胶/XLPE界面上设置金属颗粒缺陷,通过逐级升高电压激发出局部放电信号并加速缺陷发展。测量了局部放电起始直至绝缘击穿全过程中的局部放电信号,生成了单位时间内局部放电平均能量、总能量及放电次数共计三个表征参量随时间的变化曲线。基于曲线的发展变化规律,将局部放电发展全过程划分为四个阶段,得到了表征各阶段局部放电重复率及平均放电量相位分布特征的?-n、?-qave二维谱图以及灰度图,从中提取了两个能够表征各阶段局部放电统计规律的特征量。研究结果表明,在预设缺陷局部放电的发展过程中,局部放电相位谱图的形貌特征发生变化,从相位谱图中提取的两个局部放电特征量均呈现单一增大的趋势,且在放电后期增长速率加快。基于对局部放电相位分布特征及特征量变化趋势的综合分析,提出了一种硅橡胶/胶联聚乙烯界面金属颗粒沿面放电严重程度的评估方法。     

预加直流电压对绝缘纸板放电过程的影响特性

为研究预加直流电压对油纸绝缘局部放电过程的影响特性,采用球-板电极模拟油纸绝缘系统中的稍不均匀电场,仿真计算出预加直流电压下球-板电极油纸绝缘系统的电势和场强分布,用脉冲电声法测试绝缘纸板去极化过程空间电荷时空变化特性与界面空间电荷衰减速率,并对试样进行交流局部放电试验,研究预加直流电压与局部放电起始电压之间的定量关系。结果表明:预加直流电压会在绝缘纸板界面产生残留空间电荷,升压过程中使局部放电起始电压和绝缘临界击穿电压均下降;降压过程中局部放电特性不受预加直流电压的影响,且局部放电熄灭电压与预加电压大小无关;随着预加直流电压的提高,每升高相同幅值的预加直流电压,交流局部放电起始电压降低的幅值有所减小。     

热老化时间对硅橡胶电树枝起始特性的影响

电缆系统长期运行在高温下会对新型超高压预制式电缆附件主绝缘材料硅橡胶(SIR)的性能产生影响。针对电缆长期最高运行温度(90℃)下热老化时间对硅橡胶材料电树枝老化特性的影响展开试验研究,测定90℃温度场下老化1 000 h对硅橡胶材料电树枝老化特性的影响规律,并进行理论分析。试验结果表明,90℃热老化作用下,硅橡胶随着老化时间的增加,起树电压出现先增再减的趋势。硅橡胶电树枝形态与老化时间密切相关,老化过程中树枝状比例很低,随着老化时间增加,丛状树枝比例先增再减,松状比例先减再增。另外,通过对最大放电量的测试可以发现,最大放电量的变化随时间先减再增。结合差热分析、平衡溶胀等试验对试验结果进行分析讨论后认为,90℃下硅橡胶交联网络破坏是硅橡胶起树电压大幅下降,电树枝形态改变的重要原因。运行温度下的热老化对硅橡胶的性能产生了严重的影响,需要引起重视。     

多因素下硅橡胶吸收硅油/硅脂的影响规律

电缆附件安装时需在附件绝缘与电缆本体绝缘界面处涂覆硅脂以保证界面密封性和耐电强度,但长期运行过程中附件绝缘硅橡胶会吸收硅脂,进而降低自身的电气性能与力学性能,最终引起附件绝缘故障。为此文中重点研究硅脂在硅橡胶内分子动力学扩散过程的数学物理模型,为硅橡胶吸收硅脂的研究奠定理论基础;并研究硅脂基油—硅油的黏度、硅橡胶无机填料含量和温度对硅橡胶饱和吸收硅油/硅脂量的影响。研究表明:硅油/硅脂在硅橡胶中的扩散过程符合Langmuir扩散模型;硅橡胶吸收硅油/硅脂的单位体积饱和质量变化量随着硅油黏度以及硅橡胶中氢氧化铝、气相白炭黑含量的增大而减小,随着温度的升高而增大。     

重复方波下气压对新能源汽车主绝缘材料电老化特性影响研究

为探究高海拔环境对新能源汽车驱动电机主绝缘材料电老化性能的影响，选取NHN绝缘纸作为主要研究对象，根据新能源汽车实际工况，对其施加双极性重复方波，测量其在不同气压下的局部放电起始电压（PDIV）；采用标准大气压下的PDIV值作为标准电压，在不同气压下对试样施加1.5倍标准电压，测定电老化30 min以及老化至击穿两种情况下试样的物理与电气参数，并检测电老化过程中生成的臭氧含量。结果表明：低气压下主绝缘试样的PDIV值显著降低，并且相对于平原地区，当施加电压大于PDIV时，其表面受腐蚀情况更严重，导致其更容易击穿；在相同时间与电压的电老化过程中，低气压试样的电气参数变化更大，局部放电生成臭氧的速率更快，对材料腐蚀加剧，绝缘性能的劣化更严重。综合以上研究，在设计新能源汽车电机绝缘系统时，应充分考虑海拔因素对绝缘材料耐电晕性能的影响。     

热老化对不同交联度硅橡胶电气性能的影响*

冷缩附件用硅橡胶绝缘的交联度决定了与交联聚乙烯电缆绝缘之间界面“抱紧力”的大小,从而影响附件的电气性能。为了研究热老化对不同交联度硅橡胶电气性能的影响,制备了不同交联度的硅橡胶试样,对热老化前后硅橡胶试样进行凝胶含量、红外光谱、电导 温度特性和击穿强度等测试分析。测试结果表明,硫化剂的用量决定了硅橡胶交联键的密度,适当提高硫化剂的含量,可增加硅橡胶的交联度;硅橡胶在热老化过程中,会发生侧链甲基基团的氧化,引起进一步的交联反应;硅橡胶较高的交联度,会使体积电导率减小、击穿强度提高且数据分散减小。