直流电缆屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响

随着交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆电压等级的提高,对半导电屏蔽料的质量及可靠性的要求也越来越高。选用了2种国外高电压等级用直流半导电屏蔽料、一种国产较为优秀的半导电屏蔽料和国内XLPE直流电缆绝缘料作为试验材料,测试了3种屏蔽料的热、电性能,屏蔽与绝缘的复合性能,研究了3种屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响。通过对试验结果的综合分析,提出了炭黑填充量、炭黑粒径和基体树脂以及界面结合情况是影响半导电屏蔽料体积电阻率和空间电荷注入的关键因素。     

320kV交联聚乙烯直流电缆用国产基料选型研究

目前,320 kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)直流电缆是已投运的最高电压等级的柔性直流电缆。XLPE高压直流电缆是柔性直流输电系统的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘基料国产化具有重要意义。该文测量与评估了多种国内知名厂家生产的绝缘基料的直流击穿电场强度、空间电荷特性与直流电导率,对比国外超净基料、绝缘材料(超净基料+2%交联剂)对应电性能指标,优选出了两种国产基料,确定了320kV XLPE直流电缆绝缘料用基料国产化的可行性。最后,详细研究了国产基料直流电导率参数,确定了适合于国产基料的电导率拟合函数。     

高载流量柔性直流电缆绝缘料关键性能研究

为实现高压柔性直流电缆绝缘材料国产化,文中通过添加纳米粒子方法制备了高载流量(工作温度90℃)柔性直流电缆绝缘料试样,开展了空间电荷、电阻率、直流击穿电场强度等关键电气性能指标的试验研究,并与高压交流电缆绝缘料和国外柔直电缆绝缘料这2种材料的相应试验结果进行了对比分析。结果表明,该柔直电缆绝缘料在常温(20℃)和高温(90℃)下具有良好的空间电荷抑制性能,电场畸变率小于5%;与其他2种材料相比,该绝缘料在高温下的电阻率增加约10倍、电阻率温度系数下降约1/3,能够降低柔直电缆的热损耗并有利于整个柔直电缆系统的绝缘设计;该绝缘料在高温下的直流击穿电场强度为其他2种材料的1.27～1.6倍。研究表明,该柔直电缆绝缘料电气性能优异,能够用于工作温度90℃的柔直电缆绝缘。     

母料制备环境洁净度对高压直流电缆绝缘材料性能的影响

分别在非超净环境和百级超净环境中制备洁净度不同的两种直流电缆绝缘母料,通过高压电缆绝缘料生产线分别制备非超净直流绝缘料和超净直流电缆绝缘料,对比分析两种直流绝缘料的洁净度、空间电荷、不同温度下的体积电阻率以及直流击穿强度。结果表明:直流电缆绝缘母料制备环境洁净度直接影响着直流电缆绝缘料的洁净度,并对直流电缆绝缘料的空间电荷、不同温度下的体积电阻率和直流击穿强度有较大的负面影响。     

新型XLPE高压直流电缆绝缘料的空间电荷特性研究

高压直流电缆运行中的温度梯度效应导致电缆外绝缘层场强严重畸变,降低了绝缘的电气强度和使用寿命。在聚乙烯纳米复合材料的基础上,添加适量的交联剂、抗氧剂等制备了新型高压直流交联聚乙烯料,对其力学性能和电性能进行测试,并将其与国外主流XLPE直流电缆绝缘料的空间电荷积聚与场强畸变特性进行对比分析。结果表明:新型高压直流交联聚乙烯电缆料的性能优于国外主流XLPE直流电缆绝缘料,有望用于国产高压直流电缆。     

高压直流电缆用低密度聚乙烯的结构与电气性能分析

低密度聚乙烯的分子结构是影响高压直流电缆电气性能的关键因素。本文选取了进口和国产的高压直流电缆用绝缘料,通过凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振谱从结构上研究聚乙烯基料的分子量分布、碳碳双键含量和支化度;从宏观上分析材料的电气性能和加工流变性能,并探讨聚乙烯的结构特性对其电气和流变性能的影响机制。结果表明:进口绝缘料的分子量分布较窄,端基双键含量高,长链支化度高,在高温下的绝缘性能较好,50℃下的直流击穿场强比国产绝缘料高约36%,且在40 kV/mm直流场作用下其内部未发现异极性空间电荷。聚乙烯分子量分布窄,分子内部晶点(大分子或超大分子等杂质)较少,有助于抑制异极性空间电荷。聚乙烯支化度较高,分子链间缠结点较多,使得材料在高温下的稳定性较好。     

直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法综述

交联聚乙烯(XLPE)因其优异的介电、理化性能而被广泛应用于电缆绝缘领域。在电缆的服役过程中,电缆绝缘内部会积聚空间电荷,严重时可引发电场畸变,导致电缆击穿事故发生。对于直流XLPE电缆,空间电荷的积聚及影响更加不容忽视。针对直流XLPE电缆绝缘中产生的空间电荷积聚效应,目前学界主要采用共混改性、聚合物链段接枝极性基团、纳米掺杂改性及制备高纯净绝缘料等方法来进行控制,改性后的直流XLPE电缆绝缘对空间电荷产生的抑制效果均有所提升。文中首先对上述直流XLPE电缆绝缘中空间电荷的抑制方法进行综述,介绍其抑制原理以及相应的抑制效果,然后对比总结不同抑制空间电荷方法的优缺点,最后对未来直流XLPE电缆绝缘中空间电荷抑制方法的研究发展作出展望。     

柔性直流电缆绝缘料及电缆结构设计

重点探讨了柔性直流电缆绝缘料及电缆的结构设计。分析指出,空间电荷问题是柔性直流电缆绝缘急需解决的难题,电缆绝缘空间电荷测量装置的研制及空间电荷陷阱能量分布的测量均有助于空间电荷问题的研究。添加纳米填料抑制交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷时,可以通过表面物理或化学修饰等改性手段解决纳米粒子与XLPE的相容性问题。文中指出,柔性直流XLPE电缆绝缘中电场分布与体积电阻率呈正比分布,而电阻率取决于温度和场强。由于受到空间电荷的影响,运行中柔性直流电缆经受的反极性冲击电压是电缆绝缘的关键因素。最后,提出了开发高载流90℃工作温度绝缘料,并设计出绿色环保的高压、超高压陆地和海底电缆结构。     

基于国产基料的交联聚乙烯高压直流电缆绝缘材料电性能研究

交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)高压直流电缆是直流电网的核心设备,将XLPE高压直流电缆绝缘料国产化具有重要意义。基于欧洲主流超净低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)与国内知名企业生产的2种超净聚乙烯,分别制备XLPE试样,并完成脱气处理。测量与评估3种XLPE试样的直流击穿电场强度、直流电导率、空间电荷特性等电气性能指标,综合评估交联材料电气性能。其中,一种国产交联聚乙烯材料的击穿场强与电导率性能指标接近于参考绝缘材料性能指标,其空间电荷性能指标优于参考绝缘材料性能指标,确定了XLPE高压直流电缆绝缘料国产化的可行性。     

半导电屏蔽材料对高压XLPE电缆绝缘电气性能的影响

为研究半导电屏蔽材料对高压XLPE电缆绝缘中电荷输运行为的影响，本研究选用国内外3种不同型号的半导电屏蔽材料配合同一XLPE绝缘，模拟实际电缆结构试制了屏蔽-绝缘-屏蔽的三明治结构试样，并对其进行高场强电导测试以及空间电荷测量。结果表明：屏蔽层的引入使绝缘内部的电导方式发生了改变。相较于纯XLPE绝缘试样，含屏蔽层配合的绝缘试样电荷注入明显增加，其中进口屏蔽料配合的试样绝缘-屏蔽界面对电荷注入的抑制能力较强，电荷注入程度较弱。电荷注入会对空间电荷在绝缘内部的积聚程度产生影响，其中，含国产屏蔽料配合的试样的空间电荷积聚较为严重，含进口屏蔽料配合的试样空间电荷积聚程度较轻。此外，空间电荷测量还需要注意因试样结构的特殊性带来的阻抗不匹配问题。     

320kV国产交联聚乙烯绝缘料高压直流电缆设计

为促进国产交联聚乙烯绝缘料在高压直流电缆绝缘中的应用,根据实验数据推导出国产交联聚乙烯绝缘料的电导率方程,得到了电导率与温度和电场之间的关系;实验测得五种不同厚度薄试样的击穿场强,根据双参数威布尔分布推导出绝缘料的击穿场强与厚度的关系,得出厚度为26 mm下绝缘材料的击穿场强;根据TICW 7.2标准设计出320 kV高压直流电缆的结构,利用Comsol Multiphysics软件仿真得出电缆在不同负荷状态下的电场和温度场分布。仿真结果表明:当导体绝缘内温差大于5.3℃时,绝缘外部场强开始高于内部场强;当导体温度为70℃时,绝缘内部电场最大值为15.1 kV/mm,远低于材料的击穿场强。通过仿真分析,为成功设计320 kV高压直流电缆提供参考。     

温度梯度–直流电场长期协同老化下XLPE中的空间电荷特性

为研究实际电缆运行中的温度梯度效应对高压直流交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘长期运行可靠性的影响,采用自制的多组片状试样适用的温度梯度场–直流电场协同老化装置,分别对3种XLPE绝缘料(包括国产XLPE料、纳米改性后的XLPE料、北欧化工产高压直流XLPE料)进行温度梯度场–直流电场协同老化试验。为了进行对比研究,同时对以上3种XLPE绝缘料进行了传统高温场–直流电场协同老化试验。通过电声脉冲法空间电荷测量设备,测量了不同老化时间后(未老化、老化一个月和三个月)三种XLPE试样的空间电荷特性。同时测量了3种XLPE试样老化后的电阻率变化及红外光谱特性。结果表明,高温老化试样中空间电荷在体内均匀分布;而温度梯度老化试样中异极性空间电荷主要聚集在两电极附近。同时3种XLPE电阻率均随老化时间增加而降低,且温度梯度老化试样电阻率低于相同条件下的高温老化试样。另外,国产纳米改性XLPE老化后羰基吸收峰峰值最小,表明其老化程度最低,体内电荷积聚最少。     

我国发展直流海底电力电缆的前景

例举世界重要的海底电缆工程,表明其中大部分为直流海底电缆工程。叙述直流输电特点,着重以不同类型的直流和交流海缆载流量计算,证明直流海底电缆在输电容量、输电损耗和电缆线路长度限制方面显著优于交流海底电缆。肯定了我国发展直流海底电缆的必要性。有些运行条件下直流海底电缆会是优先的方案,甚至是唯一的选择。提出以发展直流交联聚乙烯(XLPE)海底电缆作为主要目标,并在比较不同类型海缆绝缘中的空间电荷对电场分布和电气绝缘性能影响和深入研究空间电荷积聚、抑制和移去机理基础上,积极研发抑制空间电荷积聚的XLPE绝缘料,作为关键技术突破,用于开发直流XLPE绝缘海底电缆,推进我国直流海底电力电缆的技术发展。     

高压直流电缆交联聚乙烯绝缘材料及半导电屏蔽材料热性能及机械性能分析

为实现高压直流电缆绝缘料国产化和保证直流电缆系统运行的长期可靠性,选取了两种配方体系的典型直流电缆交联聚乙烯（XLPE）绝缘料及半导电屏蔽料制备试验样品。利用差示扫描量热分析（DSC）、热失重分析（TGA）等技术,分析了试验样品的基本组成成分和分子结构特征,为判断电缆材料的优劣提供重要依据。对直流电缆绝缘料的热性能及机械性能进行了试验研究,考察了材料的导热性及热老化前后材料的力学性能变化,并对试验结果进行了对比分析,为未来直流电缆系统工程设计选型及建立直流绝缘料质量评价体系提供了基础试验数据支持。     

绝缘母料加工温度对高压直流电缆绝缘料性能的影响研究

为了研究绝缘母料加工温度对高压直流电缆绝缘料性能的影响,选用3种加工温度制备绝缘母料,并对采用3种绝缘母料制备的直流电缆绝缘料性能进行了研究.先开展洁净度检测,再通过全反射红外光谱分析了洁净度检测出的晶点的化学键结构,最后对比了3种直流电缆绝缘料的电气性能和力学性能.结果表明:采用加工温度过高的绝缘母料的直流电缆绝缘料中有更多的晶点,且部分晶点为淡黄色;与半透明的晶点相比,淡黄色晶点的红外光谱上并未出现较强的吸收峰,但过高温对直流电缆绝缘料的电气性能有较大的负面影响,而对力学性能的影响较小.     

热老化对交流配电XLPE电缆改为直流运行后电缆绝缘性能的影响

为了研究热老化对交流配电交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆改为直流运行后电缆绝缘性能的影响,先对已运行两年的10kV交流XLPE电缆样段进行135℃加速热老化试验,随后采用车床和特质刀具将电缆样段沿轴向环切得到薄片试样,通过直流电导率、空间电荷测量、表面电位衰减和直流击穿测试,结合载流子迁移率、活化能和陷阱参数的计算,对老化前后交流配电XLPE电缆的直流绝缘性能进行研究.结果 表明:随着老化时间的增加,交流XLPE电缆绝缘试样的直流电导率和载流子迁移率先下降后上升,长期老化后空间电荷积累阈值场强与试样的活化能明显减小,试样的直流电导率随着测量温度的升高而增加,其空间电荷积累阈值场强随着测量温度的升高而减小;随着老化时间的增加,试样中积累的空间电荷由异极性转变为同极性,深陷阱数量与直流击穿场强均呈现先上升后下降的趋势;分析认为短期热老化有利于提高交流配电XLPE电缆改为直流运行后的直流绝缘性能.     

高压直流塑料电缆绝缘用纳米改性交联聚乙烯中的空间电荷特性

为发展国产高压直流(HVDC)塑料电缆绝缘材料,削弱直流电缆运行中温度梯度效应对电缆绝缘中电场强度的畸变,针对国产纯交联聚乙烯(XLPE)、自行研发的纳米改性XLPE以及从国外进口的高压直流用XLPE等3种材料的试样进行了研究。利用电声脉冲(PEA)法和电阻率测量系统,测量了3种XLPE试样在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下的空间电荷特性和电阻率特性。研究结果表明:在室温、高温及温度梯度等3种温度条件下,纳米改性XLPE试样在加压过程中的体内积聚电荷量最少、短路后残余电荷量较少;随着温度升高,3种XLPE试样的体积电阻率均呈下降趋势,但自行研发的纳米改性XLPE试样的体积电阻率在测试的高低温范围内始终最高,且比纯XLPE试样高出约1个数量级。因此认为在所测试的3种XLPE试样中,自行研发的纳米改性XLPE材料在测试温度范围内能最好地抑制空间电荷,拥有最高的体积电阻率。     

抗氧剂对聚乙烯电缆直流介电性能的影响

为研究抗氧剂对聚乙烯(LDPE)绝缘电缆直流介电性能的影响,通过熔融共混制备了4种质量分数为0.3%的抗氧剂聚乙烯复合材料,在恒定的场强下,测试电导率随温度的变化,利用电声脉冲法(PEA),测试各试样中空间电荷的分布,并测量室温直流击穿特性。结果表明,添加抗氧剂300的LDPE试样中空间电荷量较少;在低场强下,添加抗氧剂300的LDPE对温度的依赖性较小,表现出良好的电导特性,在场强较高时,抗氧剂1010聚乙烯复合材料表现出良好的电导特性;抗氧剂聚乙烯复合材料的直流击穿强度比聚乙烯的直流击穿强度高。     

交联聚乙烯抗水树电缆绝缘料配方研究

通过研究聚乙烯基料、交联剂、助交联剂、抗氧剂对电缆绝缘料性能的影响,确定了抗水树电缆绝缘料的最佳配方为：低密度聚乙烯（LDPE）100 phr,抗水树添加剂乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）1.5 phr、山梨糖醇（DBS）0.6 phr,交联剂过氧化二异丙苯（DCP）2.2 phr,助交联剂三聚氰酸三烯丙酯（TAC）1.6 phr,抗氧剂3002.8 phr。对该配方制得的抗水树XLPE电缆绝缘料进行综合性能测试及加速老化试验。结果表明：抗水树电缆绝缘料符合国标要求,所制得的电缆寿命明显延长,电缆寿命不低于40年。     

交联剂和抗氧剂对低密度聚乙烯绝缘料熔体黏弹特性的影响EI北大核心CSCD

高压电缆用低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)绝缘料熔体的黏弹特性决定了其挤出加工成型水平,研究交联剂和抗氧剂对其未交联时黏弹特性的影响规律与机制对于提升绝缘质量具有重要意义。该文以LDPE为基料,分别混制含过氧化二异丙苯(dicumyl peroxide,DCP)和3种不同抗氧剂的电缆绝缘料,使用旋转流变仪获得DCP和抗氧剂对自制绝缘料未交联时黏弹特性的影响规律,并从原子水平分析其微观影响机制。结果表明,添加少量的抗氧剂会对绝缘料黏弹特性产生显著的影响,且随着添加含量的增加,其复数黏度和动态模量均逐渐下降。由DCP和抗氧剂分子化学构成和拓扑结构的差异引起其对绝缘料黏弹特性的影响程度不同,即添加剂分子有效极性基团数量越多、分子尺寸越小、形状越趋向线型扁圆,对绝缘料黏弹特性的影响程度越大。该研究为深入理解交联剂和抗氧剂对高压电缆用LDPE绝缘料未交联时熔体黏弹特性的影响机制提供了理论参考。