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。     

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。     

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。     

硅凝胶改善XLPE/SIR界面绝缘特性的研究

电缆附件界面涂覆硅脂存在溶胀效应,本研究采用一种硅凝胶作为界面涂覆料,通过测量XLPE/SIR界面试样的局部放电起始电压与界面击穿电压,对比硅脂与硅凝胶对XLPE/SIR界面填充效果的影响;通过拉伸试验与溶胀试验对比硅脂与硅凝胶对硅橡胶材料性能的影响;同时利用3D光学轮廓仪观测得到的数据对界面空腔尺寸进行估算,使用COMSOL仿真不同涂覆条件下的界面电场分布。结果表明:老化前,硅凝胶与硅脂均能提高XLPE/SIR界面的击穿电压和局部放电起始电压;老化后,涂覆硅脂试样的界面击穿电压与局部放电起始电压均大幅下降,而涂覆硅凝胶试样的界面击穿电压与局部放电起始电压不变。硅脂因溶胀作用导致硅橡胶的力学性能下降,而硅凝胶对硅橡胶材料性能无影响。硅凝胶由于其良好的电气绝缘性能并且在老化后不会轻易流失,作为界面涂覆料的性能优于硅脂。     

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。     

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.     

不同涂层对XLPE和EPDM双层绝缘介质空间电荷特性的影响

为研究不同绝缘涂层对直流电缆附件界面空间电荷分布特性的影响,对直接接触、涂抹普通硅脂涂层和涂抹极性硅脂涂层3种不同界面状态的交联聚乙烯(XLPE)和乙丙橡胶(EPDM)双层绝缘介质,在不同外施电场下的空间电荷分布进行试验,分析了加压和短路过程中界面电荷的动态变化过程,研究涂层材料对直流电缆附件界面电荷的影响规律。结果表明:不同界面状态对XLPE/EPDM双层绝缘介质界面空间电荷分布的影响不同,且在不同外施电场下,其变化趋势也不同。在相同温度和电场下,极性硅脂涂层界面积累的空间电荷量最大。     

拉伸状态下硅橡胶/交联聚乙烯双层介质界面的空间电荷特性

针对电缆附件在使用过程中的扩张状态可能对附件绝缘性能及运行可靠性的影响,采用电声脉冲法（PEA）测试并研究不同拉伸率下(0%~50%)硅橡胶(SR)单层介质以及与交联聚乙烯(XLPE)组成双层介质的空间电荷特性。结果表明：拉伸对单层SR体内空间电荷的分布影响不大,但在XLPE/SR双层介质中,拉伸会改变电荷越过界面的势垒,界面电荷量随拉伸率的提高呈先降低后增加的趋势。合理选择拉伸率可以对电缆附件空间电荷的影响达到最小。     

硅脂对电缆中间接头硅橡胶力学特性的影响

在安装电缆附件时,通常会在电缆附件硅橡胶绝缘和电缆本体交联聚乙烯绝缘之间的界面处涂覆硅脂,硅橡胶吸收硅脂后会对其力学特性产生影响.目前关于硅橡胶在多种情况下吸收硅脂后其力学的研究并不充分.该文研究了吸收硅脂后对其基本力学性能的影响,系统研究了扩张程度、温度和吸收率对硅橡胶吸收硅脂后应力松弛和蠕变及永久变形率的影响,并研究了不同涂覆条件对裂痕发展的影响.结果 表明:硅橡胶吸收硅脂后弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率均减小;硅橡胶吸收硅脂后的应力松弛与扩张程度和温度之间无明显规律,但其永久变形率随扩张程度的增加而增加;硅橡胶吸收硅脂含量越大,产生的应力松弛和蠕变及永久变形率越严重;仅裂痕处涂覆硅脂时,裂痕发展最为迅速.     

基于电-热-力场的10 kV电缆终端典型缺陷仿真研究

为了研究电缆终端硅橡胶/交联聚乙烯（SR/XLPE）复合界面典型缺陷对电场、温度场以及应力场分布的影响，采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了10 kV电缆终端仿真模型，对复合界面存在金属微粒、半导电微粒以及划痕缺陷时的电-热-力场分布情况进行仿真。结果表明：电缆终端复合界面存在金属微粒或半导电微粒时，界面缺陷区域的电场、温度场以及应力场存在不同程度的畸变，金属微粒对界面各物理场分布的影响更加明显。对于外半导电层截断处因交联聚乙烯划伤导致气隙缺陷的情况，发现界面气隙缺陷处电场发生畸变进而产生局部热点。界面涂覆硅脂对划痕处电场和温度场的畸变具有明显的改善作用，但划痕区域由于硅脂的填入导致应力分布不均匀，应力呈现两端高中间低的分布规律。     

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。     

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。     

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.     

空间电荷效应对直流电缆及附件绝缘界面电场分布的影响

电缆与附件(终端或接头)的绝缘界面一般为绝缘的薄弱环节,直流电压协同温度梯度效应将导致其界面间的空间电荷量增多。为此,基于直流电缆运行中的温度梯度效应,通过测量直流工作电场下硅橡胶(SR)/交联聚乙烯(XLPE)双层介质界面的空间电荷特性,建立了电缆接头套接电缆上的仿真模型,根据SR及XLPE的电阻率-温度特性及空间电荷测量结果,探讨了温度梯度场下空间电荷效应对直流电缆及附件界面电场的影响。研究发现:随着温度梯度(温差)的增加,电缆与附件界面的积聚电荷量增大。温度梯度效应有助于增加电缆与附件界面应力锥侧的电场强度;存在空间电荷效应时,温度梯度场下电缆与附件界面应力锥侧的电场强度略有减小,同时高压屏蔽管侧的电场强度略有增加。     

硅脂环境下硅橡胶的吸收特性及其关键电气性能研究

电缆附件在长期运行过程中,其界面硅脂与绝缘硅橡胶直接接触使其逐渐被硅橡胶吸收,导致硅橡胶性能下降,甚至引发电缆附件界面问题。文中以附件绝缘硅橡胶吸收硅脂的增重试验为基础,研究不同温度下硅脂/硅油在硅橡胶中的扩散规律并获得相应的扩散参数;研究硅脂对硅橡胶体积电阻率、相对介电常数、介质损耗角正切值和工频击穿场强等电气性能的影响规律。结果表明,不同温度下硅脂/硅油在硅橡胶中的扩散规律服从Langmuir扩散模型;硅橡胶对硅脂/硅油的吸收能力随温度升高而增强,且硅橡胶内硅油分子的脱附过程更强;随着硅橡胶对硅脂吸收量的增加,硅橡胶的体积电阻率逐渐降低,相对介电常数和介质损耗角正切值逐渐增加,但其工频击穿场强呈先增大后减小的趋势。     

电缆附件用涂覆硅脂的特性及其研究现状

本文首先从硅脂的组成、分类入手,根据电缆附件的需求得到电缆附件涂覆硅脂的性能要求,并针对电缆附件常用的两种硅脂——普通硅脂与氟化硅脂进行分类描述,最后总结了国内外电缆附件用涂覆硅脂的研究现状和硅脂的筛选方法.     

冲击电压作用下溶胀效应对硅橡胶电树枝特性的影响

本文研究了单极性冲击电压（250/2 500μs）作用下高压电缆附件与电缆本体界面处涂覆硅脂引发的硅橡胶（SiR）溶胀效应对其电树枝特性的影响，并分别采用等温表面电位衰减与平衡溶胀法表征了溶胀效应对SiR陷阱特性与交联结构的影响。结果表明：随着溶胀时间的增加，SiR电树枝起始概率与分形维数均增大，溶胀340 h后，正、负极性冲击电压下50%概率起树电压分别由约37 kV和约-41 kV降至32 kV和约-39 kV。此外，冲击电压下SiR电树枝存在极性效应，相比于负极性，正极性冲击电压下电树枝更容易进行引发和生长。随着溶胀时间的增加，SiR中空穴型与电子型陷阱均表现为浅陷阱密度增大，深陷阱密度降低，物理交联密度减小。SiR物理交联结构的破坏导致其自由体积增大，碰撞电离过程加剧，同时深陷阱密度降低使得电荷输运过程增强，多个物理过程加剧了分子链段的断裂程度，进而导致SiR的耐电树枝特性降低。冲击电压下SiR电树枝的极性效应是由于空穴型与电子型陷阱的分布差异导致的。     

500 kV直流电缆接头增强绝缘设计关键参数及其控制研究

500 kV直流电缆接头设计的核心内容是增强绝缘的材料性能和几何结构.本文计算和仿真了直流电缆接头内电缆主绝缘与增强绝缘双层介质的电场分布特征,分析了直流电缆接头由界面放电引起的击穿故障的发展机理,测试了直流电缆接头中的交联聚乙烯(XLPE)与硅橡胶(SR)介质界面的击穿特性.结果表明:增强绝缘与电缆接头主绝缘的电导率和界面切向电场强度是增强绝缘设计的关键参数;增强绝缘材料的电导率在温度和电场容许范围内应始终小于XLPE;主绝缘与增强绝缘界面的切向电场强度是影响直流电缆接头运行可靠性的关键控制参数,在最不利的条件下其阈值为2.5 kV/mm.研究结果为解决直流电缆接头尤其是增强绝缘的设计问题提供了新方法.