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。     

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。     

XLPE/半导电屏蔽界面在高场强下的破坏机理

诸如电力电缆之类的高压设备中,在半导电屏蔽与聚合物绝缘的界面上会产生场强升高。本项研究是利用在聚合物内嵌入半导电凸状物来模拟场强升高的位置。使用的XLPE含有两种不同浓度的交联副产物并注入不同的气体。试验表明,起始电树枝之前,在半导电屏蔽的尖端出现场致发光光谱,并辐射出可见光和紫外线光。XLPE内嵌入半导电凸状物的场致发光特性和光谱,与以前在LDPE(低密度聚乙烯)内嵌入金属针尖所观察到的现象相似。在场强升高的位置所辐射出的紫外线光,可导致聚合物光裂解,使键断裂并诱发电树枝。注入不同气体的XLPE试验结果也表明,如同在LDPE/金属界面的情况一样,聚合物空隙中的氧气对高场强下XLPE绝缘老化会有很大的影响。     

交联聚乙烯电树枝老化实验研究

介绍了交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）电树枝老化的试验研究．给出了ＸＬＰＥ绝缘在交流电压作用下的电树老化曲线以及在交流叠加冲击电压作用下,ＸＬＰＥ绝缘中电树的起始特性,并对实验结果进行了分析     

硅橡胶绝缘介质中电树的特性研究

电树枝的生长是聚乙烯(PE)和交联聚乙烯(XLPE)电力电缆绝缘电老化的主要原因。电缆附件中结构复杂、电场分布不均匀,其主绝缘材料———硅橡胶长期处于高场强下。因此,非常有必要研究硅橡胶绝缘介质中电树枝的生长特性及机理。笔者选取了电缆附件应力锥的硅橡胶材料作为试验样本,研究了其电老化现象。实验过程中采用了典型的针—板电极,通过施加直流和交流电压以及改变试验参数等方式促进电树枝的生长。实验中使用数字显微成像系统实时拍摄了电树枝的整个生长过程。结果表明:硅橡胶绝缘介质中由硅的化合物形成的电树枝通道是绝缘的,完全不同于PE和XLPE电力电缆中具有导电或者半导电性质的碳化通道;电树枝的生长速度和结构完全依赖于试验电压种类、交流电压幅值和电源频率,随着电压幅值以及电源频率的增加,生长速度明显增快。     

硅橡胶热老化特性及其对电缆附件运行可靠性的影响

电力电缆大力发展,使得新型硅橡胶绝缘材料由于其优良的机电热性能得以广泛应用在超高压电缆附件绝缘领域,但是绝缘故障时有发生,成为电缆输电线路的薄弱环节.本文提出材料老化特性是影响超高压电力电缆附件运行可靠性的重要因素,对硅橡胶材料电树老化性能进行了深入研究,研究温度对电树起始电压、形态的影响规律和电树随着时间的发展规律.研究显示硅橡胶电树起始电压随温度的升高明显下降,电树形态从树枝状、松枝状向丛状树枝过渡,表明硅橡胶绝缘材料在电缆运行温度范围内存在明显的热破坏特性,对硅橡胶电缆附件绝缘可靠性造成不利的影响,而较高温度的丛状电树的滞长特性则将成为电缆附件的长期性故障隐患.在特性研究的基础上,对比分析了温度对硅橡胶和聚乙烯电树老化性能的差异,认为当前硅橡胶电缆附件故障频发的主要原因之一是对硅橡胶老化特性缺乏了解,造成现有的常规结构设计上冗余不足.     

电场作用下含电压稳定剂修复液的扩散及对热氧老化电缆绝缘性能的影响EI北大核心CSCD

为了研究含不同类型电压稳定剂的修复液在电场作用下的扩散行为,以及它们对热氧老化电缆绝缘性能的影响。选取安息香、抗氧剂300和UV-P 3种电压稳定剂,配置13组不同含量修复液,进行热氧老化电缆压力注入式修复。对修复前后电缆样本进行红外光谱分析、电树引发和生长实验以及介电性能测试。研究结果表明:修复液注入后,短期内依靠压力和浓度差在绝缘中分层扩散;电场作用使得交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)分子链发生取向、修复液中极性分子受正介电泳力朝电场最强处定向运动,二者促使修复液向绝缘缺陷处加速扩散并聚集,电缆绝缘性能明显提升。不同成分修复液均能提高电缆绝缘的电树引发电压,其中质量分数为1.0%的抗氧剂300修复液对热氧老化电缆的电树抑制效果最好。此外,修复后电缆的直流电导率和介质损耗因数增大,修复液极性对XLPE电缆的绝缘性能和介电性能具有双向作用。     

压力注入电压稳定剂对热氧老化电缆绝缘性能的增强机理

为了研究压力注入电压稳定剂对热氧老化电缆的修复效果,通过配置修复液对电缆样本进行注入修复,研究修复液对电缆绝缘性能的增强效果及作用机理。选取抗氧剂300和二茂铁配置不同添加浓度的7种硅氧烷修复液,对热氧老化电缆样本进行注入式修复,测试修复前后XLPE绝缘的电树引发电压、直流电导率和介质损耗因数,对部分样本进行二次老化,并测试不同老化时间的氧化诱导期和电树引发电压。结果表明,注入2种类型的电压稳定剂均能够大幅提高热氧老化电缆的电树引发电压,但也会在一定程度上增大电导率和介质损耗因数;注入抗氧剂300能够提高热氧老化电缆的氧化诱导时间,并在较长时间内提升其抗热氧老化和抗电树能力。由扩散公式与实验结果可知,通过增大注入压力,升高扩散温度,选择有效浓度区间更大的电压稳定剂,选取较为保守的添加含量等措施,使电压稳定剂在绝缘层中的浓度分布处于有效浓度区域,是保证修复效果的有效措施。     

500kV XLPE电缆绝缘中树枝化现象的述评

介绍日本开发 5 0 0 k V XL PE电力电缆时研究树枝化现象的形成 ,评述 XL PE电缆形成电树和水树与场强的相关性、树枝引发场强和长期寿命特性的研究结果 ,说明由此确定 5 0 0 k V XL PE电力电缆的绝缘设计。     

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