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。     

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。     

碳化硅表面改性对固体绝缘介质表面电荷聚散特性的影响研究

为了揭示涂覆碳化硅对固体绝缘介质表面电荷聚散特性的影响机制,本研究建立了基于静电探头的固体绝缘表面电荷的测量实验平台,通过对表面涂覆碳化硅的PMMA试样进行测定,获取了不同条件下固体绝缘介质的表面电荷分布特性。结果表明:涂覆碳化硅对绝缘材料表面电荷积聚的影响较小,而当碳化硅含量超过45%时,绝缘材料表面电荷消散速率明显加快,且由于碳化硅体积电导率与外加电场存在非线性关系,阈值电场随着涂覆碳化硅含量增加而降低,在涂覆较高含量碳化硅后,固体绝缘材料因积聚一定量的表面电荷使其表面等效电导率明显提升,表面电荷消散速率加快,对固体绝缘介质表面积聚的电荷起到了调控作用。     

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。     

TiO_2纳米粒子浓度对油纸复合绝缘击穿特性和界面电荷的影响

为探究直流电压下纳米粒子对油纸复合绝缘电气性能的影响,制备不同浓度TiO_2纳米粒子改性油纸试样,对比测试试样的极化电流和直流击穿电压,并借助扩展Debye电路模型建立油纸复合绝缘击穿模型,分析升压过程中电压分布和界面电荷积聚情况。结果表明:纳米粒子的添加导致极化电流显著增大;油纸复合结构击穿电压随纳米粒子浓度的增大先上升后下降,且存在极性效应。分析表明,受纳米粒子添加对松弛极化的影响,不同浓度纳米油纸复合绝缘结构界面电荷极性和积聚量不同,这是导致电压分布和击穿过程差异的根本原因,同时纤维素对负电荷的吸附是存在极性效应的主要原因。     

油老化状态对油纸绝缘直流电场下空间电荷特性的影响

为了深入研究油老化对油纸绝缘直流电场下空间电荷特性的影响,通过加速热老化得到三组不同老化程度的绝缘油试样,并对其进行理化及电气特性分析;然后利用所得油样分别对经过真空干燥的新绝缘纸进行真空浸渍,得到3组油老化状态不同的油纸绝缘试品;进而采用电声脉冲法(pulsed electro-acoustic,PEA)在室温下分别测量了3组试品在施加直流电压和撤除电压情况下的空间电荷分布,讨论了油老化状态对油纸绝缘试品中空间电荷注入、积聚及消散等特性的影响。实验结果表明：施加直流电压下,3组油浸纸试品与电极界面处均发生了同极性电荷注入现象,油老化程度越严重,电极与介质界面处感应的电荷密度峰值越大,积聚在试品中的空间电荷总量也逐渐增大,负电荷积聚区域逐渐向阳极方向推进。撤除电压后,随着绝缘油老化程度的加重,试品中的空间电荷消散速率增大,且正电荷的消散速率大于负电荷的消散速率。     

直流电压下多层油纸绝缘介质的界面空间电荷特性

空间电荷对油纸复合绝缘结构电气性能的影响由于测量上的困难而至今尚未明了,多层复合绝缘结构使得空间电荷特性更加复杂。为此,应用电声脉冲(PEA)方法研究了电压极性对纸-纸和纸-油这2种双层绝缘结构中以及界面处空间电荷特性的影响。研究发现在2种结构的界面处积聚的空间电荷极性与施加电压的极性一致。对2种结构中空间电荷特性进行了比较,结果表明纸-油结构中空间电荷的运动速率比纸-纸结构中慢,并且具有更深的陷阱能级。通过分析认为双层介质界面处存在的势垒导致了界面电荷的积聚,其极性由电极的电荷注入、界面的陷阱、电场和介质的电导等因素协同决定;绝缘材料陷阱能级的不同是造成2种绝缘结构空间电荷运动速率不同的因素之一。     

等离子体氟化纳米SiC/环氧复合涂层对环氧树脂闪络特性的影响

环氧树脂绝缘子在电场的作用下会发生表面电荷积聚,严重时会发生沿面闪络现象,威胁电力系统和电气设备的安全运行。为此利用CF4/Ar等离子体对纳米SiC进行氟化处理,以改变其在环氧树脂中的界面特性,将含有不同质量分数氟化纳米SiC的环氧复合涂层材料以3种不同厚度涂覆在环氧树脂基体上,对其进行表面电位测试和直流闪络测试。实验结果表明:随着填料在环氧涂层中含量的增加,试样的闪络电压增高,电荷消散速度加快,陷阱能级和密度降低。增加涂层厚度同样可以提高试样的闪络电压,等离子体氟化纳米SiC质量分数为5%的涂层厚度为600μm时,闪络电压较无涂层试样提高了18.7%。涂覆等离子氟化纳米SiC/环氧复合涂层作为便捷有效的方法,在减少电气设备运行故障方面具有广阔的应用前景。     

空气中不同表面粗糙度PMMA表面电荷动态特性研究

绝缘材料的表面物化特性会对其绝缘性能产生重要影响,为研究绝缘材料表面形貌与表面电荷的关系,通过对有机玻璃(PMMA)进行电晕充电,分析电压极性、表面粗糙度、打磨方式对材料表面电荷动态特性的影响。结果表明:打磨处理后PMMA表面电荷动态特性发生改变,在负极性电压下,顺序打磨后材料表面电荷积聚量较未打磨的少,乱序打磨后材料表面电荷积聚量增多。对于电荷消散速率,当材料表面粗糙度较小时,顺序打磨后消散速度较未打磨的快,随着表面粗糙度的增大,消散速度变慢;乱序打磨后电荷消散速度变慢,随着粗糙度的增大,电荷消散速度减慢的现象更为明显。实验中材料表面电荷消散途径主要沿介质表面消散,且负极性表面电荷的消散速率大于正极性表面电荷的消散速率。     

非线性复合结构的界面极化特性

为了探讨非线性复合绝缘结构的界面极化特性,以平板电极结构下线性/非线性复合介质为研究对象,仿真分析了不同幅值阶跃电压和极性反转电压作用下双层介质中的电荷分布及电场分布。仿真发现:当线性介质与非线性介质的时间常数有交点时,在阶跃电压作用下,界面积聚电荷随外施电压幅值的增大而减少;当外施电压增加到2层介质时间常数相交的临界电压时,界面电荷极性反转,且随外施电压幅值增大而增多;外施电压幅值越高,界面极化建立速度越快,退极化速度越慢;在极性反转电压作用下,最大瞬时界面电荷和双层介质中的电场强度均比阶跃电压下的最大初始电场强度值高。从上述结果可以看出:阶跃电压作用下,场致增强型电导率非线性介质对界面积聚电荷具有一定的改善作用;但在电压极性反转瞬间,由于非线性介质承受较高电场强度,所以可能使绝缘系统的可靠性下降。     

高压直流交联聚乙烯电缆应用与研究进展

近20年来,交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆因其重量轻、工作温度高、输送功率大等优点而在高压直流(HVDC)输电工程中得到广泛应用与发展。直流电缆及其附件绝缘长期处于直流电场作用下,存在严重的空间电荷积聚问题。为此,综合国内外研究论述了极性反转电压和温度梯度场对直流电缆绝缘介质空间电荷特性的影响规律,分析了直流电缆附件双层介质界面电荷的分布规律及抑制方法,最后展望了免交联绝缘直流电缆的发展趋势。研究结果表明:极性反转后的外施电场与空间电荷感应电场发生叠加,加剧了绝缘介质内部电场畸变;温度梯度场加速了高温侧空间电荷的注入和输运过程,导致空间电荷在绝缘介质低温侧积聚;电缆主绝缘与附件增强绝缘间的电导不连续性导致其界面处产生电荷积聚,而通过在主绝缘与增强绝缘间增加非线性控制层可以有效抑制界面电荷;热塑性电缆绝缘材料具有免交联和可回收的优点,是未来直流电缆绝缘的发展方向之一。这些研究结果的总结和概述可以为解决直流电缆及其附件绝缘的空间电荷积聚问题提供参考。     

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。     

硅橡胶材料表面电荷消散现象

研究硅橡胶材料表面电荷消散的规律可为直流绝缘子的设计提供理论依据。为此,利用针-板电极向硅橡胶材料试样表面注入电荷,在不同湿度环境下进行了电荷消散实验。采用电容探头法测得了试样表面电位分布,并反算了电位分布为电荷分布。结果显示:低湿度下试样表面电荷形貌在消散过程中基本不发生改变,电荷呈"同心圆"状分布;靠近电极处带有与所加电压同号的电荷,远离电极处带有与所加电压异号的电荷;高湿度下试样表面电荷形貌在消散过程中发生改变;消散过程近似呈指数衰减且正电荷比负电荷更易消散,消散过程的衰减时间常数τ的数量级为103 s。得出结论:在低湿度下,表面电荷主要向材料内部消散,体电阻率越低,消散速率就越快;随着湿度增加,沿表面消散速率及整体消散速率加快。     

电极接触方式对环氧树脂表面电荷积聚与消散特性的影响

直流电压下绝缘子表面电荷积聚会造成电场畸变，导致气–固界面沿面放电甚至绝缘失效，因此研究表面电荷积聚与消散特性具有重要意义。为了研究电极接触方式对环氧树脂表面电荷积聚与消散特性的影响，通过在电极–环氧树脂制备而成的绝缘子接触面涂抹/不涂抹导电胶来模拟电极–绝缘子间的两种接触状态，即紧密接触/非紧密接触。进而研究金属和固体电介质间不同的接触方式对直流电压下绝缘子表面电荷积聚和消散特性的影响。实验结果表明：当电极与绝缘子间紧密接触时，材料表面主要积聚与施加电压极性相同的电荷，而当电极与绝缘子间非紧密接触时，材料表面主要积聚与施加电压极性相反的电荷。同时，随加压时间延长不同接触方式下的电荷积聚总量也有显著差异。而在消散过程中，两种接触方式下表面电荷都以沿面迁移为主导，电荷分布区域呈显著的收缩现象，且紧密接触方式下的电荷消散速度快于非紧密接触方式。     

温度梯度场下硅橡胶与交联聚乙烯界面上空间电荷的形成机理

电缆附件（终端或接头）绝缘与电缆绝缘构成的复合绝缘中,不同介质的分界面以及电极与介质的分界面一般为绝缘的薄弱点,原因是其附近积聚的空间电荷引起的局部电场强度过高。另外,电缆负载运行时的温升效应使得直流电压下附件复合绝缘电导发生梯度变化,改变了复合绝缘及界面的空间电荷的积聚和场强分布。为了解温度梯度下电缆附件复合介质中空...     

热老化对车载高压电缆终端应力控制管/EPDM复合层间界面放电特性的影响研究

车载高压电缆终端应力控制管(以下简称“应力管”)与乙丙橡胶(EPDM)所组成的复合层间界面间频繁发生放电现象,是造成终端绝缘击穿故障的常见部位,而应力管热老化特性变化又是影响其放电发展过程的关键因素之一。为探究应力管热老化特性对复合层间界面放电特性的影响规律,依据车载高压电缆终端特殊的绝缘结构及实际运行工况,分别在热老化温度为100℃、125℃和140℃三种老化环境下设计了应力管人工加速热老化试验,通过自制了老化应力管试样/EPDM复合层间界面模型和强极性针-板电极模型,搭建复合层间界面闪络试验平台,探明了不同老化条件下应力管试样对复合层间界面起始放电电压和闪络电压的影响规律;建立了应力管表面电荷输运模型,从微观层面探明并揭示了不同老化条件下应力管表面的载流子电导率、迁移速率的变化对复合层间界面模型放电特性的影响机理。通过以上研究,间接揭示了实际电缆终端复合层间界面的放电发展过程及演变规律。     

LDPE/ZnO纳米复合薄膜的归一化表面电位衰减特性研究

采用硅烷偶联剂KH550对纳米Zn O颗粒表面进行预处理,将表面处理后的纳米Zn O颗粒与低密度聚乙烯(LDPE)粉末充分混合并热压成型,制得低密度聚乙烯/氧化锌纳米复合薄膜。通过电晕充电法向纳米复合薄膜试样注入表面电荷,研究电晕电压极性和幅值对纳米复合薄膜表面电位衰减特性的影响。结果表明:纳米Zn O颗粒的引入对LDPE纳米复合薄膜的归一化表面电位衰减特性产生显著影响,纳米颗粒的添加使聚合物表面电荷的消散速度加快,且相同条件下纳米颗粒的质量分数越高,表面电位衰减速度越快。同时纳米复合薄膜的归一化表面电位衰减特性与电晕电压极性和幅值均有关,同种试样经正极性电晕充电后可获得更大的归一化表面电位衰减稳态值;充电电压幅值越高,试样的归一化表面电位衰减速度越快。