交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

无机纳米掺杂XLPE电缆绝缘的力学性能与电气强度研究

通过自制掺杂纳米Si O_2和纳米炭黑的XLPE绝缘材料,研究了两种无机纳米颗粒对XLPE力学性能与电气强度的影响,测量了试样的拉伸率、断裂伸长率以及热老化前后的击穿电压和耐压时间。结果表明:添加纳米炭黑的XLPE试样具有最好的交联程度,材料韧性增加,而添加纳米Si O_2的XLPE试样的交联程度相对于纯XLPE试样变化不大,韧性减小,刚性增大;两种纳米颗粒的添加均使得XLPE电缆绝缘试样的击穿电压升高,同时耐压时间增加;热老化会降低XLPE绝缘材料的电气强度。     

基于热重和拉伸实验的XLPE电缆绝缘热老化状态分析及机理研究

工况下交联聚乙烯电缆绝缘材料的老化会导致其较预期相对较早达到寿命终点,威胁输电系统的可靠运行。采用热老化来模拟工况环境下电缆的老化过程,选取100℃、120℃和140℃和160℃4个不同的老化温度,在每个温度点选取6个老化阶段,研究不同老化温度和老化时间对XLPE电缆绝缘试样性能的影响。通过热重和拉伸测试研究电缆的热性能、机械性能及其结构随老化程度的变化,得到电缆绝缘试样的热老化活化能、起始分解温度、最快分解温度、终止分解温度、断裂伸长率和拉伸强度等参数。研究结果表明:活化能、起始分解温度、最快分解温度和断裂伸长率对电缆老化状态较为敏感;随着老化温度从100℃增加到160℃,这些参数均呈现先略微增大后迅速减小的趋势,说明XLPE电缆绝缘材料热老化在低温范围以结晶作用为主,而在高温范围以热裂解为主。     

高温下110kV XLPE电缆绝缘在空气和硅油介质中的老化机理研究

以110 kV XLPE高压电缆为研究对象,在高温下对电缆用XLPE绝缘材料进行加速热老化实验,对比研究有氧(空气)与无氧(硅油)环境下其热学和力学性能的变化规律。结果表明:热氧老化过程会加速XLPE绝缘中分子链的裂解,降低熔融温度和结晶度;氧气的存在使得XLPE绝缘的起始分解温度和热分解活化能降低,拉伸强度和断裂伸长率减小。相比于无氧环境的老化试样,热氧老化的试样热学和力学性能劣化更快。     

热老化对交联聚乙烯电缆绝缘理化结构的影响

按照XLPE电缆热老化过程中绝缘材料理化结构的变化规律,对不同老化程度的电缆绝缘材料的热裂解活化能、结晶形态、分子结构进行分析。结果表明:不同温度热老化过程中羰基指数均随着老化时间的增加而增大;低温热老化有利于XLPE结晶形态的完善,XLPE活化能有所升高,高温热老化对XLPE结晶形态有显著的破坏作用,XLPE活化能成指数规律下降。电缆绝缘材料在热老化热裂解的同时也发生后交联,低温热老化电缆绝缘材料后交联作用占主导地位,而高温热老化电缆绝缘材料热裂解为主要因素。     

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。     

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。     

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.     

氧气浓度对低密度聚乙烯直流老化电特性的影响

为研究氧气浓度对绝缘材料直流老化过程的影响,将低密度聚乙烯(LDPE)置于纯氮气、空气、纯氧气3种不同的氧气浓度气氛下进行直流老化,并利用电声脉冲法测量LDPE老化试样的空间电荷特性。结果表明:100 h直流老化条件下更高的氧气浓度可以降低陷阱平均深度,提高空间电荷迁移率。测量老化100 h后试样的电特性,发现高氧气浓度能够增大试样的体积电阻率和正极性直流击穿电压,且随着氧气浓度的增大,击穿电压呈U形击穿特性。     

交流500kV交联聚乙烯海缆绝缘材料的步进工频击穿特性及寿命模型

世界首条500 kV交联聚乙烯(XLPE)海缆已于2018年底在舟山敷设完成。为了研究500 kV XLPE海缆绝缘材料的绝缘与老化特性,对交流500 kV XLPE海缆绝缘材料进行不同温度下的短时工频击穿试验和步进应力工频击穿试验,并运用反幂模型对该材料在电-热应力下的寿命进行计算。结果表明:该500 k V XLPE海缆绝缘材料的短时工频击穿强度在25～85℃内呈现先上升后下降的趋势,工频击穿强度显著下降的阈值温度在70℃左右;相同温度下,步进应力下的工频击穿强度随加压时间步长上升而下降;相同加压时间步长下,步进应力下的工频击穿强度和耐压时间均随温度升高先增大后减小;寿命指数n和常数C随温度的升高也呈现先上升后下降的趋势。最后提出了基于反幂模型的该交流500 kV XLPE海缆材料的寿命计算公式,可为该材料类型海缆的寿命计算以及采用该材料进行电缆结构设计提供参考。     

Morphological and dielectric changes of XLPE insulation due to thermal aging

Transmission power cables are heated by conductor current. The morphology of the XLPE insulation may be changed by thermal aging. Disk-shaped insulating materials with semiconductive electrodes were used to understand this thermal effect against the dielectric breakdown strengths. The disk specimens were aged at 80 and 100°C before the breakdown strength measurements. These results showed that the dielectric breakdown strengths were improved with aging time. Analytical investigation of the insulating materials indicated that there were morphological changes such as increases of the lamella thickness and the spherulite diameter and decrease of the averaged lamella angle through heating. Cable specimens aged thermally with the same condition as the risk specimens also were observed with similar morphological changes in the insulation. Therefore it is concluded that the promotion of the crystallization by thermal aging is effective in improving the breakdown strength of the XLPE insulation unless it causes extreme deterioration.     

交联聚乙烯电缆热老化与电树枝化相关性研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘的物理化学性能,还对绝缘内电树的产生与生长有着一定的影响。研究了热老化后XLPE电缆绝缘中的电树行为．探讨XLPE电缆绝缘中电树枝过程与材料热老化的关系。采用带循环通风的热老化箱对XLPE电缆绝缘进行3个温度等级的热老化实验：采用针板结构电极进行电树枝实验,并利用数码显微镜观察电树枝的产生和发展情况;利用差示扫描量热法（DSC）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）测试了不同温度热老化下XLPE电缆绝缘的物理化学性能;最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理．认为热老化并没有加速电树枝的生长．反而有一定的抑制作用．     

纳米Al_2O_3掺杂对绝缘纸热老化电气特性的影响

为探究纳米Al_2O_3掺杂对纤维素绝缘纸热老化条件下电气特性的影响,在实验室制备了纳米Al_2O_3掺杂质量分数为2%的复合绝缘纸和普通绝缘纸手抄片,浸油后形成油纸复合绝缘样品,并在130℃老化箱中开展加速热老化试验。试验测试了不同老化阶段纳米复合纸与普通纸的电气参数及油纸老化产物,研究了纳米Al_2O_3掺杂提升绝缘纸电气性能的机理,并分析得到了老化过程对绝缘纸电气性能的影响规律。研究结果表明:掺杂纳米Al_2O_3的复合绝缘纸具有较好的交直流电气特性和抗热老化性能,认为纳米Al_2O_3的"介电双层"结构有效减弱了绝缘纸内界面极化和转向极化,降低了绝缘纸的相对介电常数及介质损耗。纳米Al_2O_3掺杂可以有效降低绝缘纸中载流子迁移率,增大其体积电阻率。Al_2O_3的高热导率及其与纤维素间的连接作用增大了绝缘纸热导率,加速了绝缘纸内热量扩散,提升了绝缘纸抗热老化性能。     

Electrical properties of biodegradable polylactic acid film

We measured the basic electrical insulation characteristic of biodegradable polylactic acid (PLA), and the following results were obtained. The volume resistivity, dielectric constant, and dielectric loss tangent measured at room temperature were almost the same as those of crosslinked polyethylene (XLPE) currently used as insulating material for cables and electric wires. The mean impulse breakdown strength of PLA was about 1.3 times that of XLPE. Also, space charge accumulation in PLA and XLPE was measured. The amount of space charge accumulation in PLA was one-half that in XLPE when a DC voltage was applied for a short time.     

交流电压下基于空间电荷效应的XLPE电缆绝缘老化研究现状

交联聚乙烯(XLPE)电缆以其优良的机械和电气性能广泛应用于现代电力系统。研究表明,在直流电压作用下绝缘中容易形成空间电荷,导致电场畸变,加速绝缘老化。国内外很少关于交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘影响的研究。本文综述了交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘老化的影响及其作用机理,并介绍了交流电压下测量空间电荷分布的改进的电声脉冲法。结果表明,交流电压下,空间电荷分布特性影响XLPE电缆绝缘老化。     

纳米ZnO/低密度聚乙烯复合材料的介电特性

聚合物纳米复合材料因其优良的介电、机械等性能在电介质领域得到广泛的应用。纳米粒子改性聚乙烯基绝缘材料具有很好的研究价值及工程意义。该文主要研究了表面经分散剂处理的纳米ZnO粒子添加剂与低密度聚乙烯(LDPE)共混物的介电特性。结果表明5%含量的纳米ZnO添加剂能有效提高聚乙烯基复合材料的体积电阻率和交流击穿强度。同时纳米添加剂虽增加了体内的残余电荷,但能有效抑制电极同极性电荷的注入。另外由于聚合物纳米复合材料的界面特异性,使得介电常数随着纳米ZnO含量的增加呈先减小后增大趋势,而损耗值却线性增加。纳米ZnO/聚乙烯复合材料介电性能提高归因于纳米粒子与聚乙烯分子间类同于深陷阱的界面效应。     

Effect of water on aging of XLPE cable insulation

Cables as elements of power distribution system have great influence on its reliable service and overall planning requirements. During last years, crosslinked polyethylene (XLPE) cables have been more and more used in power systems. This paper presents the results of an investigation of changing of (XLPE) cables insulation breakdown stress (AC BDS) due to water absorption. The paper deals with AC BDS of the following kinds of XLPE cable insulations: steam and dry cured with water tree retardant crosslinked polyethylene (TR-XLPE) and non-tree retardant crosslinked polyethylene (XLPE). During tests, the tap water was injected into, (1) conductor with cable ends closed; (2) into cable conductor with ends opened; and (3) into metallic screen with cable ends opened. The presence of water in XLPE cables was subjected to electrical stress and heating. AC BDS tests were performed as a function of aging time and water content in the cable insulation at different aging temperatures. Also, in this investigation, tests with the changing of AC BDS in the radial direction of unaged and aged XLPE cable insulations were carried out.     

热老化XLPE电缆绝缘的介电击穿行为的研究

击穿强度通常是用来表征检测和使用过程中的绝缘材料状态和质量的指标之一。尽管有许多报道对聚乙烯(PE)和交联聚乙烯(XLPE)的击穿电压进行了研究,但是对热老化后的交联聚乙烯电缆的击穿行为的研究不是太多。表征威布尔统计分布参数,即范围和形状参数与分子结构、物理和化学缺陷的含量和形状以及其他的物理化学性能有密切的关系。本文的目的是研究不同热老化程度的XLPE电缆的威布尔统计分布参数的变化行为。研究结果显示威布尔参数变化对XLPE绝缘材料的热老化程度是非常敏感的,利用威布尔参数与热老化程度的关系可以有效地诊断PE和XLPE电缆绝缘材料。     

高压XLPE电缆绝缘V t特性研究综述

交联聚乙烯（cross linked polyethylene,XLPE）绝缘电力电缆是输电线路的重要电 力设备。针对高压交流和直流电缆系统的运行现状,介绍了运用V t特性（击穿电压与击穿时间的关系）曲线描述XLPE电缆绝缘的电老化寿命模型,分析了国内外高压交、直流XLPE电缆绝缘V t特性的研究方法及相关结果。已有的研究结果表明,交流XLPE电缆绝缘的电老化寿命指数n值在9~25之间,直流XLPE电缆绝缘的电老化寿命指数n值在13~20之间。国内目前尚未见有关直流电缆绝缘V t特性研究的文献报道。