纳米SiO_2/环氧树脂复合材料局部放电和导热特性研究

为研究纳米二氧化硅掺杂环氧树脂的局部放电起始电压及导热性,制备了不同纳米粒子含量的纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料试样,测试其局部放电起始电压和热导率。结果表明:在纳米粒子含量为5%时,纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料的局部放电起始电压达到最大值,较纯环氧树脂提高了22.5%;复合材料热导率达到最大值,较纯环氧树脂提高了157%。通过对试样的微观结构分析可知,掺杂纳米粒子可以抑制复合材料内部缺陷的产生。     

新型聚合物水泥混凝土电气性能研究

高绝缘、低成本的绝缘填充材料是新型固体输电管道设计的关键,针对新型聚合物水泥混凝土(PCC)的介电常数、介质损耗因数、局部放电量、雷电冲击耐受电压、工频电气强度等性能进行试验研究。结果表明:室温下PCC的介质损耗因数为0.062,相对介电常数为5.82。随温度升高PCC试样的相对介电常数略有下降,介质损耗因数有所升高。与常规交联聚乙烯相比,PCC的介质损耗因数偏大,相对介电常数较高。PCC试样的工频电气强度和雷电冲击击穿强度均略低,局部放电值达到180 p C,起始局部放电特性处于劣势。综合PCC的介电性能、电气强度和局部放电特性测试结果,PCC若用于新型固体输电管道,可以从优化配方、改良工艺两方面对PCC的电气性能进行进一步改善。     

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。     

高温阶梯式升压下等离子体处理纳米颗粒对环氧树脂复合材料的电荷动力学特性影响

高含量纳米掺杂易团聚会导致空间电荷积聚、电场畸变,从而降低材料的绝缘性能。为了提升高含量纳米颗粒在基体中的分散性,采用等离子体对纳米氧化铝表面进行处理,制备了纳米氧化铝质量分数为10%的环氧树脂纳米复合材料,利用扫描电子显微镜对颗粒的分散性进行表征,采用高温空间电荷测量装置和电导电流测试系统研究了不同温度阶梯式升压下试样的电荷动力学特性。结果表明,等离子体处理能有效地抑制高含量纳米氧化铝的团聚。高温下纳米氧化铝质量分数为10%的试样空间电荷输运明显,电导率提高了近3个数量级;等离子体处理后的含10%纳米氧化铝试样始终保持最低的电荷量和电导率,且电导率与电场强度呈近似线性关系。等离子处理后的纳米氧化铝能有效地抑制高温下空间电荷的注入、积聚与输运,降低载流子迁移和电导活化能,提升高温下环氧树脂复合材料的电气性能。基于结果与分析提出了高温阶梯式升压下等离子处理前后纳米颗粒对环氧树脂复合材料的电荷动力学特性的作用机理。     

复合绝缘材料热氧老化中局部放电特性的实验研究

对SMC、BMC、GPO-3、环氧树脂复合材料在热氧老化前后的局部放电特性进行研究,对比分析未老化和经过热氧老化的4种复合绝缘材料在不同工频电压下的介电特性和局部放电特性。结果表明:随着外施电压的升高,当达到或超过材料的局部放电起始电压后,4种复合绝缘材料呈现不同的局部放电特性和PRPD谱图演变规律;经过老化后4种材料的起始局部放电电压均有所提高,局部放电量随外施电压升高而呈现不同的变化规律,放电相位和放电密度变化较小。对于材料的绝缘性能评估应综合考虑不同材料在不同运行条件下局部放电的共性和差异。     

高能电子束辐照对聚四氟乙烯电气性能的影响

研究了高能电子束辐照对聚四氟乙烯(PTFE)试样电气性能的影响,对比分析了辐照前后试样的性能,发现辐照导致材料的介电常数增大,体电导率减小,介质损耗因数减小,而辐照后试样强场电导特性变陡,直流电气强度变化不大.并对产生这些变化的机理进行了分析.     

重复方波下气压对新能源汽车主绝缘材料电老化特性影响研究

为探究高海拔环境对新能源汽车驱动电机主绝缘材料电老化性能的影响，选取NHN绝缘纸作为主要研究对象，根据新能源汽车实际工况，对其施加双极性重复方波，测量其在不同气压下的局部放电起始电压（PDIV）；采用标准大气压下的PDIV值作为标准电压，在不同气压下对试样施加1.5倍标准电压，测定电老化30 min以及老化至击穿两种情况下试样的物理与电气参数，并检测电老化过程中生成的臭氧含量。结果表明：低气压下主绝缘试样的PDIV值显著降低，并且相对于平原地区，当施加电压大于PDIV时，其表面受腐蚀情况更严重，导致其更容易击穿；在相同时间与电压的电老化过程中，低气压试样的电气参数变化更大，局部放电生成臭氧的速率更快，对材料腐蚀加剧，绝缘性能的劣化更严重。综合以上研究，在设计新能源汽车电机绝缘系统时，应充分考虑海拔因素对绝缘材料耐电晕性能的影响。     

不均匀电场下纳米氧化锌改性环氧树脂的绝缘特性

为研究纳米ZnO掺杂对环氧树脂复合材料绝缘特性的影响,以纳米ZnO改性双酚A型环氧树脂材料为研究对象,考察了不同掺杂量下复合材料直流电导、介电常数等绝缘特征参数的变化趋势;并利用针板电极系统,分别对ZnO/环氧和SiO_2/环氧复合材料进行了起始局放电压对比测试。研究发现,当纳米ZnO质量分数15%时,复合材料开始呈现非线性电导特性,复合材料介电常数也发生显著变化,质量分数为30%时其电导非线性系数可达到18.7,介电常数则可上升至5.9。相同电极结构下,纳米ZnO/环氧复合材料的起始局放电压显著高于SiO_2/环氧复合材料,ZnO质量分数为15%时起始局放起始电压达到最大值,分别比无掺杂树脂及纳米SiO_2掺杂树脂提高了33%和22%。研究表明,纳米ZnO粒子的引入显著提高了环氧树脂复合材料的绝缘性能,纳米ZnO粒子的界面效应和非线性电导特性在改善复合树脂绝缘特性方面发挥了主要作用。     

偶联剂协同低温等离子体的复合材料氧化铝填料表面改性

环氧树脂广泛应用在电机绝缘领域,向树脂中添加微米氧化铝可以减缓绝缘老化的侵蚀,为了进一步提升氧化铝/环氧树脂复合材料电气性能,本文引入偶联剂协同低温等离子体复合改性方法对氧化铝填料进行表面处理。将偶联剂包覆改性后的微米氧化铝置于重复脉冲低温等离子体中分别进行0~9min表面改性处理,其次将氧化铝掺杂进环氧树脂中制备复合材料。观测氧化铝填料外表的形貌、官能团及结构变化,对复合材料局部放电起始电压进行测试分析。结果表明,偶联剂和低温等离子体复合改性能有效提升氧化铝填料表面活性官能团的含量,为氧化铝与树脂基体的紧密键合提供了基础,进而提升了氧化铝/环氧树脂复合材料的电气性能。在复合改性中等离子体处理时间为3min时,氧化铝填料表面含氧基团的含量相对于单一偶联剂改性增长了3.32%,表面偶联剂的接枝率提升了24.5%,复合材料的电气性能提升了7.9%。     

环氧树脂针-板缺陷在指数衰减脉冲和正弦电压作用下的局部放电特性

制作了环氧树脂针-板缺陷,模拟饱和电抗器环氧树脂内部金属突出物缺陷,研究环氧树脂在指数衰减脉冲电压和正弦电压下的局部放电特性。从起始放电电压、放电次数、平均放电幅值和局部放电的统计分布特性等方面进行对比,同时分析了环氧树脂样品在25℃和110℃下的局部放电特性。研究发现,在同样峰值的正弦电压和指数衰减脉冲电压下,脉冲电压下的起始放电电压更低,平均放电幅值更大,放电次数更少;对于相同的外施电压,110℃下的起始放电电压较25℃下的更低,平均放电幅值更大,放电次数减少。实验结果可为在指数衰减脉冲电压下饱和电抗器绝缘的优化设计提供依据。     

高海拔与磁场环境下环氧树脂的绝缘破坏

为研究磁场环境下的绝缘破坏,采用印刷电极方法,将0.018mm厚的铜薄印制在环氧树脂绝缘板试样表面作为实验电极,使用直流高压电源,测试研究了高海拔低气压和磁场环境对环氧树脂小绝缘间隙绝缘破坏的影响。结果表明:随着气压的降低,起始放电电压减小,绝缘破坏时间延长;磁场环境下的起始放电电压比无磁场时低;磁场环境下的绝缘破坏时间依赖于磁力线与试样表面的相对夹角。     

纳米MgO/环氧树脂复合电介质的介电性能研究

将纳米Mg O颗粒与环氧树脂混合后制得不同掺杂量的纳米Mg O/EP复合电介质,采用SEM观察纳米Mg O在环氧树脂中的分散情况,采用DSC测试环氧复合电介质的玻璃化转变温度,并研究了纳米Mg O对环氧树脂介电性能的影响。结果表明:纳米Mg O颗粒在环氧基体中分散均匀,掺杂Mg O可以提高环氧树脂的玻璃化转变温度。随着纳米Mg O掺杂量的增加,介电常数先下降后上升,在掺杂量为1%时介电常数实部达到最小值,掺杂纳米Mg O使环氧树脂的中低频损耗明显降低;复合电介质的电导活化能和体积电阻率均随着纳米掺杂量的增加呈先上升后下降的趋势,在掺杂量为0.1%时电导活化能和体积电阻率达到最大;复合电介质的电气强度随着掺杂量的增加呈先上升后下降的趋势,当掺杂量为1%时电气强度达到最大值,相比纯环氧树脂提高了11.2%。     

非线性场控电导复合材料参数对IGBT模块内DBC三结合点电场影响规律仿真研究

高压大功率(insulation gate bipolar transistor,IGBT)模块内覆铜陶瓷基板的覆铜层、陶瓷基板与有机硅凝胶形成的三结合点处电场集中,增加了器件局部放电及绝缘失效的风险。随着IGBT模块电压等级的提高,DBC基板的绝缘水平成为制约器件研制及可靠运行的关键因素。文中拟采用非线性场控电导(nonlinear field grading,NFG)复合材料作为涂层,涂覆于DBC基板三结合点处的局部高场区,以改善电场分布,提高DBC三结合点处的放电起始电压。为此,文中首先通过实验获得了纯硅凝胶灌封的DBC试样三结合点的局放起始电压,然后以局放起始电压作为控制值,借助于有限元仿真获得了对应的电场分布及局放起始场强,依次分析了NFG涂层材料的电气参数对DBC基板三结合点处电场的影响规律,最后给出了NFG参数的选型建议。文中的研究成果对用于改善DBC基板局部电场的非线性材料设计提供了理论指导。     

多重老化下纳米复合PI薄膜介电及耐局放性能分析

在270℃、70℃及90％RH、320℃条件下对PI纳米复合薄膜进行长时间多重老化,测试了不同老化阶段PI薄膜的厚度、介电谱、电导率、局部放电起始电压及绝缘寿命.结果表明:经270℃老化后,PI薄膜的绝缘性能并未发生明显改变;而高湿度环境会对PI薄膜的介电谱、电导特性及局部放电起始电压产生明显影响但并未缩短其绝缘寿命;320℃高温会使PI薄膜内部结构发生变化,从而使其绝缘寿命缩短约30％.     

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料涂层的耐污性能

为了测试玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的耐污性能,为输电领域使用该材料提供依据,采用通用环氧树脂及玻璃纤维拉挤复合材料试样,分别在其表面涂装6种不同的疏水性涂料,重点对材料表面防污能力及耐污秽电气性能进行检测,对试样的接触角、滚动角、湿耐受电压及污秽耐受电压等进行了测试。结果证明涂装了疏水性涂料的复合材料试样的耐污性能得到了提升,其中涂装了PRTV的试样性能最好,接触角120°,涂有此涂料的样品在III级污秽情况下,工频污秽闪络、耐受电压比无涂料复合材料提高20%,并且每种涂料样品在经过几次沿面放电闪络以后,表面的疏水性都会减弱甚至消失。在疏水性恢复方面,PRTV及IC701两种涂料比DS-02涂料的要好。     

环氧树脂的湿热老化特性研究

为了研究环氧树脂的湿热老化特性,对老化前后环氧树脂试样的质量变化率、红外光谱、扫描电镜图、介电特性及空间电荷特性进行对比分析。结果表明:随着湿热老化时间的增加,环氧树脂材料的质量呈现增大-减小-增大-减小的趋势,裂纹数量不断增加,材料内部发生了氧化反应。在湿热环境下,环氧树脂材料裂解产生的游离小分子与吸收的水分子含量处于动态变化中,使得其介电常数实部(ε′)随着老化时间的增加呈现增大-减小-增大的趋势,而介电常数虚部(ε″)则呈现增大-减小-增大-减小-增大的趋势。利用Debye方程对ε″进行拟合,发现水分分布均匀度对材料的电导损耗具有很大影响,游离小分子含量、吸湿量与极化损耗呈正相关。湿热老化环氧树脂试样干燥后,其ε′和ε″相比老化前均有所减小。但由于其内部结构遭到破坏,不能完全恢复原有电气性能。随着老化时间的增加,环氧树脂材料内部残余空间电荷总量的衰减速率减缓,残留电荷总量增加。     

超导电缆绝缘及其材料性能

在26篇文献的基础上综述了超导电缆本体及终端结构和绝缘特点。分析了不同绝缘结构的特点及主要绝缘材料常温和低温条件下的电气及机械性能。固体绝缘在低温下具有更优异的电气性能,但机械性能下降。EPR绝缘在液氮低温下的机械性能优于同条件下PE及XLPE的性能。液氮浸渍复合绝缘结构较易产生局部放电,纤维基绝缘材料的耐局部放电性能比薄膜材料差。提高液氮浸渍复合绝缘中液氮的压力可提高绝缘层局部放电的起始放电电压。     

棕榈油脂肪酸酯绝缘油变压器的特性分析

对比分析了棕榈油脂肪酸酯绝缘油、矿物绝缘油、植物绝缘油的基本参数及其绝缘模型试样的局部放电起始电压,采用有限元分析软件分析了3种绝缘油中变压器绕组的温升特性。结果表明:棕榈油脂肪酸酯绝缘油的理化、电气特性均可满足较高电压等级电力变压器的要求,而且其运动黏度低,介电常数高,可以实现变压器的小型化设计;棕榈油脂肪酸酯绝缘油中绝缘模型试样的局部放电起始电压高于矿物绝缘油中绝缘模型试样;应用棕榈油脂肪酸酯绝缘油的变压器温升特性优于传统矿物油变压器。     

界面压强和表面粗糙度对聚乙烯与硅橡胶界面的局部放电的影响

设计了聚乙烯与硅橡胶界面在不同界面压力下的局部放电试验系统,通过施加一定的界面压强模拟电缆附件中的界面压强,研究不同界面压强和不同表面粗糙度的聚乙烯对聚乙烯与硅橡胶界面的局部放电起始电压和局部放电特性的影响,通过建立界面接触放电模型和界面电场分布计算方法计算了局部放电起始电压,并结合试验结果分析界面放电机理。结果表明:聚乙烯表面越粗糙,局部放电起始电压越低;随着界面压强的增大,界面的局部放电起始电压增大,局部放电量逐渐减小,总放电次数也减小。     

低馏份对有机硅弹性胶击穿特性的影响

本文研究了低分子馏份对有机硅弹性胶电气性能的影响，认为由于 馏份在固化过程中形成的气隙，使材料的电阻率一温度曲线异常，并且使其起始放电电压下降，气隙的周期性局部放电使材料发生电树枝化损坏，导致耐压特性下降。