直流预压时间对直流叠加冲击电压下XLPE中电树枝引发特性的影响

为探究直流预压时间对直流叠加冲击电压下电树枝引发特性的影响,在幅值为0、±10 kV预压时间为1、10、60、180min的直流偏置电压下分别叠加±50k V的雷电冲击电压。此外,利用双极性载流子输运模型对复合电压下针尖附近空间电荷及电场分布进行了仿真分析。试验及仿真结果指出,随着直流电压作用时间的增加,复合电压下的电树枝引发长度逐渐增加,介质内部空间电荷浓度及分布范围有所增加,且复合电压下电树枝引发长度与空间电荷浓度、注入深度以及流注发展过程有关。复合电压作用下电树枝引发长度以及直流电压下空间电荷分布特性与所加电压的极性存在紧密联系,正极性冲击电压下电树枝引发长度明显大于负极性;当直流预压时间及幅值相同时,负极性直流预压下空间电荷浓度及分布范围均大于正极性。     

直流预压幅值及时间对XLPE中接地电树枝引发特性的影响

为了研究直流预压对交联聚乙烯中直流接地电树枝引发特性的影响,在不同预压时间下进行了不同电压的直流接地电树枝试验。结果表明:直流接地电树枝的长度随着预压幅值的增加而增大,并且具有明显的极性效应。当直流预压幅值较低时,接地电树枝的长度随预压时间的增加变化较小;当预压幅值远高于接地电树枝的引发电压时,接地电树枝的长度随预压时间增加而显著增加;负极性接地电树枝的长度远大于正极性接地电树枝,且生长分散性更大。     

空间电荷对直流接地电树枝影响的实验及仿真研究

为研究聚乙烯中直流接地电树枝的生长特性与材料中空间电荷分布的联系,该文以某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料为对象,分别进行了20℃下不同单次预压时间和短路次数的直流接地电树枝实验。实验结果表明:正负极性下电树枝长度都随着短路次数的增加而增加,正极性下电树枝长度随着单次预压时间的增加先增加再减小,负极性下单次预压时间对电树枝的影响不大;负极性下电树枝的扩散系数整体大于正极性下的电树枝。同时,基于双载流子模型建立了针板电极的三维仿真模型,在综合考虑了电荷的注入、迁移、扩散、入陷和脱陷等行为的基础上,计算出XLPE中随时间变化的空间电荷分布,并据此提出了空间电荷有效注入深度这一新的的概念,以此表征能够引发电树枝的那部分空间电荷在材料中的分布范围,从空间电荷的角度对实验所发现的电树枝特性进行了合理的解释,证明了受陷电荷是直流接地电树枝的成因。     

直流预压对针板电极下XLPE中空间电荷及电树枝的影响

空间电荷是影响高压直流电缆绝缘电树枝特性的主要原因之一。基于双极性载流子输运模型,对±20 kV、±22.5 kV和±25 kV直流预压下3 600 s内二维针板电极模型空间电荷分布进行仿真分析,并对比分析空间电荷分布与直流接地电树枝引发特性。结果表明：空间电荷浓度及注入深度随预压幅值及时间的增加而增大;直流接地电树枝引发长度随预压时间及幅值的增加而增加。空间电荷注入深度与电树枝引发长度两者之间高度相似。接地电树枝引发特性存在差异的主要原因是针尖附近空间电荷的分布特性。     

添加纳米MgO对交联聚乙烯中直流接地电树枝的影响

对交联聚乙烯(cross linked polyethylene, XLPE)材料与质量分数为05%的 MgO/XLPE纳米复合材料分别进行了直流接地电树枝实验与基于电声脉冲法的空间电荷测量。电树枝实验表明,正极性下MgO/XLPE纳米复合材料表现出更高的50%电树枝引发电压;空间电荷测量结果表明XLPE中有更多同极性电荷注入,说明纳米颗粒的添加阻碍了针尖处同极性电荷的注入与抽出,进而阻碍了电树枝引发。正极性下MgO/XLPE纳米复合材料表现出更小的平均电树枝长度与宽度,这是由于高场强区产生的载流子与纳米颗粒发生碰撞,导致电树枝生长较慢。此外,正极性下MgO/XLPE纳米复合材料中平均电树枝长宽比随电压升高下降更快,这是由于电树枝无法穿透纳米颗粒,只能从其表面绕过,导致了电树枝通道方向的改变与细小分枝的产生。     

不同温度下高压直流电缆纳米复合绝缘中的周期性直流接地电树枝特性

该文自主研发了一种以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)为基体,添加0.5 wt%纳米Mg O颗粒的新型高压直流电缆绝缘材料。为研究不同温度下该材料中直流接地电树枝特性及其影响因素,对该材料和某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料进行了20~80℃下不同极性不同电压幅值的周期性直流接地电树枝实验。结果表明:电子比空穴更易注入,且在材料中拥有更大的平均自由程,因此负极性下电树枝比正极性下更易引发,且生长更为分散;纳米Mg O的添加增加了材料中的陷阱密度,减弱了电荷注入,故纳米Mg O/XLPE绝缘材料表现出更好的抗电树枝化性能;温度升高增强了电荷注入与脱陷,提高了电子平均自由程与电荷分布均匀度,使电树枝更容易引发和生长,且形态更加茂密。由此可见,电压极性与温度的改变,以及纳米Mg O的添加均会对材料中的周期性直流接地电树枝的引发与生长产生影响。     

XLPE直流接地电树枝生长特性及形态结构

电树枝化是交联聚乙烯(XLPE)绝缘劣化的重要表征。为此,对直流接地电树枝生长特性和电树枝形态结构进行了试验研究,重点分析了正负极性直流接地电树枝生长机理。同时,利用分形维数定量描述了电树枝结构特征,并结合电树枝生长过程中分形维数变化规律对不同极性接地电树枝生长机理进行了分析。最后通过提出导电通道分压理论和电树枝尖端屏蔽机理对直流接地电树枝生长特性进行了解释说明。试验结果表明:直流接地电树枝生长特性具有显著的极性效应;正极性直流接地电树枝生长速度较快,电树枝分枝较少且通道颜色较浅,形成明显的稀疏枝状结构;负极性直流接地电树枝生长方向具有分散性,细小分枝较多且分枝主干道颜色较深,形成相对密集的枝状结构。该试验结论可为今后同类型试验研究及高压直流电缆安全稳定运行提供理论参考。     

直流叠加高频谐波下交联聚乙烯的电树枝引发特性研究

复合电压中交流谐波分量的引入给直流电缆的安全带来了严重隐患,在实际直流系统中谐波频率可达千赫兹。为研究复合电压中高频谐波对电树枝引发特性的影响,在0.5～3 kHz交流谐波频率范围内正、负极性偏置电压下对XLPE材料进行了电树枝引发实验。结果表明:负极性直流偏置电压下电树枝比正极性直流偏置电压下更易引发,并且负极性直流偏置电压下电树枝的扩展系数更大。正极性下电树枝形态为枝状,分支较少,存在一条明显主干树枝,通道颜色较浅,电树枝长度增长较快;而负极性下电树枝形态为松枝状,有较多分支,通道颜色较深,电树枝长度增长缓慢。交流谐波电压频率或幅值的增加均会促进电树枝的产生和生长,因此直流系统中的高频谐波分量会对直流电缆绝缘系统构成潜在威胁,直流电缆在运行过程中应避免高频谐波的存在。     

直流叠加交流电压下交联聚乙烯中电树枝特性研究

电树枝在直流电压和交流电压下具有明显不同的引发和生长特性。为了研究直流电缆系统中直流成分和交流成分对电树枝特性的影响,该文研究了直流叠加交流电压情况下电树枝的引发和生长特性。研究结果表明,交流分量的引入极大地降低了电树枝的引发电压,并使得电树枝的生长速度较单纯直流电压下大大增加。直流叠加交流复合电压下电树枝的引发主要受交流分量的影响,而直流电压对其影响较小。负极性直流偏置电压下,电树枝主要为双结构的松枝状树枝,生长速度较慢,且直流电压的增大并未对其生长速度造成明显影响;而正极性偏置电压下,电树枝分支较少,生长速度较快,生长速度随着电压的增大而迅速增加。实验结果表明直流电缆系统中若存在较大的交流分量,将对直流电缆系统的绝缘安全构成较大威胁。     

以氯化聚乙烯改性交联聚乙烯作为直流电缆绝缘的研究

以少量氯化聚乙烯(CPE)改性交联聚乙烯(XLPE),用电声脉冲法测量了试样中的空间电荷分布,研究了CPE含量与空间电荷的关系,确定了降低空间电荷的最佳含量,研究了CPE对试样直流预压短路树枝起始电压的影响,当CPE含量为1%时,XLPE的50%直流预压短路树枝起始电压决定直流电压的极性,分别可提高42.3%和35.5%。最后作者还测量了试样的其他介电性能,计算了空间电荷畸变的电场强度,分析和讨论了相关的机理。     

国内文摘与专利

正直流电压下XLPE电缆绝缘中电树枝的生长特性研究/刘英;曹晓珑/西安交通大学学报,2014(4)为了研究XLPE电缆绝缘材料中直流电树枝的生长规律、形态特征及通道特性,利用树枝化试验及显微观察系统,结果显示,电树枝由细单枝逐渐发展为稀疏丛状结构,树枝通道为非导电型;电树枝生长缓慢,生长速率不超过1.0μm/min;树枝长度主要取决于加压周期数及直流电压幅值,电压持续时间在高压下影响增大;针极意外接地情况下,电树枝将瞬间引发或快速生长。     

高压直流交联聚乙烯电缆30天负荷循环试验下的空间电荷特性

为研究高压直流(HVDC)交联聚乙烯(XLPE)电缆在负荷循环试验中的空间电荷积聚特性,按照国际大电网组织CIGRE TB496的试验要求,对电压等级为30 k V的直流电缆开展了型式试验中的30 d负荷循环试验,采用脉冲电声法(PEA)测量了其空间电荷特性,重点研究了温度和加压时间对直流电缆空间电荷特性的影响。研究结果表明:温度对直流电缆的空间电荷特性具有显著的影响,在加热的过程中,随着温度的升高,电缆绝缘中主要表现为异极性空间电荷的注入(异极性空间电荷通常是由杂质在电场作用下被电离而造成的),且正极性电压作用下的异极性空间电荷注入比负极性电压作用下的要强;此外,随着加压时间的增加,电荷会逐渐由高温侧向低温侧迁移;在冷却过程中,电缆绝缘中会产生与电压极性相同的电荷积聚;48 h正极性负荷循环试验与24 h正极性负荷循环试验下的电荷积聚特性类似,不同的是随着加压时间的增加,相比于加热前,冷却24 h后电缆中积聚了少量的正极性空间电荷。     

直流叠加冲击电压下XLPE中空间电荷特性研究

高压交联聚乙烯（XLPE）直流电缆在工作状态下，会受到电力系统中由投切等操作引起的操作冲击电压的破坏，导致绝缘受到影响，而目前缺乏多次冲击累积效应引起空间电荷累积导致电缆绝缘劣化的相关研究。本文基于实验室已有的直流叠加冲击电压下的PEA法空间电荷测量系统，分别测量了直流电压、冲击电压、直流叠加冲击电压作用下XLPE电缆绝缘中的空间电荷特性。结果表明：正直流电压下XLPE体内以异极性电荷为主，负直流电压下SC电极上出现同极性负电荷的注入；连续的高幅值冲击电压作用会导致双电极上大量的同极性电荷注入，且负极性冲击下电荷注入量略多；当直流叠加冲击电压时，同极性叠加方式比异极性叠加方式更能促进双电极上同极性电荷的注入，而且冲击电压作用时间越长，XLPE试样内部积聚的电荷量越多。     

温度梯度叠加极性反转电压下硅橡胶电荷输运及电树枝特性

直流电缆长期运行在高温度梯度作用下,且时常遭受极性反转、冲击电压等暂态电压,严重影响电缆绝缘可靠性。该文选用电缆附件主绝缘硅橡胶材料,针对不同温度梯度场和极性反转电压下的电树枝起始特性进行研究。搭建极不均匀场下双极性载流子输运模型,研究不同温度梯度和极性反转过程中电荷输运和电场分布特性。研究结果表明：随着针尖温度的上升,空间电荷注入量和注入深度不断增加,反转前后电场的变化更大。温度从30℃增加至120℃,电树枝起始电压下降26.2%,电树枝形态趋于密集,但电树枝长度先增加后减少。结合空间电荷输运特性,给出极性反转电树枝起始的过程,并分析温度梯度对电树枝引发特性的影响规律。     

直流电老化对160kV直流电缆材料空间电荷分布特性的影响分析

本研究对160 k V直流电缆切片在40 k V/mm的高直流电场下进行电老化试验,采用电声脉冲法(PEA)对电老化前后的空间电荷分布特性进行了研究,并对XLPE在直流电场下的老化机理进行分析。结果表明:电老化导致直流电缆绝缘的同极性空间电荷注入现象增强,空间电荷向绝缘内部迁移。随着老化时间的增加,空间电荷总量以及电荷陷阱深度增加,电荷脱陷过程变得更加困难。在整个老化周期内未发现异极性空间电荷,表明虽然试样内空间电荷量有所增加,但其老化程度并不严重,大部分XLPE分子链保持完整,说明160 k V直流电缆材料具有较强的空间电荷抑制能力及耐老化特性。     

XLPE与MgO/XLPE纳米复合材料周期性直流接地电树枝与交流电树枝的温度特性

随着电力电缆的广泛应用,由电树枝化导致的电缆绝缘失效问题得到了人们越来越多的关注。以交联聚乙烯(XLPE)和纳米Mg O掺杂的交联聚乙烯(Mg O/XLPE)为研究对象,研究了这两种材料在20~80℃下的周期性直流接地电树枝和交流电树枝特性。实验结果表明:两种材料中的周期性直流接地电树枝呈枝状,对应的分形维数接近1,交流电树枝呈丛状,对应的分形维数接近2;纳米Mg O颗粒的添加对于抑制周期性直流接地电树枝的生长有显著效果,但对抑制交流电树枝的生长效果有限;XLPE中的周期性直流接地电树枝长度随温度的上升呈现先下降后上升的趋势,Mg O/XLPE材料中的周期性直流接地电树枝长度随温度的上升变化不明显,两种材料中的交流电树枝长度随温度的上升均呈现出增加的趋势,但增幅较小。     

EAA改性XLPE中空间电荷和电树、水树的关系

以不同含量的EAA（乙烯－丙烯酸共聚物）改性XLPE（交联聚乙烯）,用电声脉冲法测量了样品中的空间电荷分布。探讨了试样中空间电荷分布与EAA含量的关系,找到了抑制空间电荷的最佳含量。同时测出了在直流预压电压下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了做了研究。试验发现：当试样中含EAA为1．0％wt时,聚乙烯的直流预压短路树枝的起始电压得到提高;交流电压下树枝的出现概率和水树枝长度都减小。     

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.     

冲击电压下直流交联聚乙烯绝缘中电树枝的引发特性研究

通过研究直流交联聚乙烯绝缘材料在雷电冲击电压和操作冲击电压下电树枝引发率与电压的变化关系,确定其起始电压U50%。在电树枝引发后,对针尖处进行了傅里叶红外光谱分析。结果表明:冲击电压下电树枝引发率对电压变化较为敏感,且标准操作冲击电压下的起始电压大于标准雷电冲击电压下的起始电压。电树枝引发后,可以看到针尖处交联聚乙烯大分子链中部分C-H键的断裂,并有少量C-O键和C=O键的生成。理论分析表明空间电荷是XLPE等聚合物电树枝引发的根本原因,对不均匀电场改善程度的不同导致两种冲击电压下电树枝起始电压差异的主要原因。     

正极性电压下空间电荷对空气间隙放电击中点的影响

人们对空间电荷对放电过程的影响研究较少,但很多试验现象体现了空间电荷的作用。为了研究空间电荷对放电击中点的影响,建立了试验平台,并用高速摄像机观测了放电现象。正极性直流与雷电冲击联合加压试验与正雷电冲击电压试验,体现了预加直流电压产生的空间电荷对放电击中点的影响;正极性操作冲击电压试验,研究了不同电压幅值下放电击中点的变化。试验结果表明：正极性雷电冲击电压下,预加直流在针电极附近产生的空间电荷对空间电场的畸变作用不显著;在正极性操作冲击电压下,随着电压幅值的增加,空间电荷对针电极头部电场的屏蔽作用有所提高,放电点远离针电极头部的距离加大。