高导热聚合物基复合材料研究进展

电子与电力设备的不断集成化、小型化及大功率化带来了越来越严重的发热问题,实现高效的散热成为提高设备性能和延长其使用寿命的重要手段。拥有优异的电气、力学性能及低廉的价格而广泛应用于各类电子与电力设备中的聚合物材料,则因此成为了未来高导热材料的研究重点。在阐述聚合物材料微观导热机理的基础上,总结复合材料导热性能的影响因素(尤其是复合材料的界面特性)。特别地,针对目前广泛关注的微观导热结构设计的研究进展进行了重点描述。同时,综述高导热聚合物基复合材料的电气性能研究状况。最后,对未来应用于电子与电气领域的高导热聚合物复合材料的发展方向进行了展望。     

紧凑型非晶合金油浸式变压器主绝缘结构设计

为使非晶合金油浸式配电变压器(以下简称AMDT)更紧凑、更经济,设计了一种AMDT紧凑型主绝缘结构,采用ANSYS有限元分析软件分别计算了AMDT紧凑型与传统型主绝缘结构的电场分布,比较了紧凑型与传统型主绝缘结构的电场分布情况,并配合工频耐压和雷电冲击试验对紧凑型模型进行了测试。仿真和试验结果表明:AMDT紧凑型主绝缘结构的端部电场强度比传统型分布均匀,最大电场强度小于油隙的最大电场强度值;试验击穿电压的裕度大于1.6倍的额定耐压值,因此紧凑型主绝缘结构是可靠的。通过比较紧凑型与传统型主绝缘结构变压器的主材成本,证明了紧凑型绝缘结构的先进性和实用性。     

复合绝缘子表面液滴形貌特征及其对闪络电压的影响

为研究灾害性浓雾天气对绝缘子运行安全可靠性的影响,以硅橡胶绝缘子作为样品,采用可视化试验系统和人工大气模拟试验装置,研究了不同污湿条件下绝缘子表面液滴的吸附与凝结特征及其对绝缘子闪络电压的影响。分别研究了盐雾污秽度、相对湿度对表面液滴吸附、凝结与分布特征(分布面积、尺寸分布及其盒子维数)的影响,并在此基础上得到了这些特征参数对闪络电压的影响规律。结果表明,当相对湿度与污秽度增大时,绝缘子表面凝结的液滴数量增加,中间尺寸(1 mm≤液滴最大直径Dmax2 mm)与较大尺寸(Dmax≥2 mm)的液滴数量显著增加,而较小尺寸(Dmax1 mm)的液滴数量呈下降趋势。液滴分布盒子维数的增大说明液滴分布的分散性和复杂性增强。绝缘子表面附水质量的变化不能有效反映闪络电压的变化,但随着液滴分布盒子维数的增大,绝缘子闪络电压降低。     

环氧树脂/BN导热绝缘材料表面击穿特性研究

通过在环氧树脂基体中添加氮化硼（BN）颗粒以提高环氧树脂的热导率,研究了BN颗粒质量分数对脉冲电压下表面击穿试验中热导率以及放电量等的影响,得出了随着BN颗粒质量分数的增加热导率随之增加而放电量随之减小的趋势.表明,BN颗粒提高了环氧树脂的热导率,进而提高了环氧树脂复合材料的耐表面击穿性能.     

基于脉冲电压法的10kVXLPE电缆绝缘诊断非线性分析(英文)

The diagnosis of water trees of cable insulation is of great importance as the water-treeing is a primary cause of aging breakdown for the middle voltage cables. In this paper, it is described how the water-tree-aged 10 kV XLPE cables were diagnosed. The cables were subjected to electrical stress of 5.9 kV/mm and a thermal load cycle in a curved water-filled tube for 3, 6 and 12 months of aging in accor- dance with the accelerated water-tree test method. The aged cables were used as the samples for water-tree diagnosis. First, the water-tree degraded cable, was charged by a DC voltage, and then the cable was grounded while a pulse voltage was applied to it for releasing the space charge trapped in the water trees. The amount of the space charge, which corresponds to the deterioration degree of the water trees, was calculated. The effects of DC voltage amplitude, pulse voltage repetition rate and aging conditions on the amount of the space charge were studied. Obtained results show that the amount of the space charge has a positive correlation with the applied DC voltage and the ag- ing time of the cables, and that a peak value of space charge appears with the increase of the pulse voltage repetition rate. An optimum pulse voltage repetition rate under which the space charge can be released rapidly is obtained. Furthermore, the releasing mechanism of space charge by the pulse voltage is discussed. Accumulated results show that the presented method has a high resolution for the diagnosis of water tree degradation degree and is expected to be applied in practice in future.     

伽玛线辐射对环氧树脂表面电荷消散特性的影响

应用在核电站、宇宙航天器等辐射环境中的环氧树脂绝缘材料因表面电荷积聚而易于引发沿面放电事故,研究高能辐射对材料表面电荷动态特性的影响对保障电气设备的绝缘安全具有重要意义。为此,选取厚1.5mm的环氧树脂薄板为试样,采用60 Co伽玛射线源以10kGy/h的辐射率辐射试样,总辐射量为100和1 000kGy。通过直流电晕向试样表面注入电荷,采用静电电位计测量不同时刻的表面电荷分布,分析伽玛线辐射对电荷消散特性的影响。结果表明:表面电荷呈双指数规律消散;随着总辐射量从0增大至1 000kGy,表面电荷的消散速度加快。伽玛线辐射引发的化学反应使试样表层的羰基和羟基数量增加,表面陷阱能级变浅,因而提高了电荷的消散速度。     

基于光学电流传感器的局部放电检测

局部放电检测可及早发现电气设备的绝缘缺陷,为状态检修提供依据。目前,各种检测方法仍难以解决抗电磁干扰能力差的问题。提出将基于Faraday磁光效应原理研制的双螺线管结构光学电流传感器应用于局部放电检测,丰富了局部放电检测的内容,突破了现有检测方法的局限性。建立了4种局部放电模型,利用马吕斯定律和安培定律研究了传感器光路损耗特性和抗电磁干扰性能,采用连续小波变换对光学电流传感器采集的局部放电信号进行了时频分析。与其他检测方法的比较结果表明,该传感器系统具有良好的使用特性,为今后光学方法在局部放电检测中的应用奠定了基础。     

高压GIS功能梯度绝缘子交/直流电场优化与沿面闪络抑制

在双极高压直流(high voltagedirect current,HVDC)系统中,气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated switchgears,GIS)可能承受交-直流混合电压。为了提高盆式绝缘子的沿面耐电性能,该文提出了基于多维功能梯度材料(multi-dimensional functionally-graded material,MFGM)的绝缘子交、直流电场协同优化方法,制备了兼具体介电常数梯度材料(ε-functionally gradient materials,ε-FGM)和表面非线性电导材料(surface nonlinear conductivity materials,SNCM)的MFGM绝缘子,并在直流、交流和交-直流混合电压下开展电场仿真计算与沿面闪络测试。结果表明：直流电压下MFGM绝缘子的凸面中心区域积聚同极性表面电荷,而周围区域积聚异极性表面电荷,使高压三结合点处的电场强度较常规绝缘子降低25%,沿面闪络电压提升约14.5%;交流电压下,MFGM绝缘子的沿面电场畸变较常规绝缘子降低21%,沿面闪络电压提升约18%;交-直流混合电压下,...     

新工科背景下“电气绝缘导论”教学探讨

“电气绝缘导论”是天津大学电气工程专业本科生开设的一门导论课程,是衔接高电压与绝缘技术方向的基础课与专业课之间的纽带。为满足新工科建设对人才培养的交叉型、创新型、实践型和善于解决复杂工程问题能力的要求,分别从教学内容、教学方法和培养模式上对“电气绝缘导论”课程进行探讨,提出符合新工科建设要求的教学改革措施,为培养具有创新精神和实践能力的复合型人才提供借鉴。     

机械拉伸对聚丙烯绝缘空间电荷与击穿特性的影响研究

为研究机械拉伸对聚丙烯热塑性电缆绝缘空间电荷与击穿特性的影响,采用等温结晶方法制备具有不同结晶形貌的聚丙烯(polypropylene,PP)绝缘样品,研究不同拉伸率的PP绝缘样品直流电导、空间电荷与击穿特性,并对拉伸前后材料微观结晶形貌进行表征,分析机械拉伸下结晶形貌变化对电气性能的影响机理。结果表明：机械拉伸形变将导致PP绝缘电导率提高、空间电荷积聚量增多,以及直流击穿场强显著降低。相比于等规聚丙烯绝缘,等规聚丙烯/间规聚丙烯共混绝缘具有较高的断裂伸长率,在相同拉伸率情况下空间电荷密度较低,击穿场强提高。通过控制等温结晶时间可调控结晶度和结晶形貌,改善绝缘抗冲击性能,抑制拉伸条件下空间电荷注入,提升绝缘击穿场强。研究表明,机械拉伸应力导致球晶出现形变甚至破坏现象,晶区–非晶区界面形成缺陷,是导致绝缘空间电荷注入加剧、击穿性能显著下降的根本原因。