温度对硅橡胶电树枝老化特性的影响

电缆系统运行温度对新型超高压预制式电缆附件主绝缘材料高温硫化(HTV)硅橡胶的性能具有重要的影响。为此,针对温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响展开了试验研究,测定了温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响规律,并对试验结果进行了理论分析。研究结果表明,在试验温度范围内,温升导致HTV硅橡胶击穿场强呈现略微下降的趋势,而起树电压则随温度的升高明显下降。试验中还发现HTV硅橡胶电树枝形态与温度密切相关,室温条件下以树枝状和松枝状电树枝为主,而高温下则以丛状电树枝为主。对上述试验结果的分析讨论后认为,温升引起HTV硅橡胶起树电压的大幅降低是导致新型预制式硅橡胶超高压电缆附件绝缘故障频繁的重要原因,因此,在电缆附件的绝缘结构设计时,对于温度变化而引起材料电气性能参数变化的相关问题应给予更多的关注。     

热老化时间对硅橡胶电树枝起始特性的影响

电缆系统长期运行在高温下会对新型超高压预制式电缆附件主绝缘材料硅橡胶(SIR)的性能产生影响。针对电缆长期最高运行温度(90℃)下热老化时间对硅橡胶材料电树枝老化特性的影响展开试验研究,测定90℃温度场下老化1 000 h对硅橡胶材料电树枝老化特性的影响规律,并进行理论分析。试验结果表明,90℃热老化作用下,硅橡胶随着老化时间的增加,起树电压出现先增再减的趋势。硅橡胶电树枝形态与老化时间密切相关,老化过程中树枝状比例很低,随着老化时间增加,丛状树枝比例先增再减,松状比例先减再增。另外,通过对最大放电量的测试可以发现,最大放电量的变化随时间先减再增。结合差热分析、平衡溶胀等试验对试验结果进行分析讨论后认为,90℃下硅橡胶交联网络破坏是硅橡胶起树电压大幅下降,电树枝形态改变的重要原因。运行温度下的热老化对硅橡胶的性能产生了严重的影响,需要引起重视。     

频率对硅橡胶起树电压及电树枝形态的影响

超高压预制式电缆附件用硅橡胶材料的电树枝化制约了电力电缆系统的长期安全稳定运行。为了解电压频率对硅橡胶电树枝特性的影响,在50 Hz~130 kHz这一较宽频率范围的交流电压作用下,试验研究了硅橡胶中电树枝的引发及生长特性。结果表明,随着频率的升高,起树电压呈现出明显的阶段性下降特点。硅橡胶电树枝起始后,经过一定时间的生长主要发展为3种形态:树枝状电树、松枝状电树和丛状电树。3种形态的出现几率受频率影响较大,低频下以树枝状电树和松枝状电树为主,而高频下则以丛状电树为主。经分析认为,高频下作用于针尖处频繁的机电应力导致了弹性材料硅橡胶起树电压的降低。同时高频下急剧增大的介质损耗产生的热量导致了电树枝对材料的强烈侵蚀。     

针尖曲率半径对XLPE电树枝生长及局部放电特性的影响

电树枝在XLPE电缆中是一种常见现象,在电缆运行过程中可能会存在不同尺寸的尖刺缺陷。本文在不同针尖曲率半径下,研究了电树枝生长形貌和局部放电特性的关系。结果表明：针尖曲率半径小的试样在起树电压下大概率最终发展为枝状电树枝,曲率半径大的试样则大概率最终发展为丛状电树枝,丛状电树枝的放电量大于枝状电树枝。丛状电树枝的PRP...     

气泡及气隙裂纹缺陷对硅橡胶电树枝起始特性的影响

超高压电缆附件用硅橡胶的电树枝化严重制约了电力电缆的长期安全稳定运行。为此,采用针板电极结构,在硅橡胶试品的针尖处模拟了气泡和气隙裂纹两种缺陷,在工频电压下测量其电树枝起始电压,并通过数字显微观测系统记录电树枝形态,研究缺陷对硅橡胶电树枝起始特性的影响。结果表明,试品存在气泡缺陷时,电树枝起始电压比无缺陷时有小幅下降,起始阶段松枝状电树枝与树枝状电树枝出现的比例分别为65%和35%,与无缺陷产品相比不同电树枝形态出现的比率变化不大;而存在气隙裂纹缺陷的试品,电树枝起始电压则大幅下降,电树枝形态仅为树枝状。分析表明,硅橡胶具有优异的抗氧化性能使得缺陷中的氧对其电树枝起始特性影响较小;气隙裂纹导致的机械损伤和应力集中,是引起电树枝起始电压大幅下降的根本原因。     

硅橡胶电树枝通道微观形貌研究

电树枝是引起聚合物绝缘材料破坏的重要因素之一,电树枝通道形貌包含了材料绝缘寿命、缺陷形成机理等重要信息。为此,利用共焦显微镜,首次使用荧光显微法对电缆内绝缘用硅橡胶(SIR)材料中电树枝老化通道进行逐层扫描观测,得到荧光显微法三维电树枝形态图和透射光源法电树枝微观形态图。另外,利用扫描电子显微镜(SEM)对电树枝通道横切面进行观测,得到电树枝通道横切面电镜图像并利用暗视野显微成像得到电树枝通道落射光法显微图像。通过上述4种实验观测方法得到的电树枝通道形貌图表明,硅橡胶电树枝通道整体形态为由球状破坏点连成的树枝状中空气隙通道,这种形貌特点首次通过实验方法直接观测得到。进而,基于这一实验结果和电树枝局部放电理论,提出了硅橡胶电树枝球状生长模式,不仅与实验观测相符合,也可为进一步研究硅橡胶中电树枝生长机理提供基础。     

纳秒脉冲下有机玻璃电树枝老化特性研究

介绍了有机玻璃(PMMA)在纳秒脉冲作用下电树枝引发和生长的规律现象。采用压紧针电极与绝缘样品接触、多针并列式的方法制备实验试样,绝缘样品(有机玻璃)加工为120mm×5mm×2.5mm的长方条。实验使用产生30ns上升沿和70ns脉冲宽度的负脉冲固态纳秒脉冲发生器MPC50D作为激励源,在25℃的条件下,施加100Hz的重复频率脉冲,设定初始电压,逐级升压,直至引发电树枝后停止升压,记录电树枝引发电压,观察电树枝生长特点及现象。实验发现PMMA中电树枝出现裂隙状破坏,经过分析讨论,认为是力作用导致的结果。实验中还观察到电树枝生长速度极快的现象,从电树枝引发到击穿只需几秒钟。通过研究证明绝缘油浸入导致了电树枝生长加速,深入讨论分析了绝缘油浸入促进电树枝快速发展的原因、机理及抑制方法。     

SiO_2纳米颗粒对硅橡胶中电树枝特性的影响研究

通过自制不同质量分数的纳米SiO2/硅橡胶,分析了SiO2纳米颗粒对硅橡胶中电树枝的抑制作用。结果表明:随着纳米颗粒含量的增加,相同时间内电树枝的累积起始概率明显呈下降趋势,树枝通道宽度明显减小。在纳米颗粒含量在0~3%范围内,树枝通道的数目随着纳米颗粒含量的增加而增加,电树枝的生长速度变慢,电树枝累积击穿概率下降。     

工频电压下 XLPE 绝缘的电树枝老化实验研究

用针——板电极对ＸＬＰＥ电缆绝缘的电树枝老化过程进行了实验研究,得出了ＸＬＰＥ电缆绝缘的电树起始场强值及其老化曲线,进一步证实了电树枝放电通道有丛状放电和枝状放电两种形式。丛状放电时,在一定电压范围内电压越高,丛状放电通道区域越大,老化时间越长。     

ns脉冲下有机玻璃电树枝的引发特性

脉冲功率装置中绝缘材料的老化问题影响装置的安全性、可靠性及效率,电树枝老化是最主要的老化方式之一。为此总结分析了目前高聚物绝缘材料中电树枝老化现象、电树枝引发影响因素的研究成果,进行了不同重复频率(75~300 Hz)、不同电压等级ns脉冲(半高宽70 ns)下有机玻璃电树枝老化特性的实验,重点研究了在不同条件下有机玻璃中电树枝引发阶段的特性,最后总结讨论了电树枝的引发条件和影响因素。实验表明不同频率ns脉冲下有机玻璃中电树枝引发的起始电压高于交流,低于直流,频率升高,电树枝起始电压有下降趋势;不同时刻有机玻璃的电树枝引发率,基本上随着电压等级的上升而下降;电子轰击、空间电荷分布和电机械应力对绝缘材料的电树枝引发具有关键作用,而在高频的脉冲强场下电机械应力起主要作用。     

硅橡胶电树枝的引发与生长过程

交联聚乙烯电力电缆的应用日渐广泛,但电缆附件的电树枝击穿故障时有发生,电缆附件材料硅橡胶的电树枝引发和生长过程尚缺乏深入研究。为此,通过材料的测试分析与计算等手段,定量描述了硅橡胶材料微观结构,测试、分析了电树枝引发期的电树枝通道特征和局部放电特性。研究结果表明:硅橡胶中同时存在主链上的化学交联以及通过氢键吸附形成的物理交联;在交流场强下物理交联破坏使得材料中的微裂纹逐渐扩大,最终导致电树枝引发;硅橡胶电树枝通道呈现良好的绝缘特性,电树枝生长主要依靠局部放电下气体受热膨胀或电磁力产生的撕裂作用;增强机械性能尤其是撕裂特性可以提高材料的抗电树枝老化性能。研究硅橡胶材料的电树枝引发和生长过程为其在电缆附件中的合理使用提供了理论依据。     

机械应力对硅橡胶高压电缆附件运行可靠性的影响

近年来由于高压电缆附件产品（终端与接头）的加工制作、安装施工不当等原因而引发了多起电缆线路故障,导致了爆炸、火灾等,造成了严重的经济损失,并给电网的安全运行带来了极大的风险隐患。为此,针对近年国内发生的多起重大的、具有共性特点的高压电缆附件工程热点故障案例,对故障及非故障接头进行了电树枝观测、材料性能试验以及电场、力学仿真计算,剖析了多起故障发生的共性原因及机械应力对高压电缆附件长期运行可靠性的重要影响作用。研究结果表明：电缆附件预制件承受的机械应力过大时将致使其环向机械应力增加,极端情况下可能导致电缆附件绝缘介质内部发生结构损伤和破坏,即使在较低电场强度下也可诱发电树枝,最终导致电缆附件绝缘介质本体击穿;而电缆附件预制件承受的机械应力较小时,会导致电缆附件预制件与电缆绝缘表面界面压力过小,进而会在界面处产生微小气隙等缺陷,引发界面放电。该分析结果可为后续硅橡胶高压电缆附件结构选型优化、试验检测以及安装质量控制等技术研究和工程实施提供借鉴。     

频率对聚乙烯电树起始的影响特性研究

为研究电压频率对聚乙烯电树起始特性的影响,用冰水淬火冷却高密度聚乙烯试验50Hz～90kHz交流电压下的电树起始特性。试验发现电树起始电压值在50Hz～1kHz间变化不大,>5kHz时电树起始电压为先增后减;在试验频率范围内共存在7种电树形态,电树形态种类随频率提高而增多,每种电树形态对材料的绝缘破坏程度不尽相同,7种电树形态的起始电压存在较大差异。最后对高频电压对电子加速过程的影响及高频所引起的材料疲劳效应加剧的试验结果展开了讨论。     

硅橡胶热老化特性及其对电缆附件运行可靠性的影响

电力电缆大力发展,使得新型硅橡胶绝缘材料由于其优良的机电热性能得以广泛应用在超高压电缆附件绝缘领域,但是绝缘故障时有发生,成为电缆输电线路的薄弱环节.本文提出材料老化特性是影响超高压电力电缆附件运行可靠性的重要因素,对硅橡胶材料电树老化性能进行了深入研究,研究温度对电树起始电压、形态的影响规律和电树随着时间的发展规律.研究显示硅橡胶电树起始电压随温度的升高明显下降,电树形态从树枝状、松枝状向丛状树枝过渡,表明硅橡胶绝缘材料在电缆运行温度范围内存在明显的热破坏特性,对硅橡胶电缆附件绝缘可靠性造成不利的影响,而较高温度的丛状电树的滞长特性则将成为电缆附件的长期性故障隐患.在特性研究的基础上,对比分析了温度对硅橡胶和聚乙烯电树老化性能的差异,认为当前硅橡胶电缆附件故障频发的主要原因之一是对硅橡胶老化特性缺乏了解,造成现有的常规结构设计上冗余不足.     

自然老化硅橡胶材料表面憎水性及耐受特性的研究

研究硅橡胶材料的老化特性对于复合绝缘子的设计、选型及维护具有重要意义。以经过现场投样、自然老化后的复合绝缘子伞裙压片为研究对象,详细研究了硅橡胶材料自然老化前后在憎水性迁移特性、憎水性丧失特性、憎水性恢复特性上出现的差异,另外对材料受酸碱侵蚀后表面维持憎水性的能力也进行了研究。结果表明,老化对于材料憎水性能的影响较明显,上下表面由于存在日照、雨淋、积污和冲刷等因素的差异,老化程度不同,上表面的憎水性能表现的更差一些。     

UV-A辐射对外绝缘用液态硅橡胶和高温硫化硅橡胶的影响及其机理

在强紫外环境下,外绝缘用硅橡胶材料(高温硫化(HTV)硅橡胶和液态硅橡胶(LSR))的老化将会威胁输电线路的安全运行。为研究UV-A紫外辐射对二者的影响,该文对UV-A辐射老化后的HTV硅橡胶和LSR进行X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FTIR)等微观结构,以及耐热特性、机电特性和交联密度等宏观性能的测试。研究发现,1000h UV-A老化后,HTV硅橡胶表面碳元素含量减少13.4%,氧元素含量增加10.0%,甲基含量、热稳定性和力学强度下降。但是,LSR表面碳元素含量增加5.8%,氧元素含量下降7.6%,Si(—O)4结构减少,甲基含量增加65.7%,热稳定性增加。分析结果表明,UV-A老化中二者的差异主要是由交联结构、ATH含量,以及含氢硅油造成。最后,基于提出的LSR在UV-A老化过程中发生的提氢反应,建议通过减少含氢硅油的含量和增加生胶的分子量提高LSR的耐UV-A老化性能。该文可为理解外绝缘用硅橡胶材料的紫外老化特性提供支撑,也可用于指导高海拔地区的外绝缘材料选型。     

频率对高密度聚乙烯电树老化特性的影响

为了解频率对高密度聚乙烯电树老化特性的影响,在50Hz~90kHz较宽频率范围的交流电压作用下,研究了冰水淬火高密度聚乙烯(HDPE)薄膜的电树老化特性。结果表明,频率对电树起始形态具有重要的影响,随着电压频率的升高,树枝型电树的起始几率逐渐降低,丛状型电树的起始几率逐渐升高,电树逐渐由树枝型起始为主向丛状型起始为主转变,树干型和直击型为高频下所特有的电树起始形态。随着电树的生长,电树形态存在转换的可能,低频下,起始占主导的树枝型电树向丛状和树干型转变;高频下,起始占主导的丛状型电树则极易转变为树干和击穿型,导致绝缘的破坏。电树的发展可分为起始、滞长、生长和击穿期4个阶段。频率的提高加快了电树的发展速度且减少了电树的发展阶段,使发生击穿的几率大为增加。     

交联聚乙烯电力电缆电树枝生长的混沌特性分析

采用实际的XLPE电缆作为试验样品,以针尖模拟电场应力的集中,开展了工频12～21kV电压和常温到70℃下的电树枝化试验;引入了混沌理论分析电树枝生长的过程,并以电树枝局部放电单位时间内的最大放电量和总放电量作为分析对象,结合电树枝的生长的物理机理,分析了电树枝生长的混沌特征。结果显示XLPE电缆电树枝的生长过程具有确定性混沌特性,电树枝混沌特征的最大Lyapunov指数和关联分形维数值表现出随树枝分形维数的增大而减小的趋势。