芳纶纸吸湿特性及对其电气性能影响研究

芳纶纸是性能相当优良的绝缘材料,重点研究了芳纶纸的吸湿特性,讨论了芳纶纸的吸湿平衡量,三维方向吸湿膨胀的尺寸差异性,研究了芳纶纸吸湿对电气性能的影响。     

牵引电机用国产与进口间位芳纶纸的性能对比研究

为对比牵引电机用国产与进口间位芳纶纸的性能,测试分析了国产A纸、B纸及进口纸的结构、力学性能和介电性能。分别采用3种纸制作了定子模型并测试其电性能。结果表明：A纸纸张结构比较疏松,其拉伸强度略低于纸张结构较为致密的B纸与进口纸;3种间位芳纶纸的断裂伸长率都稳定地维持在17%～19%,A纸和B纸的边缘抗撕裂总体高于进口纸,A纸的击穿电压略低于B纸和进口纸,但浸漆后A纸的击穿电压高于B纸和进口纸,这归因于A纸结构比较疏松,有利于绝缘漆进入纸张内部填充空隙。两种国产芳纶纸制作的定子模型的介质损耗因数、电阻、电容及耐压性能均表现正常,表明这两种国产间位芳纶纸可以代替进口间位芳纶纸作为槽绝缘和垫条使用。     

涂覆聚间苯二甲酰间苯二胺浆液提高间位芳纶纸电气强度的研究

采用不同固含量的聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）浆液对间位芳纶纸进行表面涂覆,然后对涂覆PMIA浆液后的间位芳纶纸进行烘干处理。采用冷场发射扫描电子显微镜、万能试验机、宽频介电阻抗谱仪和电气强度测试仪表征改性间位芳纶纸的形貌、力学性能、介电性能和电气强度。结果表明：PMIA浆液能够改变间位芳纶纸的结构,并减小间位芳纶纸内部孔洞。当表面涂覆的PMIA浆液的固含量为10%时,间位芳纶纸的横向和纵向抗张强度分别提升至51.3 MPa和94.4 MPa。此外,涂覆固含量为10%的PMIA浆液的间位芳纶纸介电常数为2.07,电气强度提升至29.83 kV/mm。表面涂覆PMIA浆液后的间位芳纶纸力学性能和电气强度优于原始芳纶纸,并且在180℃下处理后,改性间位芳纶纸的力学性能和电气强度仍优于原始间位芳纶纸,能够满足芳纶纸在更高电场强环境中的应用,进一步拓宽了芳纶纸的应用领域。     

导线绕包用聚芳酰胺纤维纸热老化及应用性能研究

为比较市场上常见的导线绕包用聚芳酰胺纤维纸的热老化性能及应用特性,本文采用国内外3种2mil导线绕包用芳纶纸开展了空气中热老化性能、金属中热老化性能、油中热老化性能、吸油特性和油污特性的研究。结果表明：3种导线绕包用间位芳纶纸在空气中的热老化性能基本在同一水平;与金属接触时,某国产导线绕包用间位芳纶纸（2#）的热老化性...     

间位芳纶纸板的制备及性能研究

采用间位芳纶短切纤维和沉析纤维为原材料制备了芳纶纸板,分析了纤维配比、温度及压强对纸板电气强度及拉伸性能的影响,并对纸板金属离子含量、水浸液电导率和p H值、耐油污性能等进行了研究。结果表明:间位芳纶纸板最佳的纤维配比为短切纤维∶沉析纤维=5∶5,最佳工艺是热压温度280℃、热压压强8 MPa。间位芳纶纸板的综合性能达到国外同类产品水平,具有良好的应用前景。     

硅烷偶联剂种类对纳米TiO2/间位芳纶复合绝缘纸电气性能的影响

为了进一步提高间位芳纶纸的绝缘性能,分别采用KH550、KH560、KH580、KH151硅烷偶联剂对纳米TiO₂进行处理,制得了纳米TiO₂/间位芳纶复合绝缘纸。主要研究了偶联剂种类对复合绝缘纸电气性能的影响,包括电气强度、体积电导率、电荷陷阱特性等,此外还探究了复合绝缘纸热学和力学性能的变化。对不同硅烷偶联剂接枝的TiO₂/间位芳纶界面进行了分子动力学模拟,从界面结合能和均方位移参数方面阐述了硅烷偶联剂对填料-基体界面的改善作用。结果表明：以电气绝缘性能为最主要的指标,硅烷偶联剂对复合绝缘纸改性效果从高到低依次为KH550、KH151、KH560、KH580;合适种类的硅烷偶联剂可有效改善纳米填料在基体中的分散性,提高复合绝缘纸的击穿电压和体积电阻率,并对芳纶纤维的耐温性和机械强度有一定的增强作用。     

电力变压器用天然酯-纸绝缘热老化电气性能研究

本文中作者对电力变压器用天然酯绝缘油和绝缘纸板组成油-纸复合绝缘试品,在110℃和130℃下分别与矿物绝缘油进行了加速热老化对比试验,分析了两种油纸绝缘组合热老化下的电气性能。     

间位芳纶短切纤维/浆粕的配比对芳纶绝缘纸性能的影响

为了研究间位芳纶短切纤维和浆粕的配比对间位芳纶绝缘纸机械性能和介电性能的影响规律及机理,实验室制备了不同纤维配比的芳纶绝缘纸,测量了芳纶纸的拉伸强度和断裂伸长率,芳纶纸的相对介电常数和介质损耗的频域介电曲线,以及在工频电压下的击穿场强。对比了芳纶绝缘纸和410型Nomex纸的拉伸性能、介电性能以及热稳定性,并结合芳纶纤维的结晶性能及形态分析了纤维配比对芳纶纸拉伸性能和介电性能的影响机理。实验结果表明:随着短切纤维含量的增加,芳纶纸的拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小,相对介电常数逐渐减小,介质损耗在低频段(10-1~102 Hz)逐渐增大而在高频段(104~106 Hz)变化不大,击穿场强随有较大幅度的降低。实验室自制的芳纶绝缘纸的热稳定性已达到Nomex纸的水平,拉伸性能介于Nomex纸横、纵向性能之间。当短切纤维含量较多时,会向芳纶纸中引入较多的微小孔洞,导致芳纶纸的击穿场强有所降低。     

纳米芳纶增强芳纶浆粕绝缘复合纸的制备及性能研究

为了提高对位芳纶纸的综合性能,通过去质子化法制备芳纶纳米纤维,与对位芳纶浆粕复合,在真空辅助抽滤下层层自组装制备高性能复合纸。研究芳纶纳米纤维添加量对复合纸力学性能、介电性能、耐电压击穿性能等的影响。结果表明:当芳纶纳米纤维的质量分数为75%时,复合纸的拉伸强度和弹性模量分别达到68.6 MPa和1.5 GPa,与纯浆粕纸相比,力学性能有了较大的提升,电气强度达到25.1 k V/mm,同时具有较低的介电常数、介质损耗因数和较高的热稳定性。     

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。     

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。     

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。     

热老化对变压器绝缘纸微观结构影响的实验研究

为了研究热老化应力对变压器绝缘纸微观结构的影响,以更准确地分析油纸绝缘机械强度和绝缘性能,文中对油浸纸试品进行加速热老化实验,获取不同老化程度的变压器绝缘纸试样。测量了绝缘纸试样的聚合度,采用扫描电镜观察绝缘纸试样的表面微观形貌,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析纤维素分子结构变化。分析结果表明,热老化对变压器绝缘纸微观纤维结构破坏显著,纤维细化,断裂增多,纤维分子结构及相关官能团数量变化明显。     

蒙脱土改性热稳定纸的制备及热老化特性研究

为改善现有纸改性方法的不足及研究蒙脱土(MMT)和热稳定剂对绝缘纸性能的综合影响,制备蒙脱土改性热稳定纸、普通绝缘纸,分别和矿物油组成油纸复合绝缘样品,在110℃老化箱中进行热老化试验。记录了在热老化期间绝缘纸和矿物油的主要特征参数及其变化规律,系统分析了添加物对纸和油老化特性的影响机理。研究结果表明:蒙脱土与胺类化合物的共同作用使改性纸兼具高击穿强度和抗热老化性能,改性纸使矿物油击穿电压有所升高。胺类化合物通过消耗水和小分子酸而延缓绝缘纸老化的作用得到试验结果印证,而经改性的蒙脱土与纤维素在纳米尺度上的复合作用可能是绝缘纸击穿电压上升的关键原因。     

芳纶纳米纤维绝缘纸在新型油纸绝缘中的热老化特性研究

制备了以芳纶纳米纤维为基本结构单元的新型绝缘纸,系统研究了其在天然酯绝缘油及矿物绝缘油中的老化特性,并与商用Nomex T410绝缘纸进行对比分析。结果表明：芳纶纳米纤维基绝缘纸具有更好的热稳定性和耐老化特性,经相同条件的加速热老化实验后,芳纶纳米纤维基绝缘纸的力学性能以及电气特性均优于Nomex T410绝缘纸;由天然酯绝缘油与芳纶纳米纤维基绝缘纸配合形成的新型油纸绝缘系统,可有效延长变压器的寿命,为绿色低碳电工能源装备的绝缘设计及开发提供了参考。     

加氢变压器油电气性能的老化研究

在巴德老化条件下,研究加氢变压器油在老化过程中的族组成变化及油质的老化对介质损耗因数等电气性能的影响,探讨电气性能与族组成变化的关系.结果表明:在巴德老化条件下,随着老化时间的延长,加氢变压器油中芳烃组分保持不变,链烷烃组分逐渐增加,环烷烃组分逐渐减少,加氢变压器油的电气性能变差.     

热老化对EPDM电树枝局放特性的影响研究

电树枝生长过程中常伴随有局放发生,其与电树的发展有极大关系,并会导致绝缘出现不可逆的损伤.为此,在140℃下对三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘试样进行了梯度加速热老化,并对不同老化程度试样开展了电树枝观测试验,采集了电树枝生长过程的局放信号,结合陷阱参数测试分析了热老化对EPDM电树枝局放特性的影响机理.结果表明:老化前期,电树枝发展表现为4个阶段,而老化后期为2个阶段;未老化EPDM电树枝放电相位分布在-50～90°与130～270°内,且正半周放电更剧烈;局放随电树枝的延伸同样呈现一定的阶段性变化,且随老化时间增加,放电量、放电次数与放电总能量先降低后大幅增加;陷阱测试显示,陷阱密度及能级随热老化时间先减小后增大,绝缘内部电荷聚集,对局放有极大影响.     

SiO2表面改性对间位芳纶绝缘纸性能的影响

为了分析SiO_2纳米颗粒表面接枝硅烷偶联剂KH550对间位芳纶绝缘纸(PMIA)性能的影响,利用分子动力学方法,建立了表面改性SiO_2掺杂PMIA的复合模型。研究了表面接枝率分别为6%和12%的SiO_2对PMIA玻璃化转变温度、热稳定性和力学性能的影响。结果表明:对纳米SiO_2适当的接枝改性能够进一步提升间位芳纶绝缘纸的热稳定性和力学性能。与不接枝硅烷偶联剂的SiO_2相比,表面接枝率为6%的SiO_2对PMIA玻璃化转变温度的提升幅度更大,同时在均方位移方面展现出的减弱分子链运动能力以及在力学性能方面表现出的抗形变、抗剪切能力均更加突出。但当SiO_2表面接枝率为12%时,对绝缘纸热稳定性与力学性能的提升幅度和作用效果均不显著,与不接枝时相近。最后,对两种接枝率SiO_2的影响效果进行了机理分析。     

老化对牵引变压器油纸绝缘局部放电特性的影响

随着牵引变压器运行年限的增加,高温部位采用的芳纶绝缘纸逐渐老化,容易发生局部放电,严重影响牵引变压器的安全运行。本文搭建了油纸绝缘老化和局部放电试验平台,分析老化对油纸绝缘局部放电特性的影响机制。结果表明:老化使局部放电平均放电量、最大放电量、放电重复率增大。放电重复率的变化可以在较低的外施电压下反映出老化对油纸绝缘局部放电特性的影响。老化后的试样表面在局部放电作用下更容易形成黑斑,且分支数目更多,这是由于浆粕老化以及老化导致短切纤维和浆粕界面粘合度降低造成的。