高频电压下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝生长的动力学模型

针对高压交联聚乙烯电缆绝缘试样,在1000—2000Hz 10kV峰值正弦电压下,采用计算机实时显微数字摄像技术进行了电树枝培养实验.基于半结晶绝缘材料中电树枝生长机理和电树枝结构的分形特征,提出了一个在高频范围定量预测电应力驱动下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝生长特性的动力学模型,获得了电树枝生长率方程和从电树枝生长到击穿过程的寿命公式.将该模型预测值与实验中获得的电树枝生长规律实验数据进行比较,其结果有较好的一致性,表明提出的模型化方法可以应用到交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝老化规律的定量分析研究中. 关键词： 交联聚乙烯电缆绝缘 电树枝 施压频率 动力学模型     

发展在XLPE电缆绝缘内外侧的电树枝

以XLPE高压电力电缆内外侧绝缘中的电树枝特性为研究对象，通过分析电树枝引发与生长的统计实验规律和采用扫描电子显微镜分析发现，由于不同结晶状态的影响，电缆绝缘内外侧的电树枝特性存在很大的差异.引发于绝缘内侧电树枝引发时间短、生长速度快、电树枝形状具有多样性；起始于绝缘外侧的电树枝不仅引发时间长、生长速度极慢，而且电树枝形状(结构)比较单一.并对这两个位置电树枝的引发和生长机理进行了探讨. 关键词： 电树枝 结晶状态 统计规律 内侧和外侧绝缘层     

10 kV双极同轴高温超导直流电缆低温绝缘特性研究

本文对10 kV冷绝缘正负极同轴直流高温超导电缆的低温绝缘特性进行了研究。聚丙烯层压纸PPLP是冷绝缘高温超导电缆常用的绝缘材料,首先对PPLP开展了液氮下的击穿实验研究,通过三参数Weibull分布对实验数据进行拟合,得到了PPLP的直流耐压、雷电冲击耐压绝缘强度。以此为基础,对10 kV双极同轴高温超导直流电缆的本体绝缘进行设计,制作了1 m长的模型电缆样品,最后按照国家标准要求,对电缆样品进行了耐压试验测试,验证了绝缘设计的合理性。     

110kV冷绝缘高温超导电缆本体绝缘设计

对国内第一根基于YBCO涂层导体的110kV冷绝缘高温超导(CD HTS)电缆本体绝缘进行了设计。根据冷绝缘HTS电缆的结构特点,通过分析不同绝缘材料的介电特性,应用电场有限元数值分析模型和理论模型,计算了超导电缆本体电场分布,研究了超导电缆主绝缘厚度与局部放电起始场强的定量化关系,最后给出了110kV冷绝缘HTS电缆主绝缘材料与厚度的设计方案。     

等离子体表面梯度硅沉积对环氧树脂电气性能的影响

环氧树脂作为常见的绝缘材料,在高压直流电场作用下易在其表面积累电荷,发生电场畸变,导致材料绝缘性能下降,影响电力系统运行可靠性。为改善气固界面的电荷特性和绝缘性能,在大气压等离子体射流技术的基础上,对环氧树脂表面进行等离子体梯度硅沉积处理。对改性前后环氧树脂表面理化特性、表面电导率、表面电荷消散和沿面耐压特性进行了多参数测量。实验结果表明,梯度改性对材料表面的物理形貌和化学组分均有明显影响,不同区域的电导率实现了梯度分布,加快了表面电荷消散速度,表面陷阱能级变浅;梯度改性后的样品沿面闪络电压提升幅度可达30.16%。通过等离子体表面梯度硅沉积处理能够改善环氧树脂表面电气性能,在高压直流设备的绝缘设计方面具有广阔的应用前景。     

聚丙烯中电树枝生长机理研究

耐电树枝老化特性是表征聚合物绝缘材料介电性能的重要参数之一.聚丙烯(PP)是典型半结晶聚合物,其复杂的非均匀聚集态结构影响电树枝的生长.本文对PP及加入成核剂的PP试样进行了耐电树枝化性能实验,通过偏光显微镜(PLM)及差示扫描量热法(DSC)分析加入成核剂前后PP的结晶形态、结晶度以及结晶结构对电树枝生长特征的影响.以相界面自由能的热驱动作用以及放电雪崩理论为基础,对电树枝生长的热力学和动力学机理进行分析,阐明电场分布对电树枝生长的重要作用.根据半结晶材料的结晶相和非晶相的物理性能,建立材料内部电场分布计算模型,模拟针-板电极条件下聚合物材料内部的局域电场分布情况,分析了电树枝通道的动力学生长特征,探讨了成核剂改变PP的结晶结构抑制电树枝沿电场生长的作用.     

纳秒脉冲下聚合物电树枝引发实验方法

 借鉴直流、交流的研究经验,比较了纳秒脉冲条件下几种不同的电树枝老化实验方法。对单针-板电极和多针-板电极在纳秒脉冲下实验结果的一致性进行考察,结果表明,多针-板电极系统可以在提高实验效率的同时保证结果的准确性。采用步进法和累加法进行了不同频率下聚苯乙烯电树枝引发实验,结果表明:两种方法得到的纳秒脉冲下聚苯乙烯电树枝引发电压-频率特性基本一致,在50~500 Hz范围内,引发电压随频率的升高而降低;在500~800 Hz范围内,引发电压随频率的升高而增加。最后讨论了对于不同脉冲功率装置中绝缘材料老化试验设计的方法。     

交联聚乙烯电缆绝缘材料中电树枝的导电特性研究

利用光学显微观察、局部放电测量和共聚焦Raman光谱分析相结合的方法, 研究了交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘材料中两种典型电树枝的导电特性.尽管具有相似的培养条件, 两种电树枝却呈现出完全不同的形态,其中9 kV下典型电树枝为枝-松枝状, 11 kV下为枝状, 而且电树枝生长及局部放电规律呈现出明显的差异.枝-松枝状电树枝主干通道内存在无序石墨碳的沉积, 根据石墨碳G带与D带的相对强度,估算碳层厚度约为8 nm,树枝通道单位长度电阻小于 10 Ω· μm^-1,足以抑制电树枝内局部放电的发展,电树枝呈现出导电型电树枝特征. 枝状电树枝通道内观察到荧光背景,存在材料劣化的产物,但不存在无序石墨碳的聚集, 通道具有明显的非导电特性而不足以抑制电树枝内局部放电的连续作用. 最后提出了XLPE电缆绝缘材料中导电型和非导电型电树枝的单通道生长模型, 利用等效电路理论对XLPE电缆绝缘材料中两种不同导电特性电树枝的生长机理进行了探讨.     

重复频率脉冲下环氧树脂电树枝引发特性

脉冲功率设备中绝缘材料的电老化特性影响它运行的可靠性、安全性及寿命。在最大幅值约34 kV、脉冲上升时间约40 ns、半高宽约70 ns的纳秒脉冲下,进行了环氧树脂在不同脉冲重复频率下(1,25,50,100,300和500 Hz)的电树枝引发特性研究。实验得出环氧树脂电树枝老化的引发电压随频率变化的规律:随着频率的升高,环氧树脂材料老化产生电树枝的形态有所变化,高频下丛林状电树枝明显增多;材料的引发电压基本随频率升高而降低,正脉冲作用下E44环氧树脂的引发电压高于负脉冲作用下的;负脉冲下E44环氧树脂的引发电压高于有机玻璃材料的。讨论分析了各种因素随频率变化对环氧树脂材料电树枝引发特性的影响,高频时空间电荷的作用明显增强。     

35kV/2kA高温超导电力电缆终端

电力电缆已被确认为高温超导技术产业化的重要项目之一.电力电缆在终端处屏蔽层终断、因电场集中,故需改善电场分布和加强电绝缘;超导电缆终端还是运行在低温的超导电缆芯向常温的高压母线过渡和制冷剂进出口的汇集组件.前期研发的试验终端已初步解决了终端恒温器结构、电流引线优化、可分离低阻接头和耐高电压的绝缘液氮接管设计和相关试验研究,在额定电流2kA情况下每对终端的热负荷210W,并进行了5项高电压绝缘试验.     

冷绝缘超导电缆绝缘材料测试综述

绝缘材料在液氮中的各种性能将直接影响到冷绝缘高温超导(HTS)超导电缆的质量。对四种绝缘材料:电缆纸、聚丙烯层压纸、聚酰亚胺薄膜和低密度聚乙烯薄膜在常温和低温下的电阻率、介电常数、介质损耗角正切、低温介电强度和局部放电进行实验研究和对比,得到了有价值的数据。     

冷绝缘高温超导电缆绝缘设计的研究

目前随着国内外高压输电系统的不断发展,许多研究机构一直试图开发高电压等级的高温超导电缆系统,这就要求设计的HTS电缆要有可靠的绝缘性能和优化的绝缘设计技术.根据超导电缆的结构特点和高温超导电缆系统的运行特点,对Nomex和PPLP进行了交流耐压、雷电冲击、局部放电(PD)起始电压和热循环等高压绝缘特性试验.根据不同厚度...     

100kV直流高温超导电缆终端应力锥设计

本文提出了一种新的单直线应力锥设计方法,根据PPLP材料的绝缘特性,结合超导电缆的本体尺寸和设计电压,给出了增饶绝缘厚度和应力锥轴向长度的设计数据,其中增饶绝缘厚度为3.5 mm,应力锥轴向长度为38.5 mm,并对单直线应力锥进行电场数值分析,结果表明,所设计的单直线应力锥满足100 kV直流高温超导电缆运行要求。     

35kV低温绝缘超导电缆绝缘设计研究

主要研究了35k V低温绝缘超导电缆的绝缘特性。首先对低温绝缘材料聚丙烯层压纸PPLP(Polypropylene laminated paper)的绝缘性能进行了绝缘击穿试验研究,得到PPLP工频耐压及雷电冲击耐压的绝缘强度。在此基础上,设计了35k V低温绝缘超导电缆的绝缘,并且制作了模型样品,并对样品绝缘性能进行了局部放电试验及工频耐压试验,验证了设计的绝缘满足国家规定的电缆要求。对超导电缆的实际应用有着重要意义。     

液氮中三种聚合物绝缘材料交直流击穿特性的研究

近年来,绝缘材料在低温下的电气性能受到越来越多的关注,本文以聚丙烯(PPLP)、聚芳酰胺T410(NOMEX-T410)和聚芳酰胺T418(NOMEX-T418)为研究对象,对三种聚合物绝缘材料在常温环境下以及液氮低温环境下进行了负极性直流击穿试验以及工频击穿试验.实验结果表明:三种绝缘材料在液氮低温环境下的绝缘性能均比常温下高;在相同条件下,三种绝缘材料的直流击穿场强均比工频击穿场强高;NOMEXT418和PPLP在低温环境下表现出了良好的电气性能.     

固体介质中空间电荷分布的测量方法

驻极体已经得到广泛的应用,为了提高介质的电荷存贮能力和改善其稳定性,测量驻极体内空间电荷的分布是极为重要的. 正确设计高压直流电气设备的绝缘结构,必须研究在强电场作用下,绝缘材料的空间电荷效应,因此测量固体介质中的空间电荷分布是非常重要的.对于聚合物所特有的树枝化击穿,现已探明空间电荷起着很大的作用,因此也必须了解聚合物介质中的空间电荷分布状况. 但是,对固体介质中空间电荷分布的测量是一个相当困难的问题,至今仍没有完善的解决方法.早期采用的切片法,迄今已有近半个世纪的历史.近年来,这方面的研究在国际上仍是一个活跃…     

真空表面的绝缘特性

绝缘子的真空表面绝缘特性研究真空下的高压沿绝缘子表面击穿物理过程，称真空表面闪络过程。影响该过程的因素主要包括绝缘材料结构、空间电场分布、表面处理方法、所加电压特征，脉冲宽度等。研究了真空表面闪络过程，有两类理论：二次电子发射崩溃和电子引发极化松弛。SEEA理论以绝缘子表面在电子轰击下发射二次电子为基础，包含了电子诱发脱附和脱附气体离子化，并且对闪络过程产生的影响等过程，对表面闪络现象进行了解释。     

长距离高温超导直流电缆制冷特性的解析法分析（英文）

以低温绝缘型高温超导直流电缆的典型结构为基础,建立了制冷系统的水力-热力数学物理模型,用解析法分析计算了逆流和顺流两种基本制冷方式及其变种的制冷特性,分析了流量和绝缘层热导率对制冷特性以及最大制冷长度的影响.结果表明流量影响制冷系统的温度分布特性,在一定范围内,最大制冷长度随流量增大而增大;超过临界点,增大流量反而会缩短制冷长度.发现低温绝缘材料的热导率影响系统温度分布,且同等流量下使用低热导率绝缘材料有更长的制冷距离.本文的结果与结论对长距离应用的高温超导直流电缆系统的制冷站配置有参考意义.     

直流偏置下YBCO单层导体的交流损耗特性研究

在高压直流输电系统中,高温超导直流电缆具有高功率密度特点被广泛使用.然而,电网中的直流以及开关器件和环境产生的交流纹波,都造成交流损耗.由第二代(2G)带材组成的五边形单层导体在交流和直流作用下,进行了交流损耗特性研究.该次实验从电压引线高度,接触位置和频率等不同角度测量分析了五边形单层导体的交流损耗.结果表明,尽管电...     

长距离室温绝缘超导直流电缆的热损耗分析

以中国科学院电工研究所研制的360m/10kA高温超导直流电缆为原型,分析了长距离应用场景下的室温绝缘高温超导直流电缆的杜瓦管道、电缆终端、通电导体和制冷工质等部位的热损耗特性并计算了其数值,讨论了长距离应用下对热损耗的特别考虑,给出所拟模型电缆的单位长度热损耗为1.3W/m,提出了将电缆本体和终端进行分别制冷的策略。分析计算结果是长距离应用室温绝缘高温超导直流电缆的热力学-流体力学特性分析、热负荷管理和低温制冷站配置工作的重要参考。