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短切纤维特性对间位芳纶纸电气绝缘性能的影响

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绝缘材料 2024年第2期57卷 19-28页

作者：阮浩鸥律方成孙凯旋宋景萱常小斌樊思迪新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 赣州龙邦材料科技有限公司江西赣州341999

本文研究了短切纤维特性对间位芳纶纸击穿强度、电导率、陷阱特性和力学相关性能的影响。结果表明,在参照样品(直径为25μm、长度为6 mm、结晶温度为300℃、沉析纤维与短切纤维的配比为7∶3)的基础上,纤维直径增加至45μm会降低沉析对... 详细信息

本文研究了短切纤维特性对间位芳纶纸击穿强度、电导率、陷阱特性和力学相关性能的影响。结果表明,在参照样品(直径为25μm、长度为6 mm、结晶温度为300℃、沉析纤维与短切纤维的配比为7∶3)的基础上,纤维直径增加至45μm会降低沉析对短切纤维的包覆程度,诱发界面孔隙,芳纶纸的击穿强度和拉伸强度降幅可达16%和24%;纤维长度增加至18 mm,会造成短切纤维翘曲并形成“硬质”界面,击穿强度降幅可达63%,拉伸强度则无明显变化;结晶温度降低至230℃,会降低短切纤维结构稳定性,导致其热压熔融,击穿强度和拉伸强度降幅可达36%和50%;当短切纤维配比增加时,芳纶纸的击穿强度随致密度呈先升后降趋势,拉伸强度则随短切纤维含量的增加单调递增,体现了短切纤维对芳纶纸稳定成型的必要性和过量短切纤维对绝缘的削弱作用。此外,低击穿强度芳纶纸会呈现电导率提高和电荷陷阱浅化的现象,可作为芳纶纸绝缘性能判别的参考指标。

关键词：间位芳纶纸短切纤维击穿强度电荷陷阱

纳米Al2O3与TiO2及其氟化处理对环氧树脂表面绝缘特性的影响

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纳米Al2O3与TiO2及其氟化处理对环氧树脂表面绝缘特性的影响

作者：阮浩鸥华北电力大学

学位级别：硕士

环氧树脂(EP)纳米复合材料具有优异的热、力、电学性能,被广泛应用于电力系统的内外绝缘中。纳米填料的掺杂能提高绝缘件的耐受性能,但迄今为止尚未有完备理论可用于解释纳米填料在掺杂过程中对复合材料绝缘性能的影响规律,故有必要对... 详细信息

环氧树脂(EP)纳米复合材料具有优异的热、力、电学性能,被广泛应用于电力系统的内外绝缘中。纳米填料的掺杂能提高绝缘件的耐受性能,但迄今为止尚未有完备理论可用于解释纳米填料在掺杂过程中对复合材料绝缘性能的影响规律,故有必要对此问题展开深入研究,同时也有必要研制更高性能的绝缘材料。本文首先选用纳米AlO和纳米Ti O对环氧树脂进行掺杂改性,并采用低温大气压等离子体氟化的方法对填料进行预处理,得到含氟填料颗粒进而制备出氟化改性复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和光电子能谱(XPS)对改性前后的填料及复合材料进行表征,分析了氟化改性的反应原理。然后,对掺杂及氟化掺杂改性前后的复合材料进行了介电常数测试,分析了不同填料的掺杂浓度、颗粒粒径和氟化预处理方法对复合材料介电常数的影响,结合多核模型相关概念对其进行了阐释;采用有限元方法建立了两相复合体系的简易介电模型,对各因素对介电常数的影响作出解释。继而,对样片组进行了电荷消散能力的测试,分析了各因素对复合材料电荷消散的影响。基于ISPD方法计算了各复合材料样品的陷阱分布情况,从微观角度出发对氟化、掺杂改性原理进行了合理解释;采用有限元方法对直流场中Ti O/EP复合材料的表面电荷行为进行了仿真,从宏观角度解释了材料的介电、导电参数对表面绝缘特性的影响。最后,对掺杂及氟化掺杂改性前后的复合材料进行了闪络电压测试,分析了不同填料的掺杂浓度、颗粒粒径和氟化预处理方法对其闪络电压的影响。

关键词：环氧复合材料纳米改性等离子体氟化介电常数沿面闪络表面电荷消散

等离子体表面阶跃型梯度硅沉积对环氧树脂闪络性能的影响

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电工技术学报 2022年第9期37卷 2377-2387页

作者：闫纪源梁贵书段祺君阮浩鸥康玉婵彭程凯谢庆华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 华北电力大学电力与电子工程系保定071003

气体绝缘输电线路内的盆式绝缘子长期处于非均匀电场中,局部高场强引起的表面电荷积聚会进一步畸变外部电场,造成局部放电甚至引发沿面闪络。常规均匀改性手段难以兼顾不同场强区域的绝缘需求,对整体绝缘性能的提升难以达到最佳效果。... 详细信息

气体绝缘输电线路内的盆式绝缘子长期处于非均匀电场中,局部高场强引起的表面电荷积聚会进一步畸变外部电场,造成局部放电甚至引发沿面闪络。常规均匀改性手段难以兼顾不同场强区域的绝缘需求,对整体绝缘性能的提升难以达到最佳效果。该文采用大气压等离子体射流技术实现氧化铝/环氧树脂表面的等离子体阶跃型梯度硅沉积,测量了改性前后材料的理化特性和表面电气参数。结果表明,采用等离子体表面阶跃型梯度硅沉积会在材料表面覆盖不同厚度的硅氧类薄膜,使样片的表面粗糙度、表面电导率和陷阱能级呈阶跃型梯度分布,进而调控样片表面不同区域的电荷消散速率,使沿面闪络电压最多提升31.1%,明显高于未改性和均匀改性材料。分析表明,一方面构造梯度分布的表面电导率可以有效降低针-针电极的最大电场强度,减小电场畸变;另一方面,加快高场强区表面电荷消散并适当控制低场强区表面电荷消散速率时,才能最大程度地提升材料沿面闪络性能。

关键词：等离子体环氧树脂梯度改性表面电荷沿面闪络

等离子体氟化改性环氧树脂及其在C4F7N/CO2混合气体中电气性能研究

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电工技术学报 2020年第8期35卷 1787-1798页

作者：詹振宇阮浩鸥律方成刘伟李志兵谢庆华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230022 中国电力科学研究院有限公司北京100192

气体绝缘全封闭组合电器(GIS)/气体绝缘输电线路(GIL)长期运行中绝缘子表面积聚的电荷严重威胁电气设备的稳定运行,改善绝缘材料表面化学物理性质能有效提升其绝缘性能。该文采用低温等离子体技术对环氧树脂绝缘试样进行氟化改性处理,... 详细信息

气体绝缘全封闭组合电器(GIS)/气体绝缘输电线路(GIL)长期运行中绝缘子表面积聚的电荷严重威胁电气设备的稳定运行,改善绝缘材料表面化学物理性质能有效提升其绝缘性能。该文采用低温等离子体技术对环氧树脂绝缘试样进行氟化改性处理,通过原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)分析了改性前后绝缘试样的微观物理形貌及化学组分。等离子体处理可以高效可控地在环氧树脂表面大面积接枝氟元素,样片表面粗糙度随着改性处理时间呈现先增大后降低的现象,改性处理后样片的空穴陷阱能级略有变深、电子陷阱能级先变浅后变深。改性处理10min样片在C4F7N/CO2混合气体中的交直流沿面放电均达到最大值。实验结果表明适当的氟化处理造成表面粗糙度的增加,导致爬电距离增加,正电荷消散变慢,负电荷消散变快,最终使得样片的闪络电压得到了提升。过度的氟化处理使得样片基体结构受损,氟元素剥离,最终造成绝缘强度下降。

关键词：低温等离子体氟化改性 C4F7N/CO2混合气体沿面闪络

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纸浆杂质对间位芳纶纸直流绝缘特性的影响

中国电机工程学报 2022年第21期42卷 8025-8033页

作者：阮浩鸥谢庆宋景萱朱玫盈尹盛东律方成新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 赣州龙邦材料科技有限公司江西省赣州市341999

新能源电力系统中,间位芳纶作为新一代纸基绝缘材料得到广泛关注。为探究芳纶纸制造中纸浆杂质对其直流绝缘特性的影响,该文采用NaCl和硅藻泥代表工业水系的离子和难溶性杂质,研究杂质对纸样离子/灰分残留率、表面/体电导、击穿强度和... 详细信息

新能源电力系统中,间位芳纶作为新一代纸基绝缘材料得到广泛关注。为探究芳纶纸制造中纸浆杂质对其直流绝缘特性的影响,该文采用NaCl和硅藻泥代表工业水系的离子和难溶性杂质,研究杂质对纸样离子/灰分残留率、表面/体电导、击穿强度和闪络电压的影响。结果表明:离子残留具有饱和效应,芳纶更易吸附阳离子,而难溶性杂质对离子有助留作用;纸样的直流绝缘强度与离子最终残留量呈正相关,相对超纯水所制纸样,混合杂质可令表面/体电导率最高提升645%和1378%,击穿强度和闪络电压降低41%和17%。机理方面,通过第一性原理计算和陷阱特性测试表明,离子杂质通过影响芳纶的本征能带结构令其局部转变为导体,缩短了芳纶纸的有效绝缘距离;同时,杂质引入也会通过浅化陷阱进一步降低介质的直流绝缘强度。

关键词：间位芳纶杂质电击穿闪络陷阱能级

等离子体氟化纳米SiC/环氧复合涂层对环氧树脂闪络特性的影响

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高电压技术 2020年第7期46卷 2444-2452页

作者：律方成刘春博詹振宇郝留成阮浩鸥朱全胜华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003 平高集团有限公司平顶山467001 国家电网河南省电力公司电力科学研究院郑州450052

环氧树脂绝缘子在电场的作用下会发生表面电荷积聚,严重时会发生沿面闪络现象,威胁电力系统和电气设备的安全运行。为此利用CF4/Ar等离子体对纳米SiC进行氟化处理,以改变其在环氧树脂中的界面特性,将含有不同质量分数氟化纳米SiC的环氧... 详细信息

环氧树脂绝缘子在电场的作用下会发生表面电荷积聚,严重时会发生沿面闪络现象,威胁电力系统和电气设备的安全运行。为此利用CF4/Ar等离子体对纳米SiC进行氟化处理,以改变其在环氧树脂中的界面特性,将含有不同质量分数氟化纳米SiC的环氧复合涂层材料以3种不同厚度涂覆在环氧树脂基体上,对其进行表面电位测试和直流闪络测试。实验结果表明:随着填料在环氧涂层中含量的增加,试样的闪络电压增高,电荷消散速度加快,陷阱能级和密度降低。增加涂层厚度同样可以提高试样的闪络电压,等离子体氟化纳米SiC质量分数为5%的涂层厚度为600μm时,闪络电压较无涂层试样提高了18.7%。涂覆等离子氟化纳米SiC/环氧复合涂层作为便捷有效的方法,在减少电气设备运行故障方面具有广阔的应用前景。

关键词：等离子体氟化环氧复合涂层纳米SiC 表面电荷直流闪络电压

环氧树脂试品局部粗糙度处理对其直流绝缘性能的影响

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高压电器 2022年第7期58卷 149-161,198页

作者：律方成宋曼青詹振宇阮浩鸥闫纪源谢庆华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室河北保定071003

环氧树脂材料在电场作用下会出现表面电荷积聚现象导致沿面放电。为改善环氧树脂材料的直流绝缘性能,文中对环氧树脂试品表面进行局部粗糙度处理,开展闪络实验,探究局部粗糙度处理在空气、C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和SF_(6)3种气体环... 详细信息

环氧树脂材料在电场作用下会出现表面电荷积聚现象导致沿面放电。为改善环氧树脂材料的直流绝缘性能,文中对环氧树脂试品表面进行局部粗糙度处理,开展闪络实验,探究局部粗糙度处理在空气、C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和SF_(6)3种气体环境中对环氧树脂试样闪络特性的影响。建立二维仿真模型,通过有限元法分析局部粗糙度处理后环氧树脂材料的表面电荷特性以及陷阱分布。根据闪络实验结果,粗糙面位置不同的环氧树脂试品的沿面闪络电压在3种气体中均随表面粗糙度的增加呈现先上升后下降的趋势,并在粗糙面位于中心且表面粗糙度为1.3μm时达到最大值。仿真结果显示,对于指型电极,环氧树脂材料表面积聚双极性表面电荷,当粗糙面位于试品中心时空穴陷阱和电荷陷阱的密度较小。因此可认为对环氧树脂的局部粗糙度处理能够改变其沿面闪络特性与表面电荷特性,通过合理选择粗糙面的位置以及粗糙度的数值可改善环氧树脂的直流绝缘性能。

关键词：环氧树脂局部打磨粗糙度表面电荷直流绝缘性能

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锥-板电极下叠层芳纶纸的局部放电特性研究

绝缘材料 2022年第11期55卷 71-78页

作者：律方成王双双阮浩鸥吕品张亚辉谢庆华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 河北省输变电设备安全防御重点实验室河北保定071003

间位芳纶具有极高的绝缘强度和组分稳定性,是电气绝缘领域新一代绝缘纸的理想基材。为研究极不均匀电场下,干式绝缘用间位芳纶叠层纸的击穿特性和局部放电发展特性,探究多叠层芳纶纸在长时间加压下的绝缘失效现象,选用锥-板电极构建极... 详细信息

间位芳纶具有极高的绝缘强度和组分稳定性,是电气绝缘领域新一代绝缘纸的理想基材。为研究极不均匀电场下,干式绝缘用间位芳纶叠层纸的击穿特性和局部放电发展特性,探究多叠层芳纶纸在长时间加压下的绝缘失效现象,选用锥-板电极构建极不均匀电场,开展了锥-板电极下叠层芳纶纸的恒压局部放电实验。基于叠层击穿电压和击穿时延测试选取了合理的恒压参数,接着制备了不同局放时间的叠层纸样品,并对其碳痕形态、官能团分解情况、陷阱特性和剩余绝缘强度进行了测试。结果表明:叠层厚度由单层0.18 mm增长至6层1.08 mm时,芳纶纸电气强度下降了48.59%;根据局放过程中“放电量-相位”特征谱图和典型放电现象,局放发展过程可以划分为放电起始、放电发展和预击穿阶段;击穿点处损毁形式呈现大面积的沿面碳痕,碳痕处的N-H、CO-NH等酰胺基团分解,碳痕化后的样品深、浅陷阱能级均变小,局放导致的碳痕生长在一定程度上可以提升锥-板电极下材料的电气强度,均化锥-板电极的电场。

关键词：干式变压器叠层芳纶纸击穿局部放电

纳米Al_2O_3对环氧树脂复合材料沿面闪络电压的影响

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绝缘材料 2019年第2期52卷 29-34页

作者：阮浩鸥余永松张建兴阚宇强谢庆律方成华北电力大学(保定)河北省输变电设备安全防御实验室河北保定071003 浙江省开化七一电力器材有限责任公司浙江衢州324302 国网冀北电力有限公司北京102400

为了提高环氧树脂材料的绝缘性能,减少电气设备闪络事故的发生,利用纳米Al_2O_3对环氧树脂进行改性是一种行之有效的办法。本文研究了纳米Al_2O_3的粒径、含量以及偶联剂处理对环氧树脂绝缘材料直流闪络电压和介电常数的影响。结果表明... 详细信息

为了提高环氧树脂材料的绝缘性能,减少电气设备闪络事故的发生,利用纳米Al_2O_3对环氧树脂进行改性是一种行之有效的办法。本文研究了纳米Al_2O_3的粒径、含量以及偶联剂处理对环氧树脂绝缘材料直流闪络电压和介电常数的影响。结果表明:复合材料的闪络电压随纳米Al_2O_3粒径的减小和含量的增加呈现先增大后减小的趋势;纳米Al_2O_3的偶联剂处理使得复合材料的沿面闪络电压得到提升;复合材料介电常数的变化趋势与闪络电压相反。

关键词：纳米Al2O3 环氧树脂介电常数直流闪络电压