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Effects of ambient humidity and thermal aging on properties of Nomex insulation in mining dry‐type transformer

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High Voltage 2021年第1期6卷 71-81页

作者： Lu Li Jiancheng Song Zhipeng Lei Ailiang Kang Zhengyu Wang rujia men Yun Ma Shanxi Key Laboratory of Mining Electrical Equipment and Intelligent Control College of Electrical and Power EngineeringTaiyuan University of TechnologyTaiyuan ShanxiChina Zhengzhou Power Supply Company State Grid Henan Electric Power CompanyZhengzhou HenanChina Jinzhong Power Supply Company State Grid Shanxi Electric Power CompanyJinzhong ShanxiChina

Temperature and humidity are the main factors that cause the decomposition of Nomex paper widely used as turn‐to‐turn insulation material of mining dry‐type transformers. In this study, for understanding the effect of ambient humidity and thermal aging on the properties of Nomex paper, specimens with the initial moisture content of 7% were aged in the oven for 168, 504, 672 h at 180°C, respectively. After thermal aging, corona discharge experiments of unaged and aged specimens with different aging degrees were carried out at different relative humidity (RH) levels from 10 to 70%. The characteristic parameters of corona discharge, such as the average discharge amplitude and the number of discharges, were measured. Then, the surface conductivity and the surface potential decay rate were measured. The morphology and attenuated total internal reflectance Fourier transform infrared spectroscopy were also analysed for explaining the difference of properties be-tween unaged and aged specimens. The experiment results indicate that the average discharge amplitude decreases with the increase of RH or the deepening of the aging degree of specimens, but the number of discharges shows the reversal tendency. The changes in the physical structure and chemical composition, which is induced by the hydrolysis reaction of Nomex paper, accelerate the surface potential decay and increase the surface conductivity.

关键词： aging thermal humidity

Effect of long-term fluorination on surface electrical performance of ethylene propylene rubber

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High Voltage 2019年第4期4卷 339-344页

作者： rujia men Zhipeng Lei Tao Han Davide Fabiani Chuanyang Li Simone Vincenzo Suraci Jian Wang Shanxi Key Laboratory of Mining Electrical Equipment and Intelligent Control College of Electrical and Power EngineeringTaiyuan University of TechnologyTaiyuan 030024People's Republic of China Department of Electrical Electronicand Information Engineering‘Guglielmo Marconi’University of BolognaViale Risorgimento 2Bologna 40136Italy Key Laboratory of Smart Grid of Education Ministry School of Electrical and Information Engineering Tianjin UniversityTianjin 300072People's Republic of China State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources North China Electric Power UniversityChangping DistrictBeijing 102206People's Republic of China

To investigate the effect of fluorination on surface electrical performance of ethylene propylene rubber(EPR),four pieces of EPR specimens are prepared and fluorinated for different duration ranging from 120 min to 480 *** surface morphology and element compositions of experimental specimens are *** surface potential decay and complex permittivity are *** tracking discharge property and the erosion properties after tracking test are *** surface charge transport and electrical property tailoring mechanism are *** results show that when the fluorination duration is from 120 min to 360 min,the surface morphology gradually becomes flat and compact with time,and the surface resistance to electrical tracking is *** an excessive fluorination with the duration of 480 min leads to a significant increase in surface conductivity and a weakening in the resistance to electrical tracking,which is mainly due to a change in surface *** recommended fluorination duration for an optimised surface property is between 240 and 360 min for EPR specimen.

关键词： electrical propylene rubber

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乙丙橡胶绝缘中气隙引起的局部放电研究

太原理工大学学报 2018年第1期49卷 147-151页

作者：门汝佳山西省化工设计院太原030024

为了研究三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)电缆绝缘中由于气隙引起的局部放电及其变化规律,分别制作了含有被绝缘包围气隙和与电极相连气隙缺陷的乙丙橡胶试样,搭建了局部放电测量系统,试验测量并分析了不同频率正... 详细信息

为了研究三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)电缆绝缘中由于气隙引起的局部放电及其变化规律,分别制作了含有被绝缘包围气隙和与电极相连气隙缺陷的乙丙橡胶试样,搭建了局部放电测量系统,试验测量并分析了不同频率正弦电压作用下两种气隙的局部放电起始放电电场强度,重点分析了工频电压下,气隙放电的起始放电量及局部放电分布图。试验结果表明:气隙引起的局部放电起始放电电场强度与外施电压频率和气隙直径有关。工频下,不同气隙类型的局部放电分布图随外施电压幅值呈不同的形状,两种气隙类型下的局部放电分布谱图均呈现兔耳型分布,且正负半轴相对局部放电发生相位对称分布。与电极相连气隙受气隙位置影响,正负半周局部放电幅值大小不同。本文研究内容为诊断矿用EPDM电缆绝缘中气隙放电类型及分析局部放电过程提供了依据。

关键词：局部放电起始放电电场强度三元乙丙橡胶电缆

拉伸比对乙丙橡胶极化-去极化电流和陷阱分布的影响

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绝缘材料 2023年第6期56卷 28-33页

作者：何庆辉李蔚门汝佳程瑞雷志鹏王伟太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024 国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030012

针对移动电缆用EPDM绝缘在实际使用中经常受到拉伸力的作用,造成绝缘劣化的问题,本文从极化-去极化电流出发,主要研究不同拉伸程度对EPDM绝缘性能的影响。首先设计了拉伸装置用于测量拉伸状态下EPDM的极化-去极化电流和表面电位,然后从... 详细信息

针对移动电缆用EPDM绝缘在实际使用中经常受到拉伸力的作用,造成绝缘劣化的问题,本文从极化-去极化电流出发,主要研究不同拉伸程度对EPDM绝缘性能的影响。首先设计了拉伸装置用于测量拉伸状态下EPDM的极化-去极化电流和表面电位,然后从直流电导率和陷阱能级分布角度分析了拉伸比对EPDM性能的影响,最后从微观层面上解释了不同拉伸状态下EPDM绝缘性能变化的原因。结果表明:拉伸比对EPDM极化-去极化电流的影响存在阈值。当拉伸比小于1.4时,极化-去极化电流随拉伸比的增加而减小;当拉伸比大于1.4时,极化-去极化电流随拉伸比的增加而增大。当拉伸比从1.0增加到1.4时,陷阱数量减少导致表面电位衰减速率减小;当拉伸比从1.4增加到1.8时,浅陷阱的增加促进了电荷的消散和迁移过程,导致表面电位衰减速率增大。拉伸应力对EPDM绝缘性能的影响可分为无负荷状态、弹性形变状态、非弹性形变状态3个阶段。

关键词： EPDM 拉伸应力极化-去极化电流表面电位衰减率直流电导率

基于介电响应法的矿用电缆绝缘性能评估方法研究

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工矿自动化 2023年第1期49卷 46-55页

作者：雷志鹏李蔚何庆辉门汝佳王业刘洋吝伶艳太原理工大学矿用智能电器技术国家地方联合工程实验室山西太原030024 太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室山西太原030024 晋能控股山西科学技术研究院有限公司(晋城)技术中心山西晋城048006 国网河北省电力有限公司行唐县供电分公司河北石家庄050600 国网北京市电力公司大兴供电公司北京102600

矿用高压电缆在实际使用中易受电、热、机械应力等多种因素的复合作用,加速绝缘老化,易导致电缆漏电、短路或放电等故障。目前,介电响应法被引入矿用电缆绝缘性能及老化状态的分析、评估和诊断中。针对基于介电响应法的电缆绝缘性能及... 详细信息

矿用高压电缆在实际使用中易受电、热、机械应力等多种因素的复合作用,加速绝缘老化,易导致电缆漏电、短路或放电等故障。目前,介电响应法被引入矿用电缆绝缘性能及老化状态的分析、评估和诊断中。针对基于介电响应法的电缆绝缘性能及老化状态评估问题,以常用的三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘矿用移动软电缆为研究对象,总结了介电响应法中回复电压法、极化/去极化电流法和频域介电谱法的基本原理和典型特征量,对比了3种方法的优缺点。介绍了扩展Debye模型提取的老化因子、修正介电驰豫模型提取的弛豫特征量、介质损耗积分谱等基于介电响应模型的电缆绝缘性能评估特征量。从基于回复电压法和极化/去极化电流法的矿用电缆电痕腐蚀程度判别,以及基于极化/去极化电流法和等温松弛电流、基于介电驰豫模型、基于介质损耗积分值的EPDM绝缘多应力老化状态评估等方面,综述了介电响应法在矿用电缆绝缘性能评估中的应用研究。针对基于介电响应法的矿用电缆绝缘性能评估存在的在线监测技术无法适应煤矿工况、评估用数据不足、绝缘劣化程度与特征量关系未知等问题,提出应重点研究电缆绝缘状态感知、绝缘劣化程度与特征量关系构建这2项关键技术。

关键词：矿用电缆绝缘性能评估介电响应法回复电压法极化/去极化电流法频域介电谱法多应力老化

电缆绝缘用三元乙丙橡胶在拉伸状态下的介电频谱分析

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绝缘材料 2023年第7期56卷 40-45页

作者：李蔚何庆辉门汝佳李媛媛雷志鹏王伟杨冬冬太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024 国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030012

针对三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)电缆在运行过程中常受到机械、电、热等多应力共同作用而出现绝缘性能劣化的问题,研究了电缆绝缘用EPDM在拉伸状态下的介电谱。首先设计拉伸力施加夹具,搭建多应力介电频谱测... 详细信息

针对三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)电缆在运行过程中常受到机械、电、热等多应力共同作用而出现绝缘性能劣化的问题,研究了电缆绝缘用EPDM在拉伸状态下的介电谱。首先设计拉伸力施加夹具,搭建多应力介电频谱测试系统,测量EPDM在拉伸力和热应力共同作用下的介电谱,重点分析拉伸比对EPDM介质损耗因数的影响,然后利用Cole-Cole模型得到介电谱特征参量及其随拉伸比变化的规律,利用傅里叶红外光谱从微观角度分析EPDM的化学基团变化,最后结合载流子视在迁移率总结EPDM拉伸后的性能变化机理。结果表明:拉伸比对EPDM的复介电常数和介质损耗因数均有明显影响,特别是频率较低时,介质损耗因数会随拉伸比的增加先减小后增大。基于Cole-Cole模型分析表明,EPDM的直流电导率、弛豫强度和弛豫峰值频率均随拉伸比的增加先减小后增大。结合傅里叶红外光谱可知,在拉伸比达到一定值后,EPDM分子链会断裂,从去极化电流中提取到的载流子迁移率也随着拉伸比的增加先减小后增大。

关键词：三元乙丙橡胶拉伸介电频谱 Cole-Cole模型红外光谱去极化电流

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矿用三元乙丙橡胶高压电缆绝缘老化机理及状态评估技术研究进展

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工矿自动化 2023年第9期49卷 167-177页

作者：雷志鹏姜宛廷门汝佳张建花李媛媛何庆辉李蔚太原理工大学矿用智能电器技术国家地方联合工程实验室山西太原030024 晋能控股装备制造集团技术中心山西晋城048006 太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室山西太原030024

绝缘被认为是电气设备中最薄弱的环节。煤矿特殊工况和电、热、机械应力等老化因子的共同作用,使矿用高压电缆的三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘老化机理判定与状态评估存在很大的难度。针对煤矿用高压移动软电缆的EPDM绝缘,介绍了EPDM的基本性... 详细信息

绝缘被认为是电气设备中最薄弱的环节。煤矿特殊工况和电、热、机械应力等老化因子的共同作用,使矿用高压电缆的三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘老化机理判定与状态评估存在很大的难度。针对煤矿用高压移动软电缆的EPDM绝缘,介绍了EPDM的基本性能和经受的老化因子类型。基于多老化因子作用下EPDM的理化性能、机械性能、电性能,分析了EPDM老化机理。综述了绝缘电阻、局部放电、介质损耗因数和温度等矿用高压电缆绝缘在线监测方法的基本原理和存在的问题。总结了矿用高压电缆绝缘状态评估方法研究现状,介绍了基于改进雷达图的多参量和基于介质损耗的单参量矿用高压电缆绝缘状态评估方法。为应对煤矿智能化发展,一方面矿用电气设备智能化需要在智能感知、智能控制方面开展研究,弥补状态感知环节和状态评估特征量缺失的问题;另一方面需要研究轻量化模型或算法,降低设备旁智能终端的计算复杂性、参数量和分析耗时,提高状态评估技术的可实施性,为实现智能分析和智能决策奠定基础。

关键词：矿用高压电缆电缆绝缘三元乙丙橡胶绝缘状态评估绝缘老化机理多因子老化绝缘在线监测

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基于PDC的多应力老化乙丙橡胶电缆绝缘状态评估

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绝缘材料 2020年第1期53卷 70-75页

作者：林晨吝伶艳雷志鹏宋建成田慕琴门汝佳王飞太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室山西太原030024 太原理工大学矿用智能电器技术国家地方联合工程实验室山西太原030024

为了能准确地评估乙丙橡胶电缆的绝缘老化状态,搭建了多应力加速老化试验系统。测量了不同老化周期后电缆试样绝缘的极化与去极化电流,通过等温松弛理论和扩展德拜模型分别提取了老化因子A和低频介质损耗因数(tanδ0.1 Hz)来评估电缆绝... 详细信息

为了能准确地评估乙丙橡胶电缆的绝缘老化状态,搭建了多应力加速老化试验系统。测量了不同老化周期后电缆试样绝缘的极化与去极化电流,通过等温松弛理论和扩展德拜模型分别提取了老化因子A和低频介质损耗因数(tanδ0.1 Hz)来评估电缆绝缘的老化状态。结果表明:老化因子A与tanδ0.1 Hz对表征乙丙橡胶电缆绝缘的劣化状况具有很好的一致性。随着老化程度的加深,老化因子A呈指数增长规律,tanδ0.1 Hz也逐渐增大。由PDC法得到的老化因子A和tanδ0.1 Hz都能较好地评估乙丙橡胶电缆的绝缘状态。

关键词：乙丙橡胶电缆多应力老化 PDC 特征量状态评估

纳米SiO2添加对乙丙橡胶相对介电常数和电导特性的影响

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绝缘材料 2021年第1期54卷 18-24页

作者：赵瑞雪门汝佳徐晓晓雷志鹏宋建成刘洋王业太原理工大学矿用智能电器技术国家地方联合工程实验室煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室山西太原030024 国网陕西省电力公司西安供电公司陕西西安710048 国家电网河北省检修公司河北石家庄050000

为了明确纳米SiO2添加对乙丙橡胶绝缘相对介电常数和电导特性的影响,使用熔融共混法制备了含不同质量分数纳米SiO2的乙丙橡胶复合电介质,分析了纳米颗粒在乙丙橡胶基体中的分散特性,以及纳米颗粒与乙丙橡胶基体的键合性质,测量了乙丙橡... 详细信息

为了明确纳米SiO2添加对乙丙橡胶绝缘相对介电常数和电导特性的影响,使用熔融共混法制备了含不同质量分数纳米SiO2的乙丙橡胶复合电介质,分析了纳米颗粒在乙丙橡胶基体中的分散特性,以及纳米颗粒与乙丙橡胶基体的键合性质,测量了乙丙橡胶纳米复合电介质的相对介电常数以及不同温度和电场下的稳态电流,分析试样的电导特性。结果表明:当纳米SiO2质量分数为0.5%时,在乙丙橡胶中的分散性最好,低浓度掺杂形成的位阻作用,降低了乙丙橡胶分子链段及其侧基链段的活动能力,纳米复合电介质中的界面效应明显,介电常数、电导率降低,空间电荷注入的阈值场强提高,绝缘性能得到明显提升。随着质量分数提高,纳米颗粒与乙丙橡胶基体之间的界面效应减弱;当纳米SiO2质量分数为2.5%、5.0%时,掺杂形成的团聚使纳米复合电介质的介电常数增大,电导率提高,空间电荷注入的阈值场强降低。纳米SiO2添加带来的界面效应是影响乙丙橡胶纳米复合电介质性能的关键因素。

关键词：乙丙橡胶纳米二氧化硅电导特性相对介电常数