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热老化对Nomex绝缘纸表面电荷积聚消散特性的影响研究

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中国电机工程学报 2020年第17期40卷 5707-5716页

作者：李奕萱高波李晓楠杨雁郁郁吴广宁西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

为研究变压器用Nomex绝缘纸在热老化过程中电荷的积聚消散特性,在实验室搭建加速热老化实验系统,制备试样,采用针-板电极向不同老化周期绝缘纸表面充电,测量电荷消散过程中绝缘纸表面电位分布情况,根据测得的表面电位衰减曲线计算得到... 详细信息

为研究变压器用Nomex绝缘纸在热老化过程中电荷的积聚消散特性,在实验室搭建加速热老化实验系统,制备试样,采用针-板电极向不同老化周期绝缘纸表面充电,测量电荷消散过程中绝缘纸表面电位分布情况,根据测得的表面电位衰减曲线计算得到不同老化周期绝缘纸表面陷阱分布特性。研究结果表明,施加电压后绝缘纸表面电荷呈钟形分布,消散过程中可以保持形貌;绝缘纸中电荷存在向绝缘纸内部消散和沿绝缘纸表面消散两种方式;随着老化程度的增加,绝缘纸表面积累的电荷量呈先减小后增加的趋势;未老化的绝缘纸以沿面消散为主,老化后绝缘纸表面电荷消散速度随老化周期而增加,但正电荷与负电荷消散速度增加的原因不同。研究结果为深入理解变压器高温运行过程中油纸绝缘系统电荷输运特性提供理论依据。

关键词： Nomex纸热老化电荷积聚电荷消散陷阱分布

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热老化时间对硅橡胶电树枝起始特性的影响

高电压技术 2014年第4期40卷 979-986页

作者：周远翔张云霄张旭刘睿王明渊高胜友清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 华北电力科学研究院有限责任公司(国网冀北电力有限公司电力科学研究院) 北京100045

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... 详细信息

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。

关键词：硅橡胶运行温度热老化起树电压电树枝形态局部放电交联网络

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热老化对核电厂一回路管道失效概率的影响

核动力工程 2013年第6期34卷 138-142页

作者：李树肖李时磊王西涛张海龙王艳丽薛飞北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 苏州热工研究院江苏苏州215004

建立基于热老化的管道失效概率计算流程。在实验研究的基础上,采取美国阿贡实验室的流程预测某管道材料在280、330℃下热老化后断裂韧性随运行时间的变化。计算含单个环向内表面裂纹的管道在考虑热老化与不考虑热老化2种情况下的累积失... 详细信息

建立基于热老化的管道失效概率计算流程。在实验研究的基础上,采取美国阿贡实验室的流程预测某管道材料在280、330℃下热老化后断裂韧性随运行时间的变化。计算含单个环向内表面裂纹的管道在考虑热老化与不考虑热老化2种情况下的累积失效概率。计算结果表明,考虑热老化因素得到的失效概率高于未考虑热老化的情况。在考虑热老化的情况下,较高的温度下热老化严重且管道失效概率更高。

关键词：热老化断裂韧性累积失效概率

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Al/Zr/KClO4低湿热老化研究

Al/Zr/KClO4低湿热老化研究

作者：彭伟西南科技大学

学位级别：硕士

电爆管作为一类重要的火工品,广泛应用于武器装备系统和航天领域。在结构上,电爆管主要由电热桥丝、点火药、主装药、壳体组成,当通电后,桥丝升温将热量传递给周围的点火药剂,点火药受热发生化学反应,产生热量传递至临近区域,导致整个... 详细信息

电爆管作为一类重要的火工品,广泛应用于武器装备系统和航天领域。在结构上,电爆管主要由电热桥丝、点火药、主装药、壳体组成,当通电后,桥丝升温将热量传递给周围的点火药剂,点火药受热发生化学反应,产生热量传递至临近区域,导致整个混合物发生剧烈的反应,其中电爆管的老化性能直接决定了电爆管在长期贮存中的可靠性。Al/Zr/KClO作为一种具有良好点火温度和热稳定性的点火药,已被应用于电爆管,掌握Al/Zr/KClO老化对其热分解和燃烧行为的影响对电爆管贮存可靠性的评估及性能提升具有重要意义。本文研究了低湿条件Al/Zr/KClO热老化的机理机制。首先利用热分析技术、X射线光电子能谱(XPS)、扫面电镜-X射线能谱(SEM-EDS)分析了Al/Zr/KClO点火药随着温度和时间的变化。低湿热老化时随着时间的增加,KClO晶体表面部分分子降解生成KClO和KCl,Zr表面在热的作用下进一步氧化生成Zr O,Al未见明显变化,但这种变化并未导致其形貌发生变化。老化使Al/Zr/KClO点火药热分解活化能和热焓值呈现下降趋势。进一步以反应速率、热焓值、各组分表面元素参量拟合获得了点火药老化机理函数,发现反应速率、Zr的氧化和KClO降解能反映出点火药老化时的时间和温度效应,老化机理函数为n级反应,老化活化能在95.86-128.90 k J/mol。进一步揭示金属组分热老化对点火药性能的影响,分别通过单独氧化金属Zr和Al后,再制备点火药考察热分解行为和点火燃烧性能的变化。Zr氧化导致初始热分解行为和点火延迟变化。成功描述了Al/Zr/KClO热分解中包含三个反应的动力学模型,并揭示了每个步骤对总反应的贡献。Zr氧化程度的增加会导致Al/Zr/KClO混合物中KClO分解活化能和指前因子的降低。此外,基于分解动力学,预测了Al/Zr/KClO混合物在高温下的反应进度随时间的变化。快速反应速率增加的预测趋势与点火延迟时间相似。Al轻微的氧化未对点火药产生不利的影响,Zr的老化动力学表明Al/Zr/KClO在室温下比较稳定。

关键词：热老化 Al/Zr/KClO4点火药热分解表面元素分析点火性能

纳米SiO2/MVQ复合材料热老化特性及机理的分子模拟研究

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纳米SiO2/MVQ复合材料热老化特性及机理的分子模拟研究

作者：贾方瑞宁夏大学

学位级别：硕士

复合绝缘子较低的本征导热率,在挂网运行过程中受高温作用可能会逐渐老化甚至裂解,导致电绝缘性能下降,不利于电力系统的安全稳定运行,因此复合绝缘子在高温下的绝缘性广受学者们关注。纳米SiO2因其优异的绝缘性能和导热性能,成为复合... 详细信息

复合绝缘子较低的本征导热率,在挂网运行过程中受高温作用可能会逐渐老化甚至裂解,导致电绝缘性能下降,不利于电力系统的安全稳定运行,因此复合绝缘子在高温下的绝缘性广受学者们关注。纳米SiO2因其优异的绝缘性能和导热性能,成为复合绝缘子用硅橡胶材料(MVQ)的首选添加剂。因此纳米SiO2/MVQ复合材料在电力系统中得到了广泛应用。考虑到复合绝缘子运行时电场强度与介电性能和导热率均有一定关系。本文基于分子动力学方法,针对纳米SiO2/MVQ复合材料热老化前后的介电特性及导热特性展开模拟计算,进而对纳米SiO2/MVQ进行高温热老化模拟,探究纳米SiO2填充对硅橡胶复合绝缘材料热老化的微观影响,分析纳米SiO2/MVQ高温裂解机理,从微观层面分析填充纳米SiO2对材料热老化情况的影响。通过该研究,有望深刻理解纳米SiO2粒子填充对硅橡胶复合绝缘子的介电性能及导热性能高温热老化后的改善作用,以及对材料高温热老化过程的抑制作用,研究结果对降低复合绝缘子老化损失、研发新型高导热绝缘材料提供了理论基础。主要研究内容及相关结论如下:(1)运用Materials Studio软件构建了复合绝缘子基材MVQ和添加质量分数为5%、15%、25%的纳米SiO2/MVQ体系模型,对所建模型进行结构优化和能量最小化,使其达到稳定构象;通过分子动力学模拟计算,得到的对应的温度、体系能量、体系密度随模拟时间变化曲线,验证了所建模型的可靠性。(2)对四种体系在不同温度下进行热老化模拟,对比分析了各体系的相对介电常数和导热率在热老化前后的变化规律,探究了纳米SiO2含量和热老化温度对纳米SiO2/MVQ复合材料的影响。结果表明:常温下25%纳米SiO2/MVQ体系的导热率相较于neat MVQ体系的导热率提升107.2%,同时材料介电常数提升了 50.26%。温度在300K～500K时,随着温度的升高,各体系模型的相对介电常数与导热率呈缓慢下降趋势,而较低的填充量使得分子间未形成有效的导热通路,温度的升高能够提高材料内部声子传输,使得neat MVQ与5%纳米SiO2/MVQ两体系模型的导热率随温度缓慢提高;而当温度达到600K时,超过模型玻璃转化温度,故各体系模型的相对介电常数与导热率均快速下降。因此,填充纳米SiO2粒子明显提升材料导热性能,改善材料介电性能,抑制材料介电常数随温度的升高,缓解材料电荷聚集和表面过热的问题。(3)基于ReaxFF反应分子动力学方法模拟复合绝缘子的热裂解过程,探究填充纳米SiO2对纳米SiO2/MVQ复合材料热裂解的抑制作用。当体系温度为2000K～4000K时,随着温度的升高,neat MVQ与25%SiO2/MVQ两种体系分子主链的运动和扭转程度不断增加,两种体系老化裂解情况愈加严重;200ps时,2000K温度条件下的25%SiO2/MVQ片段化指数比neat MVQ片段化指数减少29.6%,同时各温度条件下生成的CH4、C2H2、H2等小分子产物更少,说明纳米SiO2的存在提高了材料分子发生裂解所需要的能量,有效抑制MVQ的热裂解程度;各温度下模型裂解主要的小分子产物,产物生成速率与数量随温度的提升逐渐增加,但甲烷、乙炔等产物会在高温下提高提前分解。MVQ热裂解反应初期MVQ侧链大量的甲基与氢自由基脱落,各种小分子烷烃、烯烃、炔烃产物产生。可见,在高温作用下,主链不断裂解,大量链状硅氧烷发生交联,交联密度升高,材料脆化。小分子气体聚集扩散,进一步破环MVQ分子,最终导致材料绝缘失效。

关键词：复合绝缘子 SiO2/MVQ 热老化分子模拟裂解

热老化条件下公路桥梁板式氯丁橡胶支座受压试验

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四川大学学报（工程科学版） 2012年第6期44卷 40-46页

作者：张延年单春红郑怡沈小俊高飞熊卫士沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168 辽宁省建筑材料监督检验院辽宁沈阳110032 重庆市公路工程质量检测中心重庆400060 重庆交通建设(集团)有限责任公司重庆401147

公路桥梁橡胶支座比建筑橡胶支座更容易受到气候的影响。为了研究公路桥梁板式氯丁橡胶支座在热老化条件下的各项力学性能指标变化,将氯丁橡胶支座在高温试验箱中进行热老化处理20、40、60、80 d,并采用压力试验机对其进行轴心受压试验... 详细信息

公路桥梁橡胶支座比建筑橡胶支座更容易受到气候的影响。为了研究公路桥梁板式氯丁橡胶支座在热老化条件下的各项力学性能指标变化,将氯丁橡胶支座在高温试验箱中进行热老化处理20、40、60、80 d,并采用压力试验机对其进行轴心受压试验。研究热老化对氯丁橡胶支座的承载力、极限抗压强度、竖向刚度、抗压弹性模量的影响。试验结果表明,在热老化条件下,氯丁橡胶支座更易发生脆性破坏,弹性阶段缩短,发生钢板外露、裂缝、层状破坏等现象更严重;承载力、极限抗压强度、竖向刚度、抗压弹性模量随热老化程度的加深而逐渐降低;采用最小二乘法对50年抗压强度及抗压弹性模量进行分析,衰减函数和衰减曲线基本符合幂函数变化规律。

关键词：氯丁橡胶支座热老化轴心受压试验极限抗压强度

热老化对于核电压力容器用钢16MND5冲击行为的影响

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核动力工程 2018年第2期39卷 104-108页

作者：邢睿思陈旭谢国福杨志海天津大学化工学院天津300354 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

研究了不同热老化温度下核反应堆压力容器用钢16MND5冲击性能的演化情况。结果表明,热老化能够引发材料韧性下降,脆性上升。具体表现为材料韧脆转变温度的升高,冲击断口由韧性断裂为主的破坏形式逐步转化为脆性断裂为主的破坏形式,同时... 详细信息

研究了不同热老化温度下核反应堆压力容器用钢16MND5冲击性能的演化情况。结果表明,热老化能够引发材料韧性下降,脆性上升。具体表现为材料韧脆转变温度的升高,冲击断口由韧性断裂为主的破坏形式逐步转化为脆性断裂为主的破坏形式,同时当老化时长达到一定程度时,韧性不会进一步降低,说明老化引起的脆化具有一定的极限值。因此,在工程领域考虑热老化引起的材料脆化时,既要考虑到老化引起脆化的危险性,同时也应合理估量脆化的影响程度。

关键词：热老化 16MND5 冲击性能微观结构

考虑热老化条件下典型缺陷对XLPE电缆本体和中间接头电场分布的影响研究

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考虑热老化条件下典型缺陷对XLPE电缆本体和中间接头电场分布的影...

作者：张瑞祥陕西理工大学

学位级别：硕士

随着城市的快速发展和城市配电网工程的大力推进,电力电缆在城市配网中的作用变得愈发重要。由于优越的电气和理化性能,以及轻便的结构和便捷的安装方式,且不受高度落差的限制,交联聚乙烯(Cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆已成... 详细信息

随着城市的快速发展和城市配电网工程的大力推进,电力电缆在城市配网中的作用变得愈发重要。由于优越的电气和理化性能,以及轻便的结构和便捷的安装方式,且不受高度落差的限制,交联聚乙烯(Cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆已成为现代电力传输电缆的首选。然而,由于生产工艺、运输条件、安装工艺和运行环境的影响,电力电缆的本体和中间接头中会难以避免地产生各种缺陷,这些缺陷在运行过程中可能会引发电场畸变,从而加速绝缘老化,甚至引发击穿事故,严重影响电力线路的安全和稳定运行。因此,有必要针对电力电缆本体和中间接头中的缺陷及其所引发的电场畸变开展研究。首先,以35 k V XLPE电缆本体及其中间接头为研究对象,对其中的XLPE和硅橡胶(SIR)绝缘材料进行加速热老化试验,并使用宽频介电谱测试仪对不同老化时间的试样进行测试,得到在不同热老化程度下两种材料的相对介电常数和电导率数值,为后续的仿真研究提供相关材料参数。接着,通过COMSOL有限元仿真软件建立35 k V XLPE电力电缆本体的三维仿真模型,研究电缆本体受潮、外护套破损、杂质颗粒和内半导电层凸起4种缺陷及缺陷尺寸对电缆本体电场分布的影响。结果表明,4种典型缺陷会引发不同程度的电场畸变,其中杂质颗粒引发的电场畸变最为严重,为186.9%;外护套破损引发的电场畸变率最低,为25.7%。在此基础上通过对电缆本体的温度场仿真,构建温度沿电缆径向的分布函数,以不同温度下半结晶聚合物吸氧量函数为桥梁,建立起考虑热老化条件下XLPE相对介电常数沿电缆径向的分布函数,并开展含缺陷电缆本体电场分布仿真。在考虑热老化条件后,靠近外半导电层的缺陷所引发的电场畸变程度随老化时间逐渐升高,靠近内半导电层的缺陷所引发的电场畸变程度随老化时间逐渐降低。最后,通过COMSOL有限元仿真软件建立35 k V XLPE电力电缆中间接头的三维仿真模型,研究预制件破损、主绝缘表面划痕、半导电层凸起、绝缘层杂质及水树枝5种典型缺陷及缺陷尺寸对电缆中间接头电场分布的影响。结果表明,5种典型缺陷会引发不同程度的电场畸变,其中水树枝引发的电场畸变最为严重,为440%;主绝缘表面划痕引发的电场畸变率最低,为21.2%。考虑热老化条件下,绝缘层杂质和主绝缘表面划痕所引发的电场畸变率随老化时间逐渐增大;半导电层凸起和水树枝两种缺陷引发的电场畸变率随老化时间增加降低;预制件破损引发的电场畸变对热老化并不敏感。

关键词：电力电缆热老化典型缺陷有限元仿真电场分布

Fe-32Cr-4Ni-4Cu模型合金的热老化行为研究

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Fe-32Cr-4Ni-4Cu模型合金的热老化行为研究

作者：马雪沈阳理工大学

学位级别：硕士

马氏体沉淀硬化不锈钢长期在中低温环境中服役时容易发生热老化脆化现象,导致不锈钢的脆性增加容易发生断裂,对设备的安全运行和使用寿命带来了极大的安全隐患。因此,研究马氏体沉淀硬化不锈钢在中低温环境中的热老化脆化现象具有极其... 详细信息

马氏体沉淀硬化不锈钢长期在中低温环境中服役时容易发生热老化脆化现象,导致不锈钢的脆性增加容易发生断裂,对设备的安全运行和使用寿命带来了极大的安全隐患。因此,研究马氏体沉淀硬化不锈钢在中低温环境中的热老化脆化现象具有极其重要的实际意义。本文参照17-4PH不锈钢的化学成分设计了Fe-32Cr-4Ni-4Cu模型合金,将模型合金分别在475℃、500℃、540℃下热老化100h～1000h后,采用OM、SEM、XRD和TEM对不同热老化条件下的微观组织进行表征分析,研究其基体中纳米富Cu相的析出和调幅分解机制。测试不同热老化条件下模型合金的显微硬度、冲击韧性和拉伸性能,并对断口形貌进行观察,研究不同热老化条件下析出相和调幅分解相对模型合金力学性能的影响以及合金的断裂机理。通过微观组织观察分析发现,热老化过程中,在位错和高界面能的位置更有利于富Cu相的形核析出,除此之外富Cu相还会在Ni元素富集的区域形核。通过TEM观察发现,模型合金在475℃下热老化时随着老化时间的延长,基体中析出的富Cu相形状由球状转变为椭球状或短棒状,尺寸逐渐变大,晶体结构由BCC结构经9R或2H结构最终转变为稳定的FCC结构。在475℃下进行热老化处理时,基体中的铁素体会发生Spinodal分解,生成黑白相间的层片状组织。随着热老化时间的延长,Spinodal分解会由晶界向晶内转变,并且调幅分解进行的越充分,分解产物的分布越均匀。在热老化过程中基体马氏体组织会发生逆转变,在马氏体基体的高Ni区会有细小连续的逆变奥氏体形成。当热老化温度在500℃～540℃范围内时基体中会有逆变奥氏体产生,升高温度基体中逆变奥氏体含量反而下降。这是因为温度过高时产生的逆变奥氏体不稳定,发生回溶后重新生成马氏体组织并成为新的板条界,在一定程度上细化了马氏体组织,提高了模型合金的硬度。通过显微硬度试验研究不同热老化条件下模型合金的硬化行为。在热老化过程中模型合金的硬度随热老化温度和时长发生变化,究其根源主要是受模型合金基体在热老化过程中析出的纳米富Cu相、Spinodal分解产生的富Cr的α′相以及逆变奥氏体含量的影响。示波冲击试验和室温拉伸试验表明:随着热老化温度的升高,模型合金的断裂方式由原始态的韧性断裂转变为脆性断裂,当温度高于500℃后,其断裂方式又变为韧性断裂。当热老化时间从100h延长至1000h时,模型合金的抗拉强度呈先上升后下降的趋势,而冲击吸收功A和断后延伸率的变化趋势正相反。这表明在热老化过程中合金的强度虽有所下降但其塑韧性却在不断变好,而且热老化时间越长,模型合金的塑韧性越好。

关键词： Fe-32Cr-4Ni-4Cu模型合金热老化 Spinodal分解纳米富Cu相断裂机理