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挤出成型冷却温度对共混改性型聚丙烯绝缘料微观结构与力电性能的影响

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高电压技术 2024年

作者：展云鹏侯帅曹亚杰惠宝军赵林杰傅明利南方电网科学研究院有限责任公司特高压电力技术与新型电工装备基础国家工程研究中心四川大学高分子科学与工程学院

电力电缆是全球能源互联网中的关键元素，对国家安全和经济发展至关重要。改性聚丙烯绝缘料具有优异的综合性能，成为新一代可替代交联聚乙烯的绿色环保型电力电缆开发的电缆绝缘材料。本文以共混改性型聚丙烯绝缘料为研究对象，通过控... 详细信息

电力电缆是全球能源互联网中的关键元素，对国家安全和经济发展至关重要。改性聚丙烯绝缘料具有优异的综合性能，成为新一代可替代交联聚乙烯的绿色环保型电力电缆开发的电缆绝缘材料。本文以共混改性型聚丙烯绝缘料为研究对象，通过控制挤出成型冷却温度来模拟聚丙烯电缆在实际挤出生产过程中的冷却过程，从而研究冷却温度对弹性体的尺寸及分布、聚丙烯结晶以及力学、电气性能的影响。发现当冷却温度为80 ℃时，冷却速率适宜，有助于聚丙烯绝缘料形成较好的晶体结构和相态结构，从而表现出较优异的力学韧性和电气性能，综合性能最优。以上研究为聚丙烯绝缘电缆在实际挤出生产过程的加工制备提供重要的参考。

关键词：聚丙烯绝缘冷却温度相态结构晶体结构力学性能电气性能

抗氧剂接枝对聚丙烯绝缘空间电荷与击穿性能的影响研究

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绝缘材料 2024年第9期57卷 47-57页

作者：赵旭阳柯定芳孙国宁谢声益吴芳芳李忠磊杜伯学浙江华电器材检测研究院有限公司国家电网公司电力器材安全性能检测技术实验室浙江杭州310007 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

本文重点研究受阻酚类抗氧化剂(AO3052)熔融自由基接枝改性对聚丙烯(PP)绝缘空间电荷与击穿性能的影响。对不同抗氧剂含量的接枝聚丙烯进行了直流电导、空间电荷分布和直流击穿特性测试,并与未改性聚丙烯进行对比。结果表明:抗氧剂接枝... 详细信息

本文重点研究受阻酚类抗氧化剂(AO3052)熔融自由基接枝改性对聚丙烯(PP)绝缘空间电荷与击穿性能的影响。对不同抗氧剂含量的接枝聚丙烯进行了直流电导、空间电荷分布和直流击穿特性测试,并与未改性聚丙烯进行对比。结果表明:抗氧剂接枝会增大试样体电导率对温度的敏感性,提高试样的电导活化能。0.5%抗氧剂接枝可以有效改善PP的空间电荷积聚问题,降低电场畸变程度,将90℃下PP的直流电气强度提高了31.3%,同时将90℃下PP的老化电气强度提高了36.1%,这归因于0.5%抗氧剂接枝对空间电荷积聚的抑制能力。通过能带结构分析认为,抗氧剂接枝改性可在PP的禁带中引入更多局域能级与电势阱,抑制电荷输运,同时受阻酚类抗氧剂中的酚羟基可以清除PP中的自由基,二者综合作用提升了PP的击穿性能。

关键词：抗氧剂接枝改性聚丙烯绝缘直流击穿空间电荷

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基于晶型调控的聚丙烯绝缘电树枝生长抑制方法研究

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基于晶型调控的聚丙烯绝缘电树枝生长抑制方法研究

作者：周硕凡天津大学

学位级别：硕士

聚丙烯(Polypropylene,PP)热塑性绝缘因其免交联、优异的绝缘和耐热性能,是目前环保型高压直流电缆绝缘材料的主要发展方向。聚丙烯电缆绝缘结晶结构缺陷所形成的局域电场畸变,是导致局部放电和电树枝劣化的关键原因。本文以聚丙烯绝缘... 详细信息

聚丙烯(Polypropylene,PP)热塑性绝缘因其免交联、优异的绝缘和耐热性能,是目前环保型高压直流电缆绝缘材料的主要发展方向。聚丙烯电缆绝缘结晶结构缺陷所形成的局域电场畸变,是导致局部放电和电树枝劣化的关键原因。本文以聚丙烯绝缘为研究对象,通过β晶成核剂添加、等温/非等温结晶过程调控聚丙烯绝缘晶型结构,研究了不同晶型结构聚丙烯绝缘的电树枝劣化特性,分析了晶型调控对绝缘电树枝劣化的抑制机理。研究工作和主要结论如下:(1)研究了不同含量β成核剂对聚丙烯晶型结构和电树枝生长特性的影响规律。发现随着成核剂含量从0提高至0.1 wt%,β晶型含量和结晶度逐渐提高,球晶尺寸由200μm减小至100μm,同时电树枝长度减小。当成核剂含量进一步提高时,β晶型形成花状晶簇,电树枝长度随着成核剂含量的提高而增加。分析表明,成核剂诱导产生的β晶型减少了晶区-无定形区界面的绝缘缺陷,从而抑制了聚丙烯绝缘电树枝劣化过程。(2)研究了等温/非等温结晶过程对β成核剂改性聚丙烯晶型结构和电树枝生长的影响规律。发现随着非等温结晶降温速率的提高,球晶生长速度加快,球晶边界更易形成不完善碎晶,同时聚丙烯绝缘电树枝长度增加。分析表明,降温速率过快时容易形成大量碎晶,成为诱发电树枝生长的绝缘缺陷。相比于非等温结晶,等温结晶条件下试样的结晶度和球晶完善程度更高,抑制了缺陷的产生,从而对聚丙烯绝缘电树枝生长有较好抑制作用。(3)不同晶型结构介电性能仿真结果表明,聚丙烯中无定形区、β晶区和α晶区的介电常数分别为2.06,2.13,2.22。电场仿真结果表明,α球晶与无定形区界面易形成电场畸变,在电场诱导下产生界面极化,从而诱发局部放电和电树枝劣化;成核剂引入的β晶型有助于改善聚丙烯绝缘电场分布,减小缺陷极化引发的畸变电场;当降温速率过快时,试样中出现随机分布的不规则碎晶,碎晶与无定形区的界面更容易形成电场畸变区,从而形成局部放电和电树枝劣化的绝缘缺陷。通过添加0.1 wt%含量的β成核剂并采用126℃等温结晶减少了聚丙烯晶区-无定形区界面的绝缘缺陷,从而抑制了聚丙烯绝缘电树枝的生长。

关键词：直流电缆聚丙烯绝缘晶型调控电树枝劣化

基于结晶形貌的聚丙烯绝缘空间电荷与击穿性能调控方法

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基于结晶形貌的聚丙烯绝缘空间电荷与击穿性能调控方法

作者：范铭升天津大学

学位级别：硕士

热塑性聚丙烯(PP)绝缘具有免交联、绝缘性能强和熔点高等优点,是目前环保型高压直流电缆绝缘材料的主要发展方向。高压直流电缆绝缘中空间电荷易积聚,会造成局部电场畸变,加速绝缘老化和击穿等问题。本文以直流电缆PP绝缘为研究对象,采... 详细信息

热塑性聚丙烯(PP)绝缘具有免交联、绝缘性能强和熔点高等优点,是目前环保型高压直流电缆绝缘材料的主要发展方向。高压直流电缆绝缘中空间电荷易积聚,会造成局部电场畸变,加速绝缘老化和击穿等问题。本文以直流电缆PP绝缘为研究对象,采用等温结晶、物理共混手段调控PP绝缘结晶形貌,研究了PP绝缘结晶形貌对空间电荷和击穿性能的影响规律,分析了机械拉伸作用下结晶形貌演变对空间电荷与击穿性能的影响机理,为高压直流电缆PP绝缘开发提供理论与实验支撑。研究工作和主要结论如下:(1)研究了等温/非等温结晶条件下等规聚丙烯(iPP)结晶形貌演变对iPP直流电导、空间电荷与击穿性能的影响规律。发现相比于非等温结晶,在126°C等温结晶10 min可使iPP球晶结构更加完善,球晶间物理缺陷减少,深陷阱密度提高,直流体电导率降低,空间电荷注入与积聚明显减少,直流击穿与极性反转击穿场强均显著提高;而当等温结晶时间达到30 min时,iPP球晶尺寸达到87μm,球晶间的无定形区缺陷增多,加剧空间电荷注入与积聚,导致直流击穿与极性反转击穿场强显著降低。(2)基于iPP/间规聚丙烯(sPP)共混绝缘,采用等温结晶方法调控共混绝缘结晶形貌、电气与机械性能。发现随着等温结晶时间从0 min增加到20 min,iPP/sPP共混绝缘平均球晶尺寸由13μm增大到22μm,平均电荷密度由3.1 C/m降低到1.5 C/m,最大电场畸变率由13.0%降低到1.4%,90°C下直流击穿场强提高了37.2%。直流预压下空间电荷积聚导致试样在极性翻转后局部电场畸变,使得等温结晶20 min的iPP/sPP的击穿场强在异极性直流预压后降低了17.3%。(3)研究了机械拉伸作用下iPP与iPP/sPP共混绝缘结晶形貌的演变规律,分析了结晶形貌演变对PP绝缘空间电荷与击穿性能的影响机理。发现在机械拉伸作用下,PP绝缘球晶会先演变为椭球状球晶再成为纤维状结构,加剧试样中空间电荷的注入与积聚,增大电场畸变率,并导致直流击穿性能显著下降;通过适当的等温结晶和物理共混可调控PP绝缘结晶形貌,减少PP绝缘球晶间物理缺陷,增强球晶间的相互作用力,抑制机械拉伸作用下绝缘空间电荷注入与击穿发展过程。

关键词：直流电缆聚丙烯绝缘结晶形貌空间电荷击穿性能机械拉伸

新型环保聚丙烯绝缘材料老化寿命的研究及测定

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电线电缆 2024年第4期67卷 1-6,13页

作者：刘雄军韩啸奚谦逸张广威高俊国江苏上上电缆集团有限公司溧阳213300 哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080

环保型热塑性聚丙烯作为新兴的中压电力电缆绝缘材料,其老化寿命的测定工作亟待开展。针对两种中压交流电缆用聚丙烯绝缘材料,研究在高热应力条件下聚丙烯氧化诱导期的变化特性,利用线性拟合计算阿伦尼乌斯(Arrhenius)方程中的参数,推... 详细信息

环保型热塑性聚丙烯作为新兴的中压电力电缆绝缘材料,其老化寿命的测定工作亟待开展。针对两种中压交流电缆用聚丙烯绝缘材料,研究在高热应力条件下聚丙烯氧化诱导期的变化特性,利用线性拟合计算阿伦尼乌斯(Arrhenius)方程中的参数,推导聚丙烯寿命-温度曲线;通过恒定电压、逐步升压、逐级升压试验,研究聚丙烯的电老化特性,利用线性回归参数求解法、最小二乘估计法求取反幂定律(IPM模型)中的电老化寿命指数及寿命模型。结果表明:①两种聚丙烯绝缘材料的电老化寿命指数(n)范围分别为12.65~16.68和12.84~14.68,且在温度为90℃以下、电场强度为19 kV·mm^(-1)及其以下的工作环境中均可有效运行40 a以上;②通过逐级升压累加法和最小二乘估计法求解的聚丙烯寿命模型较为精确;③聚丙烯绝缘材料的电老化寿命与材料结晶特性存在一定关联性,后续需要加强关注并做深入研究。该研究可为新型聚丙烯中压电力电缆的推广应用提供参考和理论支撑。

关键词：电力电缆聚丙烯绝缘老化寿命寿命指数

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110 kV聚丙烯绝缘电缆的研制

光纤与电缆及其应用技术 2024年第4期 6-8,28页

作者：曹伍成宋光辉孙小臣陈凯白洋赫乔宇常郭春阳江苏亨通高压海缆有限公司江苏苏州215537

传统交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压电缆生产产能消耗大、生产效率低且对环境造成较大压力。为了推动高压电缆绿色转型,进行了110 kV聚丙烯(PP)绝缘电缆自主研制。依据国家标准GB/T 11017—2014、企业标准Q/320581GJM 010—2023进行电缆结构... 详细信息

传统交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压电缆生产产能消耗大、生产效率低且对环境造成较大压力。为了推动高压电缆绿色转型,进行了110 kV聚丙烯(PP)绝缘电缆自主研制。依据国家标准GB/T 11017—2014、企业标准Q/320581GJM 010—2023进行电缆结构设计,通过开发高压电缆专用PP绝缘材料和控制PP绝缘三层共挤关键工艺成功进行电缆制造。经检测,该电缆PP绝缘具有绝缘性能好、耐温等级高(110℃)、热稳定性好(热收缩仅为1.5%)、机械性能好等特点,确保电缆具有较高的运行温度和较好的运行可靠性、安全性。PP绝缘高压电缆的安全、环保、高效符合输电工程高质量发展趋势。

关键词：高压电缆聚丙烯绝缘三层共挤分割导体

采用聚丙烯表皮制造泡沫皮绝缘油膏填充电话电缆

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光纤与电缆及其应用技术 1992年第3期 64-65页

作者：羽立

采用聚烯丙烯可以缩小比重、降低成本、减小介电常数、提高耐磨强度和软化点,增大冷却时的收缩率。

关键词：电话电缆聚丙烯绝缘石油膏填充

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抗氧剂改性聚丙烯直流电缆绝缘击穿性能研究

抗氧剂改性聚丙烯直流电缆绝缘击穿性能研究

作者：刘畅天津大学

学位级别：硕士

聚丙烯热塑性材料相比于交联聚乙烯具有电学性能优异、无需交联脱气、可回收性好等优势,在高压直流电缆输电系统中具有广阔的应用前景。电缆绝缘的击穿场强是评价其电学性能的关键指标,而抗氧剂等有机小分子因其极性基团对载流子的俘获... 详细信息

聚丙烯热塑性材料相比于交联聚乙烯具有电学性能优异、无需交联脱气、可回收性好等优势,在高压直流电缆输电系统中具有广阔的应用前景。电缆绝缘的击穿场强是评价其电学性能的关键指标,而抗氧剂等有机小分子因其极性基团对载流子的俘获作用,是提升聚丙烯击穿场强的有效途径。本文采用受阻酚类抗氧剂掺杂的改性方法,针对聚丙烯绝缘的电荷输运与击穿机理展开研究。主要工作和成果如下:(1)采用分子动力学模拟方法获得了电热复合场下抗氧剂在聚丙烯中的运动规律,为研究抗氧剂改性聚丙烯的击穿机理提供了基础和参考。发现随着温度和电场的升高,抗氧剂在聚丙烯中的扩散系数逐渐增大。基于抗氧剂改性聚丙烯的动力学行为分析认为,抗氧剂迁移形成的幅值与方向频繁变化的局部电场是导致聚丙烯绝缘击穿的重要因素。(2)制备了以硫代双酚抗氧剂与单酚小分子为对比填料的抗氧剂改性聚丙烯试样,获得了抗氧剂改性聚丙烯的空间电荷与电场分布规律,揭示了抗氧剂改性聚丙烯的电荷输运机理。发现抗氧剂可抑制聚丙烯的空间电荷积聚、降低电场畸变程度,而老化过程导致的抗氧剂迁移可使聚丙烯的空间电荷积聚增多、电场畸变程度加剧。通过能带计算和陷阱能级分布测试分析认为,抗氧剂在聚丙烯中引入的多层次局域态是改变聚丙烯空间电荷与电场分布、调控聚丙烯电荷输运行为的关键因素。(3)获得了抗氧剂改性聚丙烯的直流与预压反极性击穿场强规律,并基于抗氧剂改性聚丙烯的电荷输运行为,揭示了抗氧剂改性聚丙烯的击穿机理。发现抗氧剂可提升聚丙烯的直流击穿场强,并使聚丙烯在极性反转电压作用下仍保持优异的击穿性能。通过表面静电势和键解离能计算分析认为,抗氧剂局域态与电势阱对电荷输运的抑制作用和酚羟基对自由基的清除作用是提升聚丙烯击穿性能的主要原因。本文揭示了抗氧剂改性聚丙烯绝缘的击穿机理,优选了基于硫代双酚AO736的聚丙烯击穿性能提升方法,旨在为聚丙烯绝缘改性与抗氧剂填料甄选提供参考。

关键词：高压直流电缆聚丙烯绝缘空间电荷击穿场强抗氧剂分子动力学

纳米SiO_(2)/聚丙烯复合材料的电老化寿命评估

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1270-1280页

作者：高俊国张广威刘艳丽鞠惠丞刘力伟刘雄军韩啸哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080 江苏上上电缆集团科学技术研究院溧阳213300

探究新型环保材料聚丙烯(PP)绝缘和其纳米SiO_(2)复合材料的电老化寿命,为后期PP绝缘电缆应用可靠性提供理论支撑。基于电老化寿命公式-反幂定律,通过恒压加速老化试验估算了PP绝缘和SiO_(2)/PP复合材料的寿命模型参数,再采用逐级升压... 详细信息

探究新型环保材料聚丙烯(PP)绝缘和其纳米SiO_(2)复合材料的电老化寿命,为后期PP绝缘电缆应用可靠性提供理论支撑。基于电老化寿命公式-反幂定律,通过恒压加速老化试验估算了PP绝缘和SiO_(2)/PP复合材料的寿命模型参数,再采用逐级升压加速老化试验对寿命指数n的可靠性进行评估。并对SiO_(2)/PP复合材料进行结构表征和性能测试。结果表明,SiO_(2)/PP6的寿命指数n为14.61,相较PP6的12.54提升了16.51%;试验阶段发现在较低老化场强下SiO_(2)的掺杂对PP6的失效时间提升效果明显,预测SiO_(2)/PP6在老化场强25 kV·mm^(-1)以下的长期电老化寿命是PP6的5倍以上。同时,掺杂纳米SiO_(2)使PP绝缘的工频介电损耗因数和损耗峰高度降低。基于电老化空腔理论,提出了SiO_(2)通过消耗热电子能量限制链段断裂,从而提升PP绝缘电老化寿命的观点。

关键词：聚丙烯绝缘电老化寿命纳米SiO_(2) 加速电老化试验复合材料