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聚合物绝缘材料多因子老化的研究现状与发展

电网技术 2020年第4期44卷 1276-1289页

作者：胡一卓董明谢佳成何文林汪可李金忠电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 国网浙江电力科学研究院浙江省杭州市310006 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

聚合物绝缘材料在电、热、机械等多种应力作用下会发生老化而导致绝缘性能下降,研究聚合物绝缘材料在多应力因子老化的理论及试验方法,对于预测剩余寿命和指导绝缘设计具有重要意义。首先对多因子老化的唯象和物理寿命模型进行了梳理和... 详细信息

聚合物绝缘材料在电、热、机械等多种应力作用下会发生老化而导致绝缘性能下降,研究聚合物绝缘材料在多应力因子老化的理论及试验方法,对于预测剩余寿命和指导绝缘设计具有重要意义。首先对多因子老化的唯象和物理寿命模型进行了梳理和对比,其次对多因子老化的试验方法进行了总结;然后简单讨论了协同效应在多因子老化中的作用;最后对聚合物材料多因子老化研究的发展趋势进行了讨论分析。寿命模型的对比表明,基于化学反应速率理论的电-热寿命模型适用于较低电场下,热应力为主的老化情况,基于失效概率理论的电-热寿命模型适用于较高电场下,电应力为主的老化情况;相比于唯像模型,物理模型考虑了材料的微观结构特性和具体老化机制,在预测剩余寿命和指导绝缘设计方面具有优势。以后的多因子老化研究中,应重点研究不同应力间的协同效应,及其引起的新的老化机制,将材料老化过程中宏观性能的变化和微观结构和物理机制联系起来,建立物理意义明确的寿命模型。

关键词：聚合物绝缘材料多因子老化寿命模型试验方法协同效应

聚合物绝缘材料直流闪络特性及表面形貌实验研究

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高压电器 2017年第8期53卷 67-72页

作者：黄河谢庆王兵王川刘熊律方成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

研究绝缘材料沿面闪络特性及闪络过程中材料表面形貌的变化,可以为提高绝缘材料沿面耐压性能及材料表面改性处理提供参考。文中采用正极性直流电压源,对大气环境下聚四氟乙烯(PTFE)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的沿面闪络特性及闪络前后表... 详细信息

研究绝缘材料沿面闪络特性及闪络过程中材料表面形貌的变化,可以为提高绝缘材料沿面耐压性能及材料表面改性处理提供参考。文中采用正极性直流电压源,对大气环境下聚四氟乙烯(PTFE)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的沿面闪络特性及闪络前后表面形貌进行了实验研究。结果表明:绝缘材料直流闪络电压近似服从韦伯分布,可借助韦伯分布统计方法求出任意概率下的闪络电压。采用三维显微镜及原子力显微镜观测了闪络前后材料的表面形貌,发现材料表面的放电痕迹均在阴极附近更为严重,并且闪络后材料表面出现连续状沟壑,表面起伏变大、粗糙度变大。文中分析表明,绝缘材料的沿面闪络电压受电场畸变程度及材料表面形貌特性的影响,可为提高聚合物绝缘材料的沿面耐压性能提供一定的参考。

关键词：直流闪络聚合物绝缘材料沿面闪络特性表面形貌

宽温区聚合物绝缘材料电导特性测试系统的研制

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宽温区聚合物绝缘材料电导特性测试系统的研制

作者：邵洪瑞哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

“全球能源互联网”和“一带一路”的构建正在不断深化推进中,电力电缆作为电能传输的关键部件,需要面对高热、高寒的复杂环境,对绝缘材料的介电性能提出了更高的要求。本文研制了一套宽温区聚合物绝缘材料电导特性测试系统,由真空系统... 详细信息

“全球能源互联网”和“一带一路”的构建正在不断深化推进中,电力电缆作为电能传输的关键部件,需要面对高热、高寒的复杂环境,对绝缘材料的介电性能提出了更高的要求。本文研制了一套宽温区聚合物绝缘材料电导特性测试系统,由真空系统、温度控制系统、电极系统以及数据采集系统构成,其主要功能是实现聚合物绝缘材料的宽温区电导电流测试和电导电流温度谱测试,并拓展热刺激电流测试的功能,为探究聚合物绝缘材料在宽温区的电导机理和陷阱机制提供条件。真空系统由真空腔、机械泵、分子泵和真空计等部分构成,设计液氮腔、真空波纹管、卡套接头以及各种法兰接口,选配合适的机械泵、分子泵和真空计,真空腔的极限真空度可达10Pa。温度控制系统由温度控制器、加热棒、加热棒电源、制冷平台、温度传感器和固态继电器等部分构成,实现-80℃至150℃的恒温控制和线性升温两种功能。为上电极和下电极分别设计不同的结构,以实现其不同的测试功能。在计算机中设计温度控制程序、电流数据采集程序和电压控制程序,计算机通过RS-232或RS-485接口与温度控制器、静电计和高压直流电压源连接形成通讯串口,实现自动化测试。对真空系统的性能、温度控制系统的性能和系统的噪声进行校验和调试,并提出数据处理的方法。针对本文构建的测试系统,提出宽温区电导电流、电导电流温度谱和热刺激电流的测试方法,并对低密度聚乙烯试样进行测试,结果表明:测试系统在10Pa的真空腔中使用二电极系统能够稳定准确地进行电导电流测试;通过测试试样在80℃、30℃和-50℃温度下的电导电流,并拟合空间电荷限制电流模型,验证了测试系统能够稳定准确地进行宽温区电导电流测试;通过测试试样在外施场强分别为5 k V/mm和10 k V/mm的电导电流温度谱,计算出其跳跃电导活化能约为0.6 e V,验证了测试系统能够稳定准确地进行电导电流温度谱测试;通过测试试样的热刺激电流,计算出其陷阱深度为0.64 e V,验证了测试系统能够稳定准确地进行热刺激电流测试。

关键词：聚合物绝缘材料宽温区电导电流热刺激电流测试系统

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聚合物绝缘材料的研究与应用

中国科技成果 2006年第22期7卷 31-33页

作者：黄文超李建华中师范大学附一中湖北武汉450070 武汉理工大学湖北武汉430070

聚合物是优良的绝缘体，除了个别的分子结构中为共扼双键的塑料外，现已商品化的热固性塑料、通用工程塑料，特种工程塑料及其改性品种和复合材料等，均可作为绝缘材料使用，其应用范围主要有：①工业电机电器工程领域；②电子工程领域... 详细信息

聚合物是优良的绝缘体，除了个别的分子结构中为共扼双键的塑料外，现已商品化的热固性塑料、通用工程塑料，特种工程塑料及其改性品种和复合材料等，均可作为绝缘材料使用，其应用范围主要有：①工业电机电器工程领域；②电子工程领域；③家用电路领域；④通讯工程领域等。

关键词：聚合物绝缘材料应用热固性塑料通用工程塑料特种工程塑料工程领域分子结构复合材料

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聚合物绝缘材料的漏电起痕性

绝缘材料 2005年第3期38卷 48-51页

作者：俞赞琪俞翔霄西安航空高等技术专科学校陕西西安710077 西安西电电工材料有限责任公司陕西西安710082

叙述了聚合物绝缘材料漏电起痕的形成机理,聚合物绝缘材料的结构对漏电起痕的影响进行了分析,含有共轭双键,苯核,杂环的聚合物绝缘材料耐漏电起痕差。对国内常用聚合物绝缘材料耐漏电起痕性能作了评价,为了提高耐漏电起痕性,除了使用不... 详细信息

叙述了聚合物绝缘材料漏电起痕的形成机理,聚合物绝缘材料的结构对漏电起痕的影响进行了分析,含有共轭双键,苯核,杂环的聚合物绝缘材料耐漏电起痕差。对国内常用聚合物绝缘材料耐漏电起痕性能作了评价,为了提高耐漏电起痕性,除了使用不含或少含共轭双键结构的聚合物外,可加入适量的氢氧化铝。

关键词：聚合物绝缘材料漏电起痕性提高方法

户外高压用聚合物绝缘材料的性能评定试验方法浅析

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电气制造 2007年第10期 82-85页

作者：罗传勇桂林电器科学研究所

1引言户外用聚合物绝缘材料凭借其电气性能优良，重量较轻，易加工成型和成本较低等特点应用越来越广泛，如户外用高压合成绝缘子、电缆户外终端、户外用高压隔离开关、户外用高压套管及真空断路器等用绝缘材料。随着电力系统趋向高电... 详细信息

1引言户外用聚合物绝缘材料凭借其电气性能优良，重量较轻，易加工成型和成本较低等特点应用越来越广泛，如户外用高压合成绝缘子、电缆户外终端、户外用高压隔离开关、户外用高压套管及真空断路器等用绝缘材料。随着电力系统趋向高电压、特高电压发展，输配电设备趋向轻型小型化，运行环境十分严酷，绝缘材料的性能对户外输配电设备的可靠性和使用寿命具有决定性的影响。因此熟悉户外高压用聚合物绝缘材料的主要性能特点，掌握其性能测试评定方法是十分重要的。

关键词：聚合物绝缘材料高压隔离开关性能评定户外试验方法输配电设备特高电压合成绝缘子

上海交通大学在导热绝缘聚合物材料研究领域取得重要进展

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绝缘材料 2017年第1期50卷 84-84页

12月19日，上海交通大学江平开教授团队在国际著名材料期刊《先进功能材料（AdvancedFunctionalMaterials）》上发表文章《Cellulose Nanofiber Supported 3D Inter- connected BN Nanosheets for Epoxy Nanoeomposites with Ultrahigh Thermal Management Capability》，报道了该团队利用超薄氮化硼纳米片（BNNS）构筑三维导热气凝胶结构的方法，成功在低填充下实现聚合物绝缘材料导热系数的高效增强的成果。

关键词：上海交通大学聚合物材料热绝缘聚合物绝缘材料功能材料凝胶结构导热系数纳米片

多重响应微胶囊的构筑方法及其对电/水树枝损伤的修复特性研究

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多重响应微胶囊的构筑方法及其对电/水树枝损伤的修复特性研究

作者：刘丰萁重庆大学

学位级别：硕士

环氧树脂(EP)、聚丙烯、聚乙烯等聚合物材料作为电气装备与电子器件的核心绝缘材料,广泛应用于电气、电子、军工、航空等领域。然而,在长期服役过程中,其不可避免地承受机械应力、强电场、极端湿度、温度以及化学腐蚀的作用,导致局部裂... 详细信息

环氧树脂(EP)、聚丙烯、聚乙烯等聚合物材料作为电气装备与电子器件的核心绝缘材料,广泛应用于电气、电子、军工、航空等领域。然而,在长期服役过程中,其不可避免地承受机械应力、强电场、极端湿度、温度以及化学腐蚀的作用,导致局部裂纹、电树枝和水树枝损伤,引起绝缘材料的电气和机械性能大幅下降,甚至诱发电子设备和电气设备提前失效。自修复技术是实现损伤抑制和修复的有效途径,但受制于修复范围有限、修复效率低下和易引起基体性能下降等因素,其在绝缘材料领域的应用仍面临诸多挑战。本文以紫外光-水-磁场三重响应微胶囊自修复系统为基础,利用靶向迁移技术构筑紫外光-水-磁场三重响应微胶囊/环氧树脂复合绝缘材料。自修复系统在易损伤部位形成了梯度分布的微胶囊区域,实现了复合材料对机械裂痕、电树枝损伤和水树枝损伤的靶向自修复。本文的主要工作如下:(1)构筑了具有靶向移动功能的FeO@Si O纳米颗粒和自修复微胶囊并分析了其理化性能。通过溶剂热法与界面聚合法制备磁性纳米颗粒和紫外光-水-磁场三重响应自修复微胶囊,合成了包含FeO@Si O纳米颗粒和Ti O@Si O纳米颗粒的聚氨酯壳层。试验获得了磁性纳米颗粒的微观特性、物性参数、热学特性与紫外光屏蔽特性。结果表明:所制备的FeO@Si O纳米颗粒分散性良好,具有优良的磁化性能和较高的体积电阻率;所制备的微胶囊平均粒径为87.6μm,粒径呈现正态分布,芯材含量高达80%,且具有较高的热稳定性和优良的紫外屏蔽性能,满足制备长期稳定的靶向自修复复合绝缘材料的需要。(2)制备了紫外光-水-磁场三重响应自修复微胶囊/环氧树脂复合绝缘材料并试验获得了复合材料的本征性能。通过高温固化法制备了复合绝缘材料,测试了其介电特性、交流击穿特性和力学性能,并分析了微胶囊掺杂对材料电气与力学性能的影响规律与机制。探究了互穿聚合物网络结构对复合材料的本征性能的正协同作用。结果表明,当掺杂浓度小于2.5 wt%时,复合材料介电特性良好,在50 Hz测量频率下,相对介电常数小于4.5;微胶囊修复体系的引入,一定程度上提升了复合材料绝缘性能与力学性能。本征性能在掺杂浓度为2.5 wt%时达到最高点,此时材料的交流击穿场强与拉伸强度相较纯环氧树脂材料分别提升7%和40%。(3)表征了自修复复合绝缘材料对机械损伤和内部电损伤的修复效果并探究了自修复微胶囊对紫外光-水-磁场三重激励的响应机制。搭建了机械损伤自修复试验平台和电树枝/水树枝损伤自修复试验平台,研究了电树枝与水树枝的发展规律,并对机械裂痕、电树枝损伤和水树枝损伤的修复效果进行表征,进一步分析了紫外光触发自修复和水分触发自修复的理化机制。结果表明,通过磁控靶向引导可驱动紫外光-水-磁场三重响应自修复微胶囊在基体易损伤部位呈靶向梯度分布,从而显著提高易损伤区域微胶囊的浓度和修复效率。复合材料可以在紫外光和水分两种触发方式下实现修复剂的固化以及对三种损伤的高效率无接触自修复(修复效率大于90%)。同时,微胶囊的引入对环氧基材电树枝和水树枝起始电压无明显影响,损伤修复后复合材料绝缘强度恢复到未损伤时的97.1%。

关键词：自修复微胶囊靶向迁移技术聚合物绝缘材料电树枝损伤水树枝损伤

高压强下聚合物材料的电导特性与压激电流测试

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高压强下聚合物材料的电导特性与压激电流测试

作者：石家安哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着“双碳”目标的提出,新能源发电日益受到重视。目前海上风电及光伏发电潜能巨大,同时也对海底高压直流输电电缆提出了更严格的要求。聚合物作为电缆绝缘的主要材料,由于杂质或添加剂等原因,其内部会形成载流子陷阱导致空间电荷的累... 详细信息

随着“双碳”目标的提出,新能源发电日益受到重视。目前海上风电及光伏发电潜能巨大,同时也对海底高压直流输电电缆提出了更严格的要求。聚合物作为电缆绝缘的主要材料,由于杂质或添加剂等原因,其内部会形成载流子陷阱导致空间电荷的累积从而加速电缆绝缘层的电老化,使得电缆使用寿命缩短,为了更好的研究绝缘材料的电学性能,对聚合物材料的陷阱参数进行测量尤为重要。目前采用热刺激电流法（TSC）对聚合物材料陷阱特征进行测量是主流的测试方式,其通过控制温度变化得出热刺激电流谱从而对陷阱能级进行计算。参照TSC法,本文以压力作为控制变量,提出一种新型测量聚合物材料陷阱特征的方法—压力刺激电流法（PSC）,设计一套液压控制系统对聚合物施加10-600MPa的压强,并通过压机实验验证了液压系统的可靠性及准确性。本文设计一套可以进行高压强下电学性能测试用的样品室,并对实验测试原理及步骤进行了阐述。对尼龙6及线性低密度聚乙烯（LLDPE）进行电阻率测试,结果表明将样品室烘干后测得数量级更符合理论值,从而证明测试系统在进行电学性能测试具有准确性。通过对不同压强下电阻率测试结果进行分析,得出电阻率随压强增大而增大。聚合物的电导行为分为离子电导和电子电导,压强增大,离子电导行为减弱而电子电导行为增强,电阻率测试说明,在低场强下,尼龙6及LLDPE以离子电导为主。通过力学性能测试以研究玻璃化转变压强点的变化,应力应变实验需要更大的压强,因此设计一套小直径的力学性能测试用样品室,最大压强可达2.4GPa。对LLDPE和共聚聚丙烯（PPR）应力-应变曲线进行分析,得出玻璃化压强点随着温度的上升而增加,这是由于温度越高,分子链段越活跃需要更高的压强才能限制其运动。对比同等温度下两种材料玻璃化转变压强发现LLDPE的玻璃化转变压强更大,原因是LLDPE的链柔性要优于PPR。采用聚合物高压测试装置对尼龙6进行了压激电流的测试,通过不同极化方式的比较验证了实验装置的可靠性。采用构建的物理模型对尼龙6的分子活化体积和活化能进行了定量的计算,计算结果与理论值相符,验证了压激电流测试的准确性。对LLDPE和聚酰亚胺（PI）进行测试,通过压激电流谱计算得到LLDPE的分子活化体积为5.9×10m,分子活化焓为0.078e V,PI的压激电流谱表明其存在两种不同能级的陷阱,其中浅陷阱能级为0.038e V,深陷阱能级为0.094e V,通过对不同材料的陷阱能级计算结果,为后续的分析提供了数据支持。

关键词：聚合物绝缘材料电导特性压激电流分子活化焓