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中国电机工程学报 2022年第2期42卷 827-834页

作者：何金良孙岗胡军谢竟成黄智文袁之康电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机工程与应用电子技术系) 北京市海淀区100084

控制高压设备内部电场均匀分布是有效防止高压设备绝缘材料老化及故障的关键,zno压敏微球/硅橡胶(SiR)复合材料因其非线性电导和介电特性,常用于高压设备均压结构中。该文制备zno体积分数为5%~40%的zno/SiR复合材料,在0.1Hz~1.0MHz频率... 详细信息

控制高压设备内部电场均匀分布是有效防止高压设备绝缘材料老化及故障的关键,zno压敏微球/硅橡胶(SiR)复合材料因其非线性电导和介电特性,常用于高压设备均压结构中。该文制备zno体积分数为5%~40%的zno/SiR复合材料,在0.1Hz~1.0MHz频率范围以及-40~160℃温度范围内,利用宽频介电谱仪获得不同zno体积分数的zno/SiR复合材料的弛豫过程,可知zno/SiR复合材料中存在β弛豫、内部偶极极化(intermediate dipolar effect,IDE)弛豫和α弛豫3种弛豫形式,分别由硅橡胶基体的粘流态转变、聚合物支链运动以及zno压敏微球引起。通过对IDE弛豫时间对数与温度倒数的线性拟合可知,zno/SiR复合材料IDE弛豫的产生机制为zno压敏微球内部热激活载流子的迁移与积累。研究结果为zno/SiR复合材料的弛豫过程提供了基础数据,并为该复合物在高压设备中的应用提供参考。

关键词： zno压敏微球硅橡胶非线性材料介电弛豫

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电导及介电自适应调控的复合绝缘材料及其应用

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高电压技术 2016年第9期42卷 2902-2908页

作者：胡军杨霄何金良清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统国家重点实验室北京100084

非线性复合绝缘材料有助于解决电力系统绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题。为此介绍了Zn O压敏陶瓷微球及其复合绝缘材料的制备方法,实现了同时具有非线性电导特性和非线性介电特性随外加电场而自适应变化的复合材料。材料的非线性... 详细信息

非线性复合绝缘材料有助于解决电力系统绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题。为此介绍了Zn O压敏陶瓷微球及其复合绝缘材料的制备方法,实现了同时具有非线性电导特性和非线性介电特性随外加电场而自适应变化的复合材料。材料的非线性特性主要由压敏微球填料决定,而对于绝缘材料基体的要求较为宽松;当材料中的压敏微球体积分数超过30%时,复合物具有很好的非线性特性,其电导非线性系数可达到16.9而介电常数也能够比线性区增加5倍以上;材料的压敏电压也能够根据填料体积分数进行一定范围内的调节。采用非线性电导特性和非线性介电特性的复合材料取代传统电缆附件中控制电缆接头电场应力的压控管和应力锥的材料对电场的应力控制效果更好,对于110 k V的交流电缆终端内电场分布的仿真计算表明,在应力锥绝缘部分采用非线性材料能够将关键位置处的场强从采用固定材料时的4.7 k V/mm降低至2.2 k V/mm以下,并且材料的电导率越大、非线性系数越大时,均匀场强的效果越好。

关键词： zno压敏微球非线性复合绝缘材料非线性电导特性非线性介电特性电缆附件

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基于氧化锌的非线性电导材料及其均压应用研究

基于氧化锌的非线性电导材料及其均压应用研究

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作者：张吴欣湖北工业大学

学位级别：硕士

随着电压等级的提高,在输变电系统中绝缘安全问题开始变得突显,不均匀的电场分布一直是威胁许多电气设备安全稳定运行的关键因素,而使用非线性电导材料对改善电气设备不均匀的电场十分有效,但在目前开展的非线性电导材料研究中,所制备... 详细信息

随着电压等级的提高,在输变电系统中绝缘安全问题开始变得突显,不均匀的电场分布一直是威胁许多电气设备安全稳定运行的关键因素,而使用非线性电导材料对改善电气设备不均匀的电场十分有效,但在目前开展的非线性电导材料研究中,所制备的材料存在临界场强较大、电导率增长跨度较小,并且逾渗阈值比较高等问题。因此,本文以具有非线性伏安特性的zno压敏微球和四针状独特结构的T-znow作为填料,对目前广泛使用的硅橡胶绝缘基体进行改性,分别制备了不同体积分数的zno压敏微球/硅橡胶复合材料、T-znow/硅橡胶复合材料。首先对复合材料的非线性电导特性进行了分析,经过研究发现:添加一定量的zno压敏微球、T-znow均能有效改善硅橡胶材料的电学性能,zno压敏微球/硅橡胶复合材料、T-znow/硅橡胶复合材料出现非线性电导特性的逾渗阈值分别为30vol%、5vol%,随着填料体积分数的增长,当达到或超过逾渗阈值时,复合材料的电导率随着场强的增长而变化,在达到临界场强后产生突变,电导率数值能够迅速增长6～7个数量级。随后对复合材料进行了XRD物相、SEM微观形貌、拉伸强度等分析,研究发现:将一定量的zno压敏微球、T-znow填充到硅橡胶基体中,能够显著改善其力学性能,但过多的zno压敏微球反而会造成硅橡胶基体力学性能的劣化,在力学增强方面,T-znow对硅橡胶基体的改善效果要好于zno压敏微球。在此基础上,对复合材料的微观导电机理及导电模型进行了分析,研究发现:复合材料的微观导电机理与逾渗理论、隧穿导电理论、场发射电子理论、针尖放电理论有关,是多种导电机理共同作用的结果。最后基于COMSOL Multiphysics有限元软件,对非线性电导材料改善110kV无间隙氧化锌避雷器(MOA)的不均匀电场进行了仿真研究。结果表明:使用非线性电导材料局部替换了避雷器端部的硅橡胶材料之后,沿整体爬电距离处的最大电场强度从1.38MV/m降低至0.71MV/m,最大降幅达到48.5%,使用非线性电导材料能够有效改善避雷器不均匀的电场分布,显著降低其端部的最大场强。

关键词：非线性电导 zno压敏微球 T-znow 导电机理避雷器

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