等离子体氟化纳米SiO_(2)对高温受潮状态下环氧树脂表面绝缘性能的影响研究

随着电网容量和电压等级的提升,环氧复合绝缘材料的绝缘性能对电气设备的安全稳定运行至关重要,长期的高温高湿状态会导致材料的绝缘性能严重下降。本文基于介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)的等离子体技术对纳米SiO_(2)进行氟化改性(F-SiO_(2)),成功将含氟基团接枝在纳米SiO_(2)表面,并通过湿热老化实验模拟高温受潮状态,对不同老化阶段的试样进行沿面闪络、电荷消散特性和陷阱分布特性测试。探究了掺杂F-SiO_(2)对环氧复合材料耐湿热老化性能的影响,并结合MD仿真模拟从分子尺度揭示了F-SiO_(2)对水分侵入的抑制机理。实验结果表明:掺杂F-SiO_(2)使环氧复合材料的饱和吸湿量降低了16.16%,沿面闪络电压提升了13.06%,且在湿热老化后能继续保持较高的绝缘性能。仿真结果表明:F-SiO_(2)可以降低环氧树脂的自由体积分数和水分子的均方位移,增强了环氧复合材料对水分的阻隔作用。等离子体技术可以将氟元素接枝到纳米SiO_(2)表面,有效抑制水分的侵入,提升环氧复合材料在受潮状态下的表面绝缘性能。

ZnO形貌及粒径对EP复合材料表面电荷传输及沿面闪络性能的影响

无机填料的形貌及粒径是影响环氧树脂(EP)复合材料沿面耐压性能的关键因素。本研究采用ZnO纳米纤维和不同粒径的颗粒状ZnO掺杂改性环氧树脂制备EP复合材料,并对复合材料进行了直流沿面闪络性能与电荷消散速率测试。结果表明:ZnO填料掺杂能有效提升EP复合材料的闪络电压,其中纤维状ZnO填料的提升效果要明显优于颗粒状ZnO填料,颗粒状ZnO/EP复合材料的闪络电压随填料粒径的减小呈现上升趋势。当ZnO纳米纤维的质量分数为15%时,EP复合材料的闪络电压相比纯EP提高了27.1%。构建了有限元仿真模型,计算结果表明纤维状ZnO使得EP内部电场非均匀系数提升,提高了复合材料的电流密度。

交直流切换下环氧树脂表面电场分布特性的仿真研究

高压气体绝缘封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)用盆式绝缘子通常采用环氧树脂浇注而成,在直流电压下易积聚表面电荷,进而诱发沿面闪络。为了研究直流电压作用后切换交流电压情况下的环氧树脂界面电气性能,通过Comsol有限元软件构建了环氧树脂仿真模型,分别对直流电压、交直流电场切换瞬态下的表面电荷积聚和表面电场分布情况进行了仿真计算;通过仿真对比分析了表面电导率、交流电压初始相位对交直流电压切换时刻环氧树脂界面特性的影响。该研究成果可为GIS优化设计提供参考。

氟化改性石墨烯纳米片对环氧树脂复合材料沿面耐压性能的影响

环氧树脂(epoxy resin,EP)的氟化纳米改性是提升复合绝缘材料沿面耐压性能的重要手段。该文对石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GNPs)分别进行等离子体氟化、化学氟化与等离子体–化学协同氟化3种不同形式的改性处理,探究不同氟化方式对含氟界面层的影响,并揭示其对EP复合材料直流沿面耐压性能的提升机理。结果表明:3种氟化石墨烯纳米片均对EP复合材料沿面闪络电压有提升效果。进一步对EP复合材料表面电荷消散情况及陷阱分布特性进行分析,发现不同接枝形式的GNPs对EP复合材料沿面耐压性能的提升机制存在差异。填料GNPs与EP基体间有效键合作用的形成,可以促进电荷沿GNPs的输运,从而影响EP复合材料的沿面耐压性能。

纳米SiO_(2)改性玻璃纤维增强树脂的耐湿热老化性能

高压电气设备中广泛使用的玻璃纤维增强树脂(GFRP)材料易在长期运行条件下受到湿热环境侵蚀导致绝缘劣化,影响电力系统的安全稳定运行。本文使用纳米SiO_(2)改性玻璃纤维,随后浸润环氧树脂制备了GFRP复合材料,并对其进行加速湿热老化处理,通过实验测试与仿真分析不同浓度纳米SiO_(2)对GFRP内部水分侵入和抗老化特性的影响。结果表明:当SiO_(2)质量分数为9.4%时,GFRP复合材料对水分侵入的抑制效果最好;同时SiO_(2)的加入可以使GFRP复合材料在老化前后都保持较高的表面绝缘性能。此外,结合仿真计算结果从分子尺度揭示了SiO_(2)对GFRP复合材料水分侵入的抑制作用及抗湿热老化特性的影响机制。