高导热BNNS/ANF复合绝缘纸的结构设计及性能分析

随着电力设备逐渐向高电压、大容量、高集成化方向发展,对其绝缘材料的导热性能提出了更高的要求。本文借鉴天然珍珠母的仿生结构,以耐高温的1维芳纶纳米纤维(ANF)组成骨架网络,以高导热的2维氮化硼纳米片(BNNS)为功能基元,构筑复合绝缘纸。首先,利用柠檬酸锂充当表面活性剂,将六方氮化硼(h–BN)通过超声与水热反应相结合的方法剥离成BNNS,并对其微观形貌及分散特性进行研究;然后,采用浓碱去质子化法剥离Kevlar纤维(AF)制得(ANF);分别以ANF、BNNS为纳米基元,通过真空辅助抽滤技术制备出BNNS/ANF复合绝缘纸,并对其微观形貌结构、导热性能、力学性能、击穿性能进行了分析。结果表明:所剥离制备的薄层BNNS具有高长径比,BNNS与ANF之间均匀堆积形成致密的砖泥结构,这种砖泥结构有助于改善复合绝缘纸的击穿性能和力学性能;当BNNS填充质量分数为20%时,BNNS/ANF复合绝缘纸的标准击穿场强达到313.04 kV/mm,抗拉强度达到216.64 MPa,分别是纯ANF绝缘纸的166.47%和126.38%;此外,BNNS在ANF网络中定向分布形成连续导热的桥联,显著提高了复合绝缘纸的导热性能,当BNNS填充质量分数为30%时,复合绝缘纸的热导率达到5.31 W/(m·K),是纯ANF绝缘纸的211.55%。该复合绝缘纸具有高导热性、良好的力学性能以及优异的电绝缘性,能有效解决设备绝缘散热问题,有望在电气设备中推广应用。

基于形状记忆合金的新型12 kV跌落式熔断器设计

为了解决现有跌落式熔断器存在的维护操作危险问题,利用形状记忆合金(SMA)的温度形变功能,设计了一种新型可重复操作而不需要更换熔丝的12 kV跌落式熔断器。文中以SMA的双程记忆效应为基础,对原有跌落式熔断器的结构进行改进,利用SMA随温度形变的特性改变了现有跌落式熔断器的动作原理,变成由形状记忆合金控制的空气断口负荷开关与跌落式熔断器串联的"组合电器",保留熔丝作为后备保护,提高了跌落式熔断器动作的可靠性。通过试验证明制作出的样品具有良好的机械电气性能,能通过可靠的动作实现其短路或过载保护的功能。本设计提高了跌落式熔断器安全性和便捷性,减少了熔丝损耗,具有广泛的应用前景。

氮化硼晶须/环氧复合电介质的性能提升研究

环氧树脂内部原子的“热胀冷缩”行为及固有的低热导率问题,严重制约环氧树脂在干式直流套管绝缘中的应用。为此,本研究向环氧树脂中引入低热膨胀系数的氮化硼晶须,制备了新型氮化硼晶须/环氧(BNw/EP)复合电介质,并对复合电介质的微观结构、热膨胀系数、导热性能、电气性能、热稳定性、力学性能进行测试分析。结果表明:在20~100℃的温度范围内,氮化硼晶须质量分数为10%的复合电介质的热膨胀系数比纯环氧树脂降低了15%,同时热导率提升至0.28 W/(m·K),高于纯环氧树脂33.33%。此外,其介电常数在10^(2)~10^(6) Hz频段内低于5.28,介质损耗因数低于0.02,且体积电阻率为10^(14)Ω·cm,拉伸强度保持在49.5 MPa左右。本研究证明了在环氧树脂基体中填充氮化硼晶须,可以保证复合电介质的绝缘、介电以及力学性能不受破坏的基础上,有效降低材料热膨胀系数,提高导热性能。