TiO2纳米变压器油击穿和电导特性的微观模型

变压器油中水分的存在将导致变压器油绝缘性能降低,而变压器油中添加TiO2纳米粒子可以束缚变压器油中的水分,减轻水分对变压器油的不利影响。为此,测试了40×10^-6水分质量分数下变压器油和3种TiO2纳米变压器油的工频击穿电压和电阻率。结果表明,10nm球状纳米变压器油的工频击穿电压提高了111.9%,改性效果最为显著;5nm球状纳米变压器油和5nm棒状纳米变压器油分别提高了100.6%、97.9%。而3种TiO2纳米变压器油的电阻率相比于纯油却要小3个数量级。这并不符合电气绝缘材料电阻率越大,击穿电压也越高的现象。因此,利用MaterialStudio模拟了水分子与3种纳米粒子的结合方式、分布状态,基于液固界面Gouy-Chapman-Stern模型提出了TiO2纳米变压器油中改进Stern双电层微观模型,并指出纳米颗粒表面吸附油中水分子和负电荷形成水膜,减少电子碰撞油中水分子产生贯通气体小桥通道的概率。利用此模型揭示了纳米粒子尺寸与纳米粒子形貌对变压器油击穿和电导特性的影响机理。

直流电压下TiO_(2)纳米改性变压器油中电晕放电特性及机理

电晕放电作为变压器油中局部放电主要形式之一,危害换流变压器的安全运行。纳米改性可以提高变压器油的绝缘性能,但直流电压下电晕放电的改性效果和机理研究不足。为此制备了二氧化钛纳米改性变压器油,采用针板缺陷进行了电晕放电过程中的图像拍摄、脉冲电流及光脉冲的测量,并测量了油中的电荷输运特性。研究发现,负极性直流电压下,纳米变压器油的击穿电压提高了23.8%;电晕放电强度也明显降低:外施电压50 kV时,纳米变压器油中电晕发光面积减小了86.0%,光脉冲和电流脉冲的频率分别减小75.6%和76.3%,幅值分别减小92.8%和78.6%。纳米粒子抑制电晕放电是因为纳米粒子向变压器油中引入更多浅陷阱促使电子从电离区逃脱,同时其极化捕捉作用削弱了电子碰撞电离,抑制了电子崩起始;此外带负电的纳米粒子的形成相当于增加了负离子数量、降低了其迁移率,从而降低了针尖处电场强度。该研究可为直流电压下变压器油电晕放电的抑制方法和纳米粒子的选型提供依据。

硅橡胶中电树枝各阶段形态及局部放电特性研究

电树枝老化是导致硅橡胶电缆附件劣化的首要原因。目前主要通过局部放电检测预防故障,但经常无法及时发现绝缘缺陷,因此有必要研究硅橡胶电树枝形态与局部放电特性之间的联系。本文搭建了硅橡胶电树枝局部放电老化平台,记录并分阶段分析了恒定工频电压下电树枝形态变化过程和局部放电现象。结果表明:硅橡胶中电树枝的发展过程经历了起始期、生长期和滞长期3个阶段,每个阶段的主要形态分别为单枝状、松枝状和丛状;起始期和生长期局部放电信号的相位和图形特征明显;滞长期局部放电信号微弱而难以识别,但绝缘结构已存在隐患。

纳米TiO2改性变压器油中电子迁移特性及机制

电子迁移率是影响变压器油中流注发展及空间电荷分布的关键因素之一,但是其高电场下的测量一直是个难题,现有纳米改性研究中也鲜见纳米粒子影响电子迁移率方面的报道。为此基于Kerr效应电场测量系统搭建了冲击高电场下变压器油中电子迁移率测量平台,测量了不同形状TiO2纳米粒子改性变压器油中的电子迁移率,分析其与纳米粒子表面缺陷态和变压器油的陷阱数密度之间的关系,揭示了纳米粒子对电子迁移率的影响机理。结果表明,文中所提出的方法可有效测量变压器油中电子在冲击高电场下的迁移速率,纳米改性变压器油中所添加的纳米粒子表面缺陷态越多,其浅陷阱数密度越大、电子迁移率越高。分析表明,纳米粒子表面缺陷导致跳跃势垒降低、隧穿概率增大从而引起电子迁移率增大。该方法可用于液体介质电子迁移率的测量,结果可为流注仿真提供关键数据支撑。

绝缘纸宽频介电响应阻容等效模型及纤维极化特性提取

纤维的极化特性是决定绝缘纸介电特性的关键因素之一,但是由于缺乏绝缘纸介电响应的计算模型,纤维在绝缘纸极化过程中的定量作用尚不明了,导致纤维的极化特性研究难以开展。为此提出了一种适用于绝缘纸这种复合材料的宽频介电响应阻容等效模型,并通过试验验证了其准确性。然后通过测量纤维素绝缘纸在25~100℃下的频域介电谱和所建立的模型计算出了纤维的介电特性。最后,利用修正Cole-Cole模型分析了纤维的介电频谱。结果表明,纤维的极化过程中存在3个弛豫过程,其中高频区以羟基转向极化为主,对应的活化能为0.176 eV;低频区源于电极极化,与纤维中自由离子的运动有关。该研究可为复合材料介电响应分析和合成绝缘纸改性提供关键参数和理论指导。

TiO2纳米粒子几何形貌对冲击电压下变压器油中流注发展速度的影响

冲击电压下流注的发展速度是衡量纳米改性变压器油绝缘性能的一个重要指标,也是分析纳米变压器油改性机理的关键参数,但是现有研究中大多聚焦于冲击电压下的击穿电压和击穿时间。为此,搭建了基于纹影法的流注高清拍摄平台,拍摄了不同形状、不同尺寸TiO2纳米粒子改性变压器油在正极性雷电冲击电压下的流注发展过程,分析流注发展速度的变化规律,揭示其与陷阱之间的关系。结果表明,纳米粒子的几何形貌改变可以明显影响纳米变压器油中流注的发展。棒状纳米粒子使得变压器油中流注发展速度更慢,对流注的抑制作用更明显。同时,随着纳米粒子尺寸的减小,纳米变压器油中流注发展速度变慢,从而抑制了流注的发展。分析表明,TiO2纳米粒子几何形貌对陷阱特性的影响是引起流注发展速度变化的根本原因。

介电弛豫过程对基于电声脉冲法的空间电荷测量的影响

空间电荷引发的电场畸变严重威胁电介质的绝缘性能,针对目前空间电荷研究中没有考虑松弛极化过程对电场分布的影响,基于电声脉冲法原理,考虑单一形式松弛极化和空间电荷分布动态变化过程,对介电弛豫影响下的空间电荷进行仿真分析。结果表明:极化达到稳态的时间与空间电荷测量的持续时间可比拟时,松弛极化会阻挡对电极附近电荷运动过程的认知,给测量到的电场分布引入严重误差;极化随时间变化的幅度越大、速度越快,松弛极化所造成的影响就越大。根据电位边界条件建立优化模型,初步提出了一种基于最小二乘法的修正方法来有效消除误差。

聚芳酰胺多孔膜的制备及其介电性能研究

以间苯二胺和间苯二甲酰氯为单体,2-甲基吡啶为缚酸剂,N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,用低温溶液缩聚法合成了间位聚芳酰胺(PMIA);然后以乙醇为非溶剂,用非溶剂致相分离法成功制备了不同孔结构的聚芳酰胺多孔膜.采用核磁及红外等手段对所合成聚芳酰胺的结构进行了表征,考察了聚芳酰胺溶液浓度对多孔膜孔结构及介电性能的影响.结果表明:当聚芳酰胺的浓度为21%,17%和15%时,都可以得到孔结构规整的多孔膜,它们在1 MHz频率的介电常数分别为2.31,2.07和1.89,与聚芳酰胺标准膜的介电常数6.22相比分别降低了63%,67%和70%.

TiO_2纳米粒子粒径对油纸绝缘流注特性的影响

为进一步了解纳米粒子对变压器油纸复合绝缘系统性能改性的影响机理,基于补光曝光法和阴影法,分别拍摄了标准正雷电冲击波下5 nm、10 nm、15 nm的球形TiO_2纳米油浸纸板(NPs)和纯油浸纸板(OPs)正、侧面流注发展过程。试验结果表明,与纯油浸纸板界面流注相比,三种TiO_2纳米粒子均抑制了正流注的发展速度,加快了消散速度;同时纳米粒子的添加使得界面流注分支变多呈现簇状,流注头部更倾于向油中发展,且纳米粒子粒径越小对油纸沿面绝缘性能的改性效果越好。其中,5 nm纳米粒子改性油浸纸板流注发展截止长度较Ops减小了32.6%。这是因为TiO_2纳米粒子的加入引入大量浅陷阱,一方面浅陷阱将吸附流注等离子区高速运动的电子而形成低速运动的负离子,加大了流注头部正负电荷复合的概率;另一方面浅陷阱间形成浅陷阱带,陷阱间距变小,电荷在浅陷阱带中传输,迁移率提高,抑制了空间电荷的积累,纳米粒子比表面积随粒径的减小而增大,浅陷阱量更多,改性效果更显著。