500 kV电力电缆用国产交联聚乙烯绝缘材料性能分析

讨论了新型国产超净XLPE绝缘材料应用于500 kV交流电缆的适用性,首先分析了对应基料与进口基料在分子量以及分子链结构上的异同;然后对比研究了该国产绝缘材料与2种进口绝缘材料的电、热、力学性能,发现3种材料性能相当且均满足应用于500 kV电缆绝缘的要求;最后结合基料的分子链结构特性,认为在基料中引入更多的端基双键以提升交联效率,可能是后续国产绝缘材料提升的方向之一。

高压直流电缆绝缘材料的发展与展望

针对高压直流电缆的发展历史,介绍了高压直流电缆的基本原理、应用现状以及技术瓶颈,指出我国研发高压直流电缆的必要性和紧迫性,并对未来高压直流电缆的发展方向进行了展望。

高压电缆用交联聚乙烯抗焦烧与绝缘特性研究

为实现绝缘料的长时间稳定挤出,通过熔融共混的方法制备了不同抗氧剂含量的交联聚乙烯,研究了不同含量的抗氧剂对交联聚乙烯抗焦烧性能的影响,同时对交联聚乙烯的力学性能、电气强度、介电特性和热性能进行了综合评估。结果表明:随着抗氧剂含量的增加,交联聚乙烯的扭矩逐渐降低,同时交联聚乙烯发生交联的时间缓慢增加,材料的抗焦烧特性得到提升。另外,物料的温度略有降低,保证了材料长时间挤出的稳定性。交联聚乙烯的电导率随着抗氧剂含量增加变化不明显,交流电气强度和介质损耗略有提升,交流电气强度提升了4.5%,介质损耗因数均小于5.0×10^(-4),熔融和结晶特性变化不明显。

高压直流电缆用交联聚乙烯绝缘材料交联特性及机理

高压直流电缆绝缘材料的交联特性直接影响电缆的运行温度和空间电荷特性,因而主要通过凝胶质量分数、流变行为和热延伸测试分别分析了北欧化工(试样1)和陶氏化学(试样2)生产的2种新型高压直流电缆用XLPE材料交联特性的差异,并研究了交联效应对材料空间电荷性能和热力学性能的影响。结果表明:试样2在低交联剂添加量的情况下保证了较高的交联度,耐热性较好。对比2种材料的空间电荷特性,发现试样1两电极附近的同极性注入较明显,而试样2内部的电荷注入较深。在低场强下,试样2内部积累的电荷量较少;而随着场强的增加,试样2内部积累的正电荷量变大,且电荷衰减速率较慢。此外,从XLPE的分子结构和结晶形态对2种材料的交联机理进行了探讨,研究结果为未来如何通过降低交联剂含量开发国产化高压直流电缆XLPE材料提供了新思路。

高压直流电缆用低密度聚乙烯的结构与电气性能分析

低密度聚乙烯的分子结构是影响高压直流电缆电气性能的关键因素。本文选取了进口和国产的高压直流电缆用绝缘料,通过凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振谱从结构上研究聚乙烯基料的分子量分布、碳碳双键含量和支化度;从宏观上分析材料的电气性能和加工流变性能,并探讨聚乙烯的结构特性对其电气和流变性能的影响机制。结果表明:进口绝缘料的分子量分布较窄,端基双键含量高,长链支化度高,在高温下的绝缘性能较好,50℃下的直流击穿场强比国产绝缘料高约36%,且在40 kV/mm直流场作用下其内部未发现异极性空间电荷。聚乙烯分子量分布窄,分子内部晶点(大分子或超大分子等杂质)较少,有助于抑制异极性空间电荷。聚乙烯支化度较高,分子链间缠结点较多,使得材料在高温下的稳定性较好。

纳米粒子对交联聚乙烯直流电缆中绝缘电阻率温度系数的影响

为减少电阻率随温度的变化,采用了加入纳米填料的方法来降低交联聚乙烯绝缘料的电阻率温度系数,通过与传统纯聚乙烯绝缘料的性能对比验证纳米粒子掺杂对性能的影响。在所得电-热性能数据的基础上,模拟仿真采用低电阻率温度系数绝缘料的100 kV直流电缆绝缘层中的场强分布。结果表明:添加纳米粒子降低了交联聚乙烯对温度的敏感性,同时削弱了电缆绝缘层中的电场畸变率,说明纳米粒子对交联聚乙烯的电阻率温度系数有一定的调控作用。

500 kV直流电缆用交联聚乙烯绝缘特性研究

研究了两种新型500 k V直流电缆用交联聚乙烯(XLPE)材料的直流电气强度、空间电荷特性和电导率与温度及场强的关系,并对测试结果进行了对比分析,然后结合材料的微观结晶形态对绝缘性能差异进行了讨论。结果表明:两种材料的直流击穿特性几乎相当,特征电气强度均大于500 k V/mm;两种材料均具有较小的电导率-温度系数,其中2#材料的电导率-温度系数为0.048/℃;30 k V/mm场强下,两种材料中几乎没有发现异极性空间电荷的积聚,1#试样在正负极附近出现同极性电荷注入,而2#试样主要在正极处存在同极性电荷注入。

非交联型聚丙烯基电缆料的制备及性能研究

分别采用两种不同乙烯含量的乙丙共聚物(EPC)与聚丙烯(PP)共混,制备了一系列聚丙烯/乙丙共聚物(PP/EPC)电缆材料。考察了EPC种类及添加量对PP力学性能、热性能、电性能等的影响。结果表明:EPC的引入在保持PP原有优异热性能与电性能的基础上显著改善了PP的韧性,提高EPC添加量和EPC中乙烯含量对PP材料的增韧效果更为明显。

电缆附件用环氧浇注料固化动力学及绝缘特性

通过对国内外典型环氧浇注材料固化反应动力学的分析,计算得到快速固化工艺参数,通过对固化物的Tg的测量,验证了参数制定的有效性。对2种材料在不同温度下,直流击穿特性和电导率与温度、场强的关系特性进行了对比分析。在30、50、70℃下,与1#试样直流击穿场强相比,2#试样的值分别提高了41.9%、22.8%和12.4%,直流击穿分散性随温度升高逐渐减小;材料电导率随温度升高逐渐增大;1#国产试样的性质随温度变化不发生改变,具有较好的稳定性;2种材料电导率随场强的变化存在"拐点",拐点处的场强随温度的升高而减小;当场强低于拐点的值时,电导率无明显变化;当场强高于拐点的值时,随场强升高而逐渐增大,并建立了场强高于拐点值时的电导率与温度和场强的函数关系式。

型式试验对XLPE直流电缆绝缘性能的影响

取交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆主绝缘在径向内、中、外层3处切片,通过差示扫描量热法(DSC)对试样进行等效热历史建模,通过红外光谱(FTIR)、空间电荷、直流电气强度试验分析型式试验后电缆绝缘径向各处化学性能、电气性能的变化。结果表明:型式试验后,电缆主绝缘各层的等效热处理温度均约为70℃,绝缘中层和外层的等效热处理时间差距不大,而内层的等效热处理时间约为中层的581倍;电缆主绝缘各层的直流电气强度和化学性能变化不大;由于各层等效热处理时间不同,绝缘内层的杂质、极性小分子等物质持续不断地从内层扩散到中层,使中层异极性空间电荷显著聚集。

共聚聚丙烯中乙烯含量对材料力学和介电性能的影响

采用Ziegler-Natta催化剂合成了丙烯/乙烯共聚物,通过调节反应单体配比,合成了乙烯含量为2.9%~8.0%(x)的共聚聚丙烯。利用FTIR,^(1)H NMR,DSC,TG等方法表征了共聚物的结构和热性能,采用POM表征了共聚物的结晶形貌,研究了乙烯含量对共聚物材料力学性能和介电性能的影响。实验结果表明,乙烯能够提高共聚物的冲击强度,少量乙烯的引入能够显著提高材料的体积电阻率,但乙烯含量过高会使材料的体积电阻率下降、介电损耗增大。

多层介孔纳米MgO/低密度聚乙烯复合材料的制备及其绝缘性能

塑料高压直流电缆在电力输运中,绝缘层容易发生电子及空穴注入并局部积聚,形成空间电荷包,长期运行容易引发绝缘失效。为此,抑制电子及空穴的注入、积聚,防止空间电荷包的产生是制备塑料高压直流电缆的关键技术。通过制备多层介孔结构纳米MgO,采用低沸点溶剂法,实现了纳米MgO在低密度聚乙烯(LDPE)中的均匀分散。研究了1wt%纳米MgO/LDPE复合材料的空间电荷行为、直流击穿强度、热刺激电流及介电特性。结果表明:添加1wt%纳米MgO的LDPE在70kV/mm电场下有效地抑制了空间电荷积聚,提高了直流击穿强度,降低了介电常数;热刺激电流研究表明纳米MgO形成了新的陷阱,有效捕获了载流子,形成独立电场,避免了局部有效电场,形成新的势垒,抑制了电极载流子的注入,最终抑制了空间电荷积聚。