Dissado-Hill模型在电介质介电响应分析中的应用

电介质介电响应中所蕴含的信息可以被用于探究电介质的内部微观结构以及电荷的运动特性。Debye模型描述的是没有相互作用的偶极子在黏性介质中发生的极化现象,这很难出现在实际的固体电介质中。基于Debye模型的经验修正模型如Cole-Cole模型、Davidson-Cole模型以及Havriliak-Negami模型中的参数没有实际的物理意义,使用经验模型分析介电响应测量结果无法获得电介质内部微观结构和电荷运行特性。由Dissado L A与Hill R M提出的具有明确物理意义、涉及微观粒子之间的相互作用的Dissado-Hill介电响应模型是一个更反映介电响应物理实质的理论模型。该文详细阐述了Dissado-Hill介电响应模型的物理意义及该模型中"簇"的概念;Dissado-Hill模型包含2个子模型:一个是用来描述偶极子主导的弛豫峰型介电响应过程的Dissado-Hill loss peak模型;一个是用来描述载流子主导的低频弥散现象的Dissado-Hill QDC模型。文中讨论了低频弥散介电响应现象与电导现象之间的异同及区分方法。结合Dissado-Hill介电响应模型和等效电路模型分析的方法,对电力系统外绝缘领域常用的高温硫化硅橡胶材料的介电响应测量结果进行了深入的分析,结果发现,高温硫化硅橡胶的介电响应中存在明显的低频弥散现象。

基于化学反应速率理论的绝缘聚合物直流老化演变的仿真研究

直流电场作用下绝缘聚合物老化演变的仿真研究,对促进计算高电压工程学的发展有重要的理论及工程价值。为此使用MATLAB自定义编程,在二维坐标中建立有限差分老化数值模型;用绝缘薄膜的老化寿命数据所拟合的小尺寸结构单元的通用参数,表征大尺寸绝缘样品的材料不均匀性;并基于化学反应速率理论,量化计算绝缘老化过程。通过仿真发现,绝缘聚合物内部的薄弱点率先发生微小劣化,导致局部电场畸变;增强的局部电场进一步加速局部区域的老化进程,引起劣化区域的扩大与延伸;最终当局部场强达到临界值时,绝缘内部发生快速的击穿过程,并形成贯穿上下电极的细丝状导电路径,在靠近极板时由于局部电场分散性而出现分形的失效结构。该研究提出的数值仿真模型可高效、直观地反映绝缘聚合物老化过程中,从随机性局部劣化演变到确定性宏观失效的物理规律,为深入理解绝缘老化失效提供了理论参考和依据。

介电响应分析中温度归一化获得标准曲线的方法、意义及应用

温度是影响电介质介电响应的重要外界因素。将不同温度条件下测量获得的介电响应曲线平移而形成相互重叠的介电响应曲线的方法即温度归一化方法,所获得的重叠的介电响应曲线即为标准曲线(master curve)。为获得正确的标准曲线,需要在双对数坐标中对极化率的实部和虚部同时进行温度归一化平移、并记录平移的移动轨迹(即参考点的移动轨迹)。参考点的移动轨迹即反映了温度对于介电响应的影响。标准曲线可以扩展所测介电响应的频率范围、增加数据点的密集程度,消除试验中的偶然误差,提高试验结果的准确性。标准曲线可以用于判断测量的介电响应是否是由单一的弛豫过程构成、判断电介质的微观结构是否随着温度的变化而变化、获得介电响应的温度特性等。通过温度归一化平移获得重合的标准曲线并非必然结果,在由温度特性不一致的多弛豫过程组成的介电响应中或在电介质微观结构发生变化的温度范围内,是无法获得重合的标准曲线的。该文以测量高电压外绝缘领域常用的高温硫化硅橡胶的介电响应为例,详细说明了温度归一化方法在介电响应分析中的应用。

等效电路模型分析介电响应的方法、意义及应用

等效电路模型是研究电介质介电响应的有效手段，其反映的是实际介电响应与由代表弛豫过程、电导过程的电气单元构成的电路之间的关系。在等效电路模型中所有可能的电气单元种类包括：1）弛豫峰型介电响应单元；2）低频弥散介电响应单元；3）电荷扩散单元；4）频率无关电容单元；5）直流电导单元。需要根据电介质的微观结构的实际物理意义以及实际的测量条件来选择等效电路模型中相应的电气单元以及单元之间的电气连接方式。在计算等效电路模型的具体参数时，需要在拟合中同时考虑复电容的实部和虚部。同一种电介质，测量的条件不同会导致所测量获得的介电响应和相应的等效电路模型也不同。判断等效电路模型是否合理需从物理实际角度和数学拟合角度两个方面进行判断，不能仅仅为了提高等效电路模型对实际介电响应的拟合程度而随意添加没有实际弛豫过程或电导过程对应的电气单元。等效电路模型分析可以对实际电介质介电响应进行定量的表征，这为深入分析外界条件、组分含量等因素对电介质介电响应以及对电介质微观结构的影响提供了分析方法和理论依据。该文以分析电气绝缘领域常见的硅橡胶材料和树脂材料的介电响应为例，详细讨论了分析实际电介质介电响应时构建等效电路模型的方法以及判断所选等效电路模型是否合理的依据。