中高压半导电屏蔽电缆料的性能研究

采用热重分析仪、差示扫描量热仪、核磁共振波谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、电线电缆半导电橡塑电阻测试仪和熔体流动速率仪等对中高压半导电屏蔽电缆料的基础树脂组成、聚合物分子链结构和电性能等进行剖析。结果表明:进口料和国产料虽然含有大量的炭黑填料,仍具有良好的加工流动性,且在23,90℃下的体积电阻率均较低。

高压电缆半导电屏蔽材料双逾渗网络对电阻率稳定性的影响

半导电屏蔽材料是制造高压电缆的关键组分,但仍存在电阻率高及其稳定性差难题。基于此,该文提出构筑双逾渗网络结构思路,选择乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(ethylene-butyl acrylate copolymer,EBA)和低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)作为基体、导电炭黑(conductive carbon black,CB)作为导电填料制备半导电屏蔽材料,系统研究半导电屏蔽材料结构演变规律,评价半导电屏蔽材料结晶行为、电学性能、力学性能、表面光洁度等关键性能。实验结果表明:EBA与LDPE质量比为6:4时,半导电屏蔽材料内部形成双逾渗导电网络结构,相比于常规分布结构,其23和90℃的体积电阻率分别降低46.7%和74.4%,对应的正温度系数(positive temperature coefficient,PTC)降低52.1%,表明具有良好的电阻率稳定性。此外,该半导电屏蔽材料还具有优异的力学性能和表面光洁度。该结果可为高压电缆半导电屏蔽材料开发提供一定理论基础与数据支撑。

加工助剂对高压电缆半导电屏蔽料性能影响研究

高压电缆半导电屏蔽料主要由基体树脂、导电炭黑和加工助剂通过熔融混合加工而成。其中,加工助剂是影响高压电缆半导电屏蔽料品质的重要因素,然而加工助剂对高压电缆半导电屏蔽料性能的影响鲜有报道。该文采用熔融共混法制备导电炭黑(CB)/乙烯–丙烯酸丁酯共聚物(EBA)半导电屏蔽料,系统研究导电炭黑用量、分散剂类型与含量、交联剂类型与用量对半导电屏蔽料结构与性能的影响。采用扫描电子扫描显微镜和光学显微镜观察CB/EBA半导电屏蔽料内部微观结构和表面光洁度,通过电阻率测试仪和电子万能试验机评价CB/EBA半导电屏蔽料电性能和力学性能。实验结果表明:在导电炭黑质量分数为30%、分散剂N.N’-乙撑双硬脂酰胺为2.0%及交联剂双叔丁基过氧异丙基苯在1.0%时达到最优性能,半导电屏蔽料23℃和90℃电阻率为13.6Ω·cm和307.9Ω·cm,拉伸强度和断裂伸长率分别为18.5MPa和241.5%,且试样表面没有直径大于50μm的突起点,能够满足高压电缆屏的应用要求。此外,对比分析发现,我国自主研制的高压电缆半导电屏蔽料与国外同类产品拥有同等性能水平。该文工作为高压电缆半导电屏蔽料国产化提供了理论依据和数据支撑,对推动高压电缆半导电屏蔽料自主可控生产具有重要意义。

高压电缆半导电屏蔽料研究进展及关键技术分析

作为高压电缆重要组成部分,半导电屏蔽层对高压电缆的运行稳定性和使用寿命具有至关重要作用。然而,我国高压电缆半导电屏蔽严重依赖进口,极大程度限制了我国高压电缆自主化生产。基于此,本文介绍了高压电缆半导电屏蔽料国内外发展现状,分析了高压电缆半导电屏蔽料材料组分(基体树脂、导电炭黑和加工助剂)的作用及关键评价指标,重点讨论了高压电缆半导电屏蔽料生产制造存在的技术瓶颈:导电炭黑分散性、电阻率及其稳定性和表面光洁度。最后,对高压电缆半导电屏蔽料的发展方向进行了展望。本文全面系统地综述了高压电缆半导电屏蔽料的研究进展,有望为高压电缆半导电屏蔽料国产化设计与开发提供理论指导。

半导电屏蔽材料对高压XLPE电缆绝缘电气性能的影响

为研究半导电屏蔽材料对高压XLPE电缆绝缘中电荷输运行为的影响,本研究选用国内外3种不同型号的半导电屏蔽材料配合同一XLPE绝缘,模拟实际电缆结构试制了屏蔽-绝缘-屏蔽的三明治结构试样,并对其进行高场强电导测试以及空间电荷测量。结果表明:屏蔽层的引入使绝缘内部的电导方式发生了改变。相较于纯XLPE绝缘试样,含屏蔽层配合的绝缘试样电荷注入明显增加,其中进口屏蔽料配合的试样绝缘-屏蔽界面对电荷注入的抑制能力较强,电荷注入程度较弱。电荷注入会对空间电荷在绝缘内部的积聚程度产生影响,其中,含国产屏蔽料配合的试样的空间电荷积聚较为严重,含进口屏蔽料配合的试样空间电荷积聚程度较轻。此外,空间电荷测量还需要注意因试样结构的特殊性带来的阻抗不匹配问题。

EVA/CB-MWNTs半导电屏蔽材料的制备与电性能研究

采用熔融共混及热压交联的方法制备了乙烯醋酸乙烯酯(EVA)/碳黑(CB)-多壁碳纳米管(MWNTs)新型半导电屏蔽复合材料。研究了不同MWNTs含量对半导电屏蔽复合材料电性能及力学性能的影响。结果表明:MWNTs的引入使复合材料变温下的电阻率稳定性提高,且MWNTs含量越大,效果越明显;MWNTs的引入使复合材料的断裂伸长率和拉伸强度上升,随着MWNTs用量的增加,力学性能增强效果下降;MWNTs的引入使复合材料在拉伸时的电阻上升,且MWNTs用量越大,电阻上升幅度越明显。

高压电缆半导电屏蔽材料研究进展与展望

半导电屏蔽层是高压交直流电缆的重要组成部分,起到消除电缆绝缘与导体/金属屏蔽界面缺陷、均匀电场的作用。本文阐述了半导电屏蔽复合材料的导电机理及正、负温度电阻系数(PTC/NTC)效应;分析半导电屏蔽层表面光滑度的影响因素,提出基于白光干涉三维表面轮廓扫描的表面光滑度精确评估方法;综述了聚合物基体和导电填料对半导电屏蔽复合材料体积电阻率及PTC效应的影响,表明高长径比填料与炭黑复配填充可有效改善其高温下的半导电特性。针对高压直流电缆,分析半导电屏蔽层界面能带结构对空间电荷注入和积聚的影响机理。最后,剖析现有国产半导电屏蔽材料的局限性,展望了热塑性环保型高压直流电缆用半导电屏蔽复合材料的发展方向。

电缆用半导电屏蔽料开发进展

本文概述了半导电屏蔽料的作用，分类及技术规范，分析了半导电屏蔽料存在的技术问题及其组成与性能的关系，综述了国内外半导电屏蔽料的开发进展。

热塑性EVA半导电屏蔽料的研制

研究了基体树脂、导电材料、润滑剂、抗氧剂对热塑性乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)半导电屏蔽料性能的影响,确立了EVA半导电屏蔽料配方:EVA100份,导电炭黑55份,润滑剂8.5份,抗氧剂0.80份。对产物性能的表征表明,该半导电屏蔽料20℃时的体积电阻率为48.3Ω·cm,拉伸强度为14.2MPa。

固体绝缘环网柜表面导电屏蔽接地涂层制备及性能研究

以纳米石墨薄片(NanoG)对环氧树脂(EP)进行改性,制得NanoG-EP导电屏蔽接地涂层。通过测试体积电阻率、表面电阻,并利用扫描电镜分析了涂层的导电性能和分散性能。研究表明:当m(NanoG):m(EP)=7.5%,纳米石墨薄片采用偶联剂预处理时,纳米石墨薄片均匀分散于环氧树脂中,涂层体积电阻率为1.68Ω·cm,达到固体绝缘环网柜表面导电屏蔽接地层使用要求。

中高压电力电缆半导电屏蔽电阻率特性分析

本文分析了GB/T12706.2～3-2002及GB/T1107.1～2-2002额定电压6～30kV及35kV和110kV挤包绝缘电力电缆及交联聚乙烯绝缘电力电缆标准中提出的半导电屏蔽电阻率技术指标规定的理论依据,探讨上述标准中指出老化前、后导体半导电屏蔽电阻率均不超过103Ω·m,绝缘半导电屏蔽电阻率均不超过5×102Ω·m规定值对电缆运行特性的影响。

关于电缆半导电屏蔽层电阻率试验的研究

对国内外不同的电缆屏蔽料生产的电缆内外半导电屏蔽层的电阻率(或电阻)进行了实验研究,实验结果表明:电缆屏蔽层的电阻率与测量时间、测试温度均存在相关性。由此分析认为,IEC 60840和IEC 60502,以及国家标准GB/T 12706—2002中关于半导电屏蔽层电阻率的测试方法,存在测试条件规定不明确的问题,并提出了执行该标准的具体建议。

涂覆法制备导电屏蔽涤纶水刺法非织造布工艺初探

采用石墨粉作导电填料、水性聚丙烯酸酯作粘合剂自制一种导电涂料,利用涂覆法制备导电屏蔽涤纶水刺法非织造布。讨论了石墨粉质量分数、固化温度、固化时间对涤纶水刺法非织造布导电屏蔽效果的影响,通过表面电阻和屏蔽效能SE测试结果比较选取最佳工艺。结果表明:石墨粉质量分数为35%、固化温度为120℃并固化20min时具有较好的导电屏蔽效果。

高压电缆半导电屏蔽料关键问题及研究进展

半导电屏蔽层作为高压电缆的重要组成部分,在电缆结构中起到均匀电场的作用。目前,我国高压电缆制造技术快速发展,然而高电压等级电缆料严重依赖进口,存在较多的技术壁垒。该文从高压电缆屏蔽料发展历程及关键问题、屏蔽料组成及关键性能参数、屏蔽料性能提升及改性3个方面综述了高压电缆屏蔽料的研究进展。首先,梳理高压电缆半导电屏蔽料发展历程,提炼当前屏蔽料面临的主要技术瓶颈和关键问题;其次,探讨屏蔽料导电和导热机理,从基体树脂、导电填充物和添加剂3个方面分析屏蔽料组成及性能,分析不同电压等级屏蔽料关键性能参数与技术要求;最后,探讨半导电屏蔽层配方,半导电屏蔽层–绝缘层界面特性和半导电屏蔽层性能对绝缘层电荷积聚特性的影响,并提出通过半导电屏蔽层改性抑制高压直流电缆绝缘层电荷积聚的方法。该文所做工作可为我国高压电缆半导电屏蔽料的研发、高压电缆性能评估提供理论参考。

炭黑/乙烯-丙烯酸丁酯共聚物半导电屏蔽料制备与性能

基于导电炭黑为填料、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物为基体,采用熔融挤出法制备高压电缆半导电屏蔽料,研究了导电炭黑用量对半导电屏蔽料的微观结构、电性能、力学性能和流变性能的影响。结果表明,半导电屏蔽料的结构和性能与导电炭黑的分散分布状态密切相关,且当导电炭黑用量为35%时,半导电屏蔽料具有优异的综合性能,拉伸强度为17.2 MPa,断裂伸长率为167.7%,23℃和90℃体积电阻率分别为10.4和180.4Ω·cm。此外,对比分析35%CB半导电屏蔽料与进口同类产品的结构与性能差异。结果表明配方料和公司料均具备脂肪烃和脂肪族醋酸酯的结构特征,并且体积电阻率和力学性能也相当。

高压直流电缆交联聚乙烯绝缘材料及半导电屏蔽材料热性能及机械性能分析

为实现高压直流电缆绝缘料国产化和保证直流电缆系统运行的长期可靠性,选取了两种配方体系的典型直流电缆交联聚乙烯(XLPE)绝缘料及半导电屏蔽料制备试验样品。利用差示扫描量热分析(DSC)、热失重分析(TGA)等技术,分析了试验样品的基本组成成分和分子结构特征,为判断电缆材料的优劣提供重要依据。对直流电缆绝缘料的热性能及机械性能进行了试验研究,考察了材料的导热性及热老化前后材料的力学性能变化,并对试验结果进行了对比分析,为未来直流电缆系统工程设计选型及建立直流绝缘料质量评价体系提供了基础试验数据支持。

半导电屏蔽材料体积电阻率对聚乙烯空间电荷特性的影响

为研究半导电屏蔽材料的体积电阻率对高压直流电缆绝缘层内空间电荷特性的影响,在乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中加入不同质量份数(表示每100 g EVA中掺杂炭黑的克数)的导电炭黑,制备具有不同电阻率的半导电屏蔽材料。采用电声脉冲法测试以不同电阻率屏蔽材料为电极时聚乙烯中的空间电荷分布。结果表明:随着导电炭黑质量份数的增加,EVA复合材料的电阻率下降,当炭黑质量份数达到32时,继续掺杂炭黑,复合材料电阻率不再减小;随着半导电屏蔽材料体积电阻率下降,聚乙烯中的空间电荷量先减少后增加。当炭黑质量份数为22时,聚乙烯中空间电荷量最少;炭黑质量份数大于27后,聚乙烯中空间电荷量快速增加。

海底交流电缆半导电屏蔽层/绝缘层性能对比研究

海底电缆输电在跨海域联网建设中发挥着重要作用。海缆电缆半导电屏蔽料的基本特性以及半导电层/绝缘层的电学、热学性能直接影响电缆的整体绝缘性能。文中从半导电料的基本理化性能出发,表征了海底电缆半导电屏蔽料的物理和化学性能,研究了半导电层/绝缘层的热学性能和击穿特性。导热系数分析表明,海缆半导电层由于含有大量CB颗粒,导热系数整体较高,约为绝缘层的两倍,随着温度升高,二者的导热系数均呈现缓慢增加趋势,半导电层导热系数由25℃的0.68 W/(m·K)增加到80℃的0.83 W/(m·K)。热膨胀特性分析表明:随着温度升高,海缆绝缘层的热膨胀系数比半导电层高出1.5倍左右,总体上两种材料受温度影响,形变不大,90℃时相对形变量分别为2.47%和1.28%。海缆击穿试验表明:随着温度的升高,海缆绝缘层的击穿场强逐渐降低,由25℃的125.2 kV/mm下降至90℃的92.5 kV/mm,相比绝缘层而言,海缆半导电层/绝缘层复合结构击穿场强下降幅度不大,说明二者具有较好的匹配性,尤其是在高温下保持了良好的击穿性能。该工作对于海底电缆绝缘性能提升和击穿故障分析具有重要的参考意义。

导电填料对电缆附件半导电屏蔽料性能的影响

采用熔融共混及热压交联的方法制备了新型附件半导电屏蔽材料三元乙丙橡胶(EPDM)/碳黑(CB)-石墨烯(GNS)和三元乙丙橡胶(EPDM)/碳黑(CB)-超导电炭黑(360G)。研究结果表明:加入GNS和360G都能显著提升复合材料的电学性能,且加入360G的效果更佳;与此同时,360G的加入还可以提高复合材料的力学性能。当炭黑和360G的添加量分别为15%和10%时,复合材料的体积电阻率仅为80Ω·cm,拉伸强度为15. 5 MPa,断裂伸长率为330. 3%,压缩永久变形为13%,这些性能均达到GB/T18890. 3的要求。

温度对海底电缆半导电屏蔽层电学-热学性能的影响研究

海底电缆被广泛应用在跨海联网输电工程,环境温度会改变半导电屏蔽层的电学性能和热学性能,进而影响海缆整体绝缘性能。从海底电缆半导电层的基本性能出发,研究了温度对其电学-热学性能的影响。热学性能分析表明,随着温度的升高,试样的导热系数整体呈先上升再下降的趋势,在80℃附近达到峰值,最大值为0.83 W/(m·K),比室温下高出约1.5倍;当温度超过80℃时,由于EVA的作用,海缆半导电层的导热系数显著下降。热膨胀系数分析表明,随着温度的升高,试样的热膨胀系数先上升后下降,由25℃的1.36×10^-4/K增加至70℃的2.07×10^-4/K;当温度超过70℃时,热膨胀系数开始趋于缓慢下降,100℃时,热膨胀系数降低至1.88×10^-4/K。电学性能分析表明,随着温度的升高,试样的电阻率整体呈上升趋势,在80℃之前电阻率相对较低,当温度高于80℃时,半导电层表现出较明显的正温度系数效应。随着温度的升高,半导电层/绝缘层复合试样的交流电气强度呈现下降趋势,由25℃的104.5 kV/mm降低至90℃的90.8 kV/mm。总体上在温度作用下海缆半导电层和绝缘层具有较好的匹配特性。