改性聚丙烯电缆绝缘料研究进展

介绍了近年来聚丙烯(PP)电缆绝缘料的应用现状,阐述了PP性能与存在的问题,综述了PP绝缘料各种改性方法的研究进展,并展望了PP基电缆绝缘料的发展前景。

国产与进口基料热塑性聚乙烯基电缆绝缘料性能对比研究

聚乙烯基非交联电缆绝缘材料具有优于XLPE的电气性能和力学性能,加工工艺简单、生产能耗低并可回收,是最具应用前景的新型环保电缆绝缘材料之一。本文采用国产基料制备不同配比的LLDPE/HDPE共混绝缘材料,对其电气、力学、流变和抗热氧老化性能进行测试,并与进口基料制备的共混材料进行对比。结果表明:国产与进口共混材料都在LLDPE、HDPE质量比为7∶3时表现出最佳的电气性能和力学性能。最优质量比下国产共混材料的电气性能与进口共混材料表现相近,但拉伸强度较低。在抗热氧老化性能上,国产共混材料与进口共混材料相比有明显差距。通过分子量及其分布测试、红外光谱分析发现,国产LLDPE的支化度和进口LLDPE相近,但其分子量分布范围更宽,且低分子方向存在明显长尾分布,这可能是导致国产共混材料拉伸强度和抗氧化性能较低的原因之一。

不同温度及厚度下非交联聚乙烯电缆绝缘材料工频交流击穿表现

热塑性聚乙烯基电缆绝缘材料具有优于交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)的电气和机械性能,有望成为新一代绿色环保的电缆绝缘材料。在电缆结构设计中,保守的安全绝缘厚度使得电缆的生产成本增加,降低绝缘层的击穿电场强度;并且在电缆实际运行过程中,绝缘材料往往工作在70~90℃高温环境下;因此针对新型绝缘材料,温度及厚度对其击穿电场强度的影响研究具有工程实际意义。以线性低密度聚乙烯(linear low density polyethylene,LLDPE)/高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE)共混绝缘材料为研究对象,进行不同温度下(30、70、90、105℃)及不同厚度下的工频击穿实验,研究温度和厚度对其交流击穿的影响。测试结果表明:相较于XLPE绝缘材料,70L-30H(即LLDPE与HDPE在配比为7∶3的情况下熔融共混得到的绝缘材料)具有较高的工频击穿电场强度,在低于工况温度环境下,其击穿电场强度的温度稳定性较高;然而70L-30H的工频击穿电场强度受厚度影响程度略高,但在相同厚度下其击穿电场强度仍明显高于XLPE。上述研究可为热塑性聚乙烯基电缆绝缘材料研发提供参考。

“高压电缆绝缘基础理论与关键技术”专题特约主编寄语

高压电缆绝缘是保障高压电缆安全可靠运行的基础。随着高压海缆需求持续增长、城市架空线入地工程持续推进、环保电工装备重要性持续提升,高压电缆行业面临诸多挑战与机遇。攻克高端交联聚乙烯绝缘核心技术、研发新型环保电缆绝缘、构建电缆绝缘可靠性提升技术体系等都是现阶段行业的研究热点。为促进该领域研究,促进学术界、产业界专家学者在高压电缆绝缘材料、理论、技术等方面共享学术和技术成果,《电工技术学报》特别设置了本专题,希望相关从业者共同探讨高压电缆绝缘的最新进展、理论成果和未来方向。本专题在投稿文章中筛选并收录了10篇文章,研究内容包含交联聚乙烯绝缘和环保型聚丙烯基绝缘的物理特性、失效机理和多级结构调控等。

PP与XLPE电缆绝缘与附件界面涂敷料相容性研究

在电缆附件中,电缆本体绝缘与附件绝缘界面处会涂敷电缆用绝缘油,以增强电缆附件界面之间的密封性和电气绝缘性能。为了考察电缆本体绝缘与绝缘油的相容性及适用性,本文对PP、XLPE在25、75℃下对3种典型绝缘油(硅油、硅脂、聚异丁烯)的吸附相容性进行研究。结果表明:受分子结构的影响,PP和XLPE对硅油和硅脂的吸附能力有限,而极易吸附聚异丁烯,造成质量的显著增加;PP与硅脂配合具有最佳的性能,可使PP的力学性能与电气强度提升;而XLPE在硅油与硅脂中展现接近的材料性能,其中硅脂浸渍老化后保持较好的力学性能,而硅油浸渍老化后则保持较好的绝缘性能。通过分析发现,适量的吸附一定程度上提高了表面粗糙度并填补了绝缘内部缺陷,提升了材料的绝缘性能。通过研究不同种类的涂敷料在不同温度下对主绝缘材料的影响,得到了绝缘介质与电缆主绝缘的适配性结果,可为规范电缆终端绝缘油的选择、提高电缆终端的运行可靠性提供参考。

设备曝光率对电缆绝缘厚度检测结果的影响分析

为确保正常的电力运转,避免因电缆质量而造成人力及财力损失,需严格控制电缆指标,提高其检测准确性。以电缆绝缘厚度检测的影响因素为例,分析了样品制备、仪器选择和检测人员主观因素对检测结果产生的影响。同时,通过大量试验找出智能平面影像测量仪的最佳参数设置,规避设备测量误差。试验结果表明:当该设备曝光率参数设置为10时,电缆绝缘厚度检测结果最为准确和稳定。

交联副产物对交联聚乙烯电缆绝缘材料介电性能影响研究

研究了苯乙酮、α-甲基苯乙烯和异丙醇三种交联副产物对交联聚乙烯(LDPE)电缆绝缘材料中空间电荷形成和电导率的影响。结果表明,对LDPE电导率影响最大的是异丙醇,其次是α-甲基苯乙烯和苯乙酮。这一结果可能是由于异丙醇使电极附近形成异电荷,使得金属-介电界面附近的电场增强,导致电流值增大。电缆中交联副产物的含量与电缆的电气性能密切相关。随着副产物含量的增加,电缆的导电性增大,绝缘性能降低。同时,也会加剧空间电荷的积累。在所有样品中均发现了同电荷,而异电荷仅在异丙醇浸泡的LDPE样品中出现。当副产物存在于LDPE中时,观察到电导率值的变化,交联副产物提高了LDPE中的电荷迁移率。

基于工况瞬时放电特征的光伏电缆绝缘缺陷诊断技术研究

从电缆绝缘缺陷放电机理入手,设计出可捕获电缆中宽频缺陷放电电流的传感器,并给出电缆缺陷在线监测装置各模块的组成条件;在硬件条件满足的基础上,研究绝缘缺陷识别算法,提出了电缆绝缘缺陷评估及定位方法;对传感器响应性能和算法有效性进行检验,检验结果较理想。

矿用电缆绝缘检测和预警系统研究

电缆绝缘检测是确保其质量和性能的重要措施,针对目前检测流程繁杂等问题,基于泄漏电流自适应采样技术,在线监测电缆屏蔽层对地泄漏电流,保证泄漏电流检测的准确性和可靠性,由监控平台实现故障和预警算法,对系统有很强的灵活性和适应性,为煤矿电缆绝缘检测提供新的解决思路。

高压电缆绝缘层剥离与恢复技术研究

高压电缆由导体、绝缘层、屏蔽层和保护层构成,共同确保电缆安全运行。其中,绝缘层至关重要,它包裹在导体外部,防止电流流失,确保电能有效传输。绝缘层还能隔绝导体与外界,防止短路,保护人身安全。在设计高压电缆时,绝缘层的材料和厚度是关键因素,优质的绝缘材料和先进的制造工艺能保障电缆的电气性能、耐热性和机械强度,从而确保电力系统的稳定运行。

高压及超高压XLPE电缆附件施工时电缆绝缘处理工艺

在XLPE电缆附件安装施工过程中,需将电缆接头与其他附件进行连接,在现场施工时,经常出现电缆绝缘处理不到位的情况,导致电缆接头与其他附件无法良好连接,影响电缆使用寿命。因此,在现场施工前对电缆绝缘进行处理十分必要。本文主要对高压及超高压XLPE电缆附件施工时电缆绝缘处理工艺进行分析。通过对高压及超高压XLPE电缆附件施工中电缆绝缘处理工艺的分析,总结现场施工经验,可为现场施工提供一定的参考。

基于接地线电流法的电力电缆绝缘在线监测

为提高电力系统的安全性,将接地线电流法作为核心方法,设计电力电缆绝缘在线监测系统。采用通用分组无线业务/码分多址(General Packet Radio Service/Code Division Multiple Access,GPRS/CDMA)通信方式作为电力电缆绝缘在线监测系统的核心,建立电缆各条线路之间的通信连接。利用电流互感器(Current Transformer,CT)检测电缆电流变化情况,有利于提高绝缘在线监测系统的检测精度。将绝缘在线监测应用于电力系统,可为电力系统的后续发展提供依据。

乙烯共聚调控晶态结构对聚丙烯电缆绝缘料电气性能的影响

为了揭示乙烯共聚对聚丙烯电缆绝缘电气性能的影响机制,通过2阶段抗冲共聚工艺合成了3种不同乙烯-丙烯共聚物(ethylene-propylene copolymer,EPR)含量的抗冲共聚聚丙烯(impact polypropylene copolymer,IPC),研究了其晶型、球晶形貌、相态分布、陷阱分布特性,以及机械、电气性能的变化。结果表明,通过共聚法引入15%的EPR时,结晶度相较等规聚丙烯下降约6.8%,断裂伸长率显著提升,拉伸模量降低37.4%,电荷注入阈值场强与击穿强度分别提升17.7%和8.0%。引入30%的EPR时,结晶度相较等规聚丙烯下降可达30.6%,同时断裂伸长率及击穿强度均显著降低。乙烯共聚对宏观性能的影响被证明可能与EPR“附生”在球晶上的特殊结构密切相关。研究表明适当的乙烯共聚可实现聚丙烯电缆绝缘机械、电气性能的协同优化,研究结果可为聚丙烯绝缘综合性能调控提供参考。

矿用三元乙丙橡胶高压电缆绝缘老化机理及状态评估技术研究进展

绝缘被认为是电气设备中最薄弱的环节。煤矿特殊工况和电、热、机械应力等老化因子的共同作用,使矿用高压电缆的三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘老化机理判定与状态评估存在很大的难度。针对煤矿用高压移动软电缆的EPDM绝缘,介绍了EPDM的基本性能和经受的老化因子类型。基于多老化因子作用下EPDM的理化性能、机械性能、电性能,分析了EPDM老化机理。综述了绝缘电阻、局部放电、介质损耗因数和温度等矿用高压电缆绝缘在线监测方法的基本原理和存在的问题。总结了矿用高压电缆绝缘状态评估方法研究现状,介绍了基于改进雷达图的多参量和基于介质损耗的单参量矿用高压电缆绝缘状态评估方法。为应对煤矿智能化发展,一方面矿用电气设备智能化需要在智能感知、智能控制方面开展研究,弥补状态感知环节和状态评估特征量缺失的问题;另一方面需要研究轻量化模型或算法,降低设备旁智能终端的计算复杂性、参数量和分析耗时,提高状态评估技术的可实施性,为实现智能分析和智能决策奠定基础。

交联聚乙烯电缆绝缘试验样品热处理后热效应研究

基于差示扫描量热法(DSC)在电缆热历史分析中的应用,进一步研究具有不同热历史的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘的热效应及其变化规律,可帮助分析电缆绝缘实际运行中的受热情况。将电缆绝缘试验样品置于不同温度和时间条件下热处理,以模拟电缆绝缘的不同受热过程,然后采用DSC测量热处理后的绝缘试验样品在升温过程中产生的热效应,对比分析得出热处理温度和时间与DSC一次加热曲线的关系,试验结果表明,DSC一次加热曲线中吸热峰的数量、大小、峰值温度,及氧化诱导期等与试验样品的热处理温度、时间和氧气环境密切相关,尤其依赖热处理温度,可为初步分析电缆运行中是否发生过载或短路故障提供依据。

BIBP反应副产物对CM/EPDM电缆绝缘层硫化胶绝缘性能的影响

研究过氧化物硫化剂BIBP反应副产物对氯化聚乙烯橡胶(CM)/三元乙丙橡胶(EPDM)电缆绝缘层硫化胶绝缘性能的影响,并引入新型助剂活化剂A替代部分BIBP,在不影响CM/EPDM胶料其他性能的同时提高硫化胶的体积电阻率。结果表明:基于本试验配方,当减少0.7份BIBP并加入0.45份活化剂A时,CM/EPDM胶料的硫化特性、硫化胶的物理性能没有下降;100℃×168 h老化后CM/EPDM硫化胶的拉断伸长率减小率增大,但符合国家和行业标准要求;CM/EPDM硫化胶浸水前的体积电阻率由1.3×10^(13)Ω·cm提高至5.0×10^(14)Ω·cm,浸水28 d后的体积电阻率由3.6×10^(10)Ω·cm提高至5.4×10^(12)Ω·cm,其绝缘性能大幅提高。进一步研究发现,BIBP在硫化过程中产生的副产物的量的变化是导致CM/EPDM胶料性能变化的主要原因,扫描电子显微镜观测到的浸水后硫化胶断面微观形貌也验证了这一结论。

核电站电缆绝缘的研究现状与展望

电缆作为核电站的“血管”和“神经”,是保障核电系统安全运行的重要电力装备。论文系统梳理了核电站电缆绝缘领域的研究进展,分析了绝缘材料在核电站强辐射、高温等极端环境下的劣化失效机理,探究了由辐照引起的物理、化学变化对材料机械和电学性能的影响;探讨了提升电缆绝缘耐受极端环境的改性方法,介绍了纳米颗粒的阻氧效应对材料耐辐照性能的提升;并且分析了核电缆的检测与评估技术发展现状,介绍了宽频阻抗谱法和介电谱法两种无损检测技术;最后,展望了核电缆领域的未来研究方向,未来还需要进一步进行核辐射、高温、LOCA等极端环境下的研究,确立有效提升耐候性的物理、化学改性方法,并且发展非侵入式、非破坏性的检测与评估技术。论文将为服役于核电站极端环境中电缆的绝缘设计、生产和运行维护提供参考。

高压直流电缆绝缘材料聚丙烯改性研究综述

聚丙烯(PP)具有出色的热稳定性、绝缘性、可回收再利用和无需交联等优势,是可替代交联聚乙烯(XLPE)的高压直流电缆绝缘材料,但无法直接应用于高压电缆绝缘。为此从PP的结构特性出发,综述了几种常用于PP的改性方法研究进展,分别论述了共混改性、纳米颗粒掺杂改性和成核剂改性对PP力学性能和电气性能的改进。采用弹性体共混改性可以增强PP的低温韧性,减小刚性;纳米掺杂抑制了PP电树枝生长及空间电荷积聚,大幅提升PP介电性能;β成核剂的加入形成了松散结构的β球晶可以提升PP韧性。最后,对PP改性研究现状做出总结。

长距离电缆绝缘在线监测研究

长距离电缆由于负载电流和金属护层的影响造成较为严重的电压降,所以在绝缘检测上与短距离电缆有着显著的差异。提出了一种基于双端同步测量损耗因数的长距离电缆绝缘在线监测方法,从原理上对该监测方法进行了深入分析,给出了双端同步测量损耗参数的计算依据,并对不同误差条件下该方法的适用性进行了分析。经过离线仿真验证,所提出的方法具有科学性、有效性,可以进行大规模的推广应用。

高压电缆绝缘在线监测与诊断系统分析

在线系统用于监测高压电缆绝缘性能相关参数稳定性,拥有强大故障诊断功能。高压电缆绝缘故障会产生安全隐患,可能引发触电事故、火灾等,以往的绝缘检测工作以人工为主,成本高、效率低,在线监测、诊断系统的设计应用,以实时检测的方式,反馈数据信息,对故障进行预警,具有可靠性、稳定性、准确性等优势。本文对电缆的放线原理和信号监测原理进行分析,进行在线监测与诊断系统的设计应用,从整体结构、数据采集、数据传输、数据分析、软硬件配置等角度完成系统分析。