交联聚乙烯直流电树枝降压阶段的局部放电特性

电树枝是交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆的典型缺陷,有效检测电树枝对电缆绝缘状态评估至关重要。为此对含有电树枝的XLPE针-板绝缘试样进行直流局部放电实验,分析不同阶段下的局部放电特性以及电压参数对放电特性的影响。实验发现:含电树枝的试样在降压过程中会出现局部放电现象,不含电树枝的试样则不会放电;降压过程中的放电具有良好的重复性,对电树枝尺寸无明显影响,且放电脉冲极性与恒压阶段的相反。该实验现象表明利用降压阶段的局部放电检测,可为高压直流电缆电树枝的评估提供一种有益的尝试。此外,实验表明多次局部放电可能导致通道电导率增加,放电熄灭电压增大。不同电压参数下的降压阶段实验结果表明:更高的直流电压,合适的降压速率可以增加放电次数;针电极为负极性时平均放电量更高;恒压时长对放电特性没有显著影响。采用数值仿真分析了降压前后绝缘区域的电场分布,结果表明降压前期,泊松电场的衰减速率低于外施电场的衰减速率,使得针尖附近形成场强较高的反向电场,从而导致降压过程中的局部放电。

环氧树脂/Al_(2)O_(3)纳米复合材料直流电树枝及局部放电特性研究

为了研究纳米Al_(2)O_(3)对环氧树脂直流电树枝的影响,制备了环氧树脂及环氧树脂/Al_(2)O_(3)纳米复合材料,采用针-板电极对试样进行电树枝试验及局部放电检测,分析了直流电树枝的起树、生长及老化对应的局部放电情况。结果表明:添加纳米Al_(2)O_(3)颗粒能够降低环氧树脂中直流电树枝的起树概率和生长速度,当Al_(2)O_(3)的质量分数小于3.0%时,其含量越高,抑制电树枝的能力越强。此外,电压上升速度越快,环氧树脂直流电树枝的引发概率越高。试样中的电树在加压时间约为1 800 s时会出现滞长现象,且电树枝均为枝状电树。局部放电是环氧树脂直流电树枝老化的一个重要原因,局部放电脉冲簇主要出现在每个周期电压上升和下降的阶段,推测原因是在这两个阶段电树枝快速生长。通过对比纯环氧树脂和Al_(2)O_(3)质量分数为1.0%的环氧复合材料试样的局部放电测试结果,发现纳米Al_(2)O_(3)能够抑制电树枝发展过程中的局部放电,导致放电脉冲幅值降低并且出现更多局部放电稀疏的区域,说明纳米颗粒可以通过抑制局部放电来抑制电树枝的发展。

直流电压下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝的生长特性研究

为了研究交联聚乙烯电缆绝缘材料中直流电树枝的生长速率、形态特征及通道特性,利用树枝化试验及显微观察系统,在针尖半径为5μm、针-板电极间距为2mm、周期性施加的间断直流电压下,对试样进行了分组试验。试验结果显示:电树枝由细单枝逐渐发展为稀疏丛状结构,树枝通道为非导电型;电树枝生长缓慢,生长速率不超过1.0μm/min;树枝长度主要取决于加压周期数及直流电压幅值,电压持续时间在高压下影响增大;针极意外接地情况下,电树枝将瞬间引发或快速生长。理论分析表明,电树枝生长规律可以由文中所建立的非导电树枝模型及等效电路进行合理解释,而空间电荷效应是产生直流接地树现象的根本原因。

直流电压下XLPE电树枝化过程中的局部放电特性

为揭示XLPE直流电缆绝缘中电树枝生长与局部放电之间的相关性,该文基于针–板电极结构建立直流电树枝生长与局部放电实验,并通过油浴循环研究温度对直流电树生长与局部放电特性的影响。此外,借助电树枝放电的气–固两相电荷仿真模型,探讨空间电荷与温度对直流电树枝放电的影响机制,揭示直流电压下局部放电驱动的电树枝生长机理。研究表明,当直流电树枝发展至地电极附近时,会因在地电极附近形成的介质阻挡层而“转向”沿水平方向生长。同时,当电树枝沿电场方向生长时,放电强度会增大,而沿垂直电场即水平方向生长时,放电量保持稳定,甚至会出现因新旧电树枝通道的产生与自愈造成放电强度波动。根据气–固两相电荷仿真,表明温度是影响直流电树枝生长的一个关键因素。一方面,温度升高使固体绝缘中电荷的迁移扩散速度加快,针尖处电场增强,增幅达45%;另一方面,高温下电树枝气体通道内电子碰撞电离加剧,带电粒子浓度与放电电流增加,提升了直流电树枝放电强度,加快了直流电树枝发展。