油纸及XLPE绝缘高压直流电缆的电场分布特性研究

直流电缆主要采用油纸及交联聚乙烯(XLPE)作为绝缘,两类材料的电导率特性不同,对电缆中电场分布的影响不同。本文基于500 kV典型直流电缆结构建立有限元模型,对油纸及XLPE绝缘电缆开展热-电耦合仿真分析,研究了两种绝缘在不同温度及温差下的场强分布特性,分析了绝缘电导率温度系数及电场系数对场强分布的影响,对比了相同温度及场强范围内油纸及XLPE绝缘的电导率变化特性。结果表明:在电场强度为10~25 kV/mm和温度为20~90℃的范围内,油纸绝缘中的电场分布受绝缘温差的影响,在确定温差下几乎不随绝缘温度而变化;而XLPE绝缘中的电场分布同时受绝缘温度和温差的影响。此外,油纸绝缘的电导率整体比XLPE绝缘高,随温度和场强的变化幅度大,这可能是油纸电缆绝缘中电场反转发生在更低温差下的原因。对于高压直流电缆中应用的绝缘材料,应控制电导率温度系数即减小温度敏感性。

交联聚乙烯/蒙脱土纳米复合物空间电荷特性研究

以十八烷基氯化铵处理的有机化蒙脱土(O-MMT)为无机纳米相,以低密度聚乙烯(LDPE)作为基体聚合物,以马来酸酐接枝聚乙烯(PEMA)为相容剂,以双叔丁基过氧化二异丙基苯BIPB为交联剂,通过熔融插层复合后再进行化学交联的"两步法",制备了交联聚乙烯/有机化蒙脱土(XLPE/O-MMT)纳米复合物.利用电声脉冲法(PEA)试验研究了不同蒙脱土含量的XLPE/O-MMT纳米复合物的空间电荷特性.实验结果表明,与纯XLPE相比,含一定比例O-MMT的XLPE/O-MMT纳米复合物具有不同程度抑制空间电荷的能力.当O-MMT含量为0.5%～1%时,其纳米复合物的空间电荷量最小;在O-MMT含量为3%～7%的范围内,随O-MMT含量的增加,XLPE/O-MMT纳米复合物中空间电荷量逐渐增大,但仍低于纯XLPE中的空间电荷量.通过热激电流(TSC)实验证实,与XLPE相比,XLPE/O-MMT纳米复合物的TSC峰均不同程度地向高温方向偏移,说明纳米复合材料的陷阱深度增加.当O-MMT含量为1 wt%时,TSC曲线所包围的面积最小,相应地,其陷阱密度最小;而随着O-MMT含量的增加,XLPE/O-MMT纳米复合物的TSC曲线所包围面积逐渐增大,说明其陷阱密度有所增加.绝缘电导率的试验结果进一步支持了上述观点.