电热作用下聚酰亚胺绝缘的电荷陷阱及微观特性

聚酰亚胺因其良好的热稳定性和电气绝缘性能常被用作变频电机的绝缘材料,但在使用过程中,其构象缺陷产生的电荷陷阱在外部因素影响下容易引发空间电荷效应,从而加速聚酰亚胺的老化。为此基于密度泛函理论和分子动力学模拟了电热作用下聚酰亚胺分子的微观行为,深入分析了聚酰亚胺分子的电荷陷阱参数,并运用过渡态理论和自由能增量讨论了分子微观特性与电老化反应之间的联系。结果表明:电场在0.1×10^(10)~0.4×10^(10)V/m时,聚酰亚胺分子沿电场定向运动,其结构有序排列,当电场为0.5×10^(10)V/m时,分子形态不再保持,造成自由体积重排,这是由于电场力超过了聚酰亚胺分子间相互作用力。聚酰亚胺分子的能带在外加电场下发生倾斜,其电荷陷阱深度随场强的增大而逐渐加深。温度作用下聚酰亚胺体系热运动加剧,分子链段运动空间舒张,相较于电场,温度的升高使陷阱能级整体呈现下降趋势,电荷在高温下更容易脱陷。电老化反应遵循过渡态理论,电场改变聚酰亚胺分子微观结构会增加分子振动频率从而引起自由能增量的变化,使得分子体系内部老化反应速率加快,研究发现聚酰亚胺体系的自由能增量与电场近似线性化,并随温度增大。

白云岩溶蚀的热力学分析与次生孔隙带预测--以三塘湖盆地二叠系芦草沟组二段致密凝灰质白云岩为例

针对三塘湖盆地二叠系芦草沟组二段致密凝灰质白云岩,研究其次生孔隙发育带的纵向分布规律与地质成因,利用热力学方法预测次生孔隙发育带横向展布。三塘湖盆地马朗—条湖凹陷纵向上存在3个次生孔隙发育带,主要是干酪根脱羧形成的有机酸和黏土矿物转化产生的无机酸共同溶蚀储集层而成。通过计算盆地内不同温度和压力条件下各种矿物溶蚀反应的自由能增量,并结合芦二段岩相分布,预测芦二段白云岩次生孔隙发育带的横向展布。计算结果表明,马朗—条湖凹陷深层白云石最易溶蚀,芦二段凝灰质白云岩溶蚀形成次生孔隙,其中马朗—条湖凹陷中央为有利溶蚀带,与半深湖—深湖相优质烃源岩重叠,有利于致密油聚集。

电荷陷阱对XLPE绝缘电老化特性的影响

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)由于良好的电气性能而常被用作高压直流电缆的绝缘材料,但其内部缺陷形成的电荷陷阱会导致空间电荷积聚,从而加速绝缘材料的电老化。文中基于电荷陷阱对XLPE电缆绝缘电老化的影响,研究了电荷陷阱在XLPE电缆绝缘电老化过程的作用机理,并运用自由能增量理论定量地分析了电荷陷阱对电老化的影响。将电缆样品进行热老化预处理,得到具有不同电荷陷阱参数的XLPE样品,对其进行空间电荷测试和步进应力实验,验证了空间电荷陷阱和电老化进程之间的关系。结果表明,在XLPE电老化过程中,浅陷阱密度与材料的电老化速率正相关,而深陷阱对电老化过程起抑制作用。