基于超声声速的硅橡胶老化状态诊断方法

电缆接头硅橡胶会受到电、热等多方面因素影响,发生绝缘性能的老化和失效,为无损检测硅橡胶老化状态,本文提出了一种基于超声声速的硅橡胶老化状态诊断方法。制备了不同老化时间的硅橡胶试样并测量其密度和弹性模量,通过仿真及试验验证了硅橡胶超声声速与老化状态的相关性,试验结果表明,硅橡胶声速与老化状态的拟合优度均在0.8以上,利用超声声速可以准确表征硅橡胶老化状态。

基于非线性超声的电缆硅橡胶界面压力检测方法

电缆附件与本体之间的界面压力对电缆长期稳定运行起决定性作用。针对压力传感器测量法会损坏界面绝缘特性的问题,提出一种基于非线性超声的电缆硅橡胶界面压力无损检测方法。首先对超声波在硅橡胶-交联聚乙烯界面的传播特性进行分析,得到非线性系数与界面压力的关系。然后基于脉冲反射法搭建非线性超声试验平台,以平板硅橡胶和交联聚乙烯为研究对象,对其界面压力进行非线性超声检测。理论与试验结果均表明,随界面压力增大,界面一次回波幅值减小,回波时间减小,非线性系数增加。该结果表明非线性超声可以有效评价电缆硅橡胶复合界面压力状态,为后续电缆附件曲面结构的界面压力检测提供有力支撑。

氮化硼纳米片改性硅橡胶的直流电气与力学性能

日益提升的高压直流输电电压等级对直流电缆附件用硅橡胶的电气性能提出了更高的要求,为了探究具有优良直流电气性能的复合硅橡胶材料,文中制备了填充不同质量分数的聚多巴胺修饰氮化硼纳米片改性硅橡胶,对比分析了不同填充量下复合硅橡胶的直流电气性能。结果表明:填充氮化硼纳米片可以有效抑制硅橡胶的空间电荷积聚现象,试样的直流击穿场强随填充量的提高呈现先增大后减小的趋势,在填充量(质量分数,下同)为15%时达到最大值,相比纯硅橡胶提升23.2%,直流电导率先减小后增大,在填充量为15%时取得最小值;除此之外,当填充量为15%时,试样的拉伸强度较纯硅橡胶提升了38.3%,试样的断裂伸长率仅下降2.7%,基本保持了原有的断裂伸长率;经聚多巴胺修饰的氮化硼纳米片复合硅橡胶相比于未经表面修饰的氮化硼纳米片复合材料,其直流电气和力学性能都有显著提高。综合分析,填充量为15%时复合材料具有较好的综合性能。

电缆附件用硅橡胶力-热老化特性及电-热-力多物理场耦合仿真研究

长期运行过程中,高温及界面压力作用会导致电缆附件硅橡胶(silicon rubber,SIR)绝缘发生老化,影响附件材料的电-热-力综合性能,易引发放电故障.该文采用实验和仿真结合的方法,研究力-热联合老化作用下硅橡胶材料的电-热-力综合性能变化规律;进一步仿真研究了SIR材料参数变化引起的电缆附件电场、热场和力场变化.实验结果表明,随着老化程度的不断加深,SIR的交联程度和分子运动体系会发生变化,导致材料的电-热-力性能发生不同程度的改变.相对介电常数呈现先下降后上升的趋势,体积电阻率、击穿场强和闪络电压等均呈现先上升后下降的趋势;此外,随着老化时间的延长,材料拉伸强度和断裂伸长率逐渐下降.仿真结果表明,力-热联合老化引起的电缆附件应力锥根部电场强度变化较小,维持在2.2 k V/mm左右;不同老化程度下绝缘层内外侧温差较为明显,最大温度梯度为9.15℃;应力锥根部界面压力从0.263 MPa下降到0.230 MPa,下降约12.5%.该工作对于配电电缆附件绝缘性能评价和故障分析具有指导意义.

工程结构中新型减隔震支座的研究综述

多次震害经验表明,通过在上部结构和地基之间设置减隔震支座,利用橡胶垫的变形使上部结构的振动周期延长,利用钢构件的屈服或者滑动摩擦耗能来达到消能减震的目的,是一项有效的防震减灾措施。论文从减震机理、性质及应用等方面系统阐述和总结了拉索减震支座、叠层橡胶支座、球形抗震支座以及若干新型减震支座的研究成果,对未来新型减隔震支座的研究方向进行了展望。

充油电缆终端用PIB与SR/EP的相容性研究

高压充油电缆终端中既有硅橡胶(SR)、三元乙丙橡胶(EP)和绝缘自粘带等固体介质,也有二甲基硅油或聚异丁烯(PIB)等液体介质,液固介质的相容性直接关系到高压充油电缆终端的绝缘性能的稳定性以及工作的可靠性。文中首先在120℃下开展了168 h的PIB与SR和EP的相容性试验,接着测量了液固介质的理化性能与电气性能指标,根据不同老化时间下液固介质,以及相同老化时间下不同液固介质组合之间理化和电气性能的变化特征,并结合电介质性能指标的物理含义,综合比较后得到PIB和SR的相容性优于PIB与EP的相容性。为明确PIB与SR和EP的相容性机理,文中进一步采用Materials Studio软件,构建了液固介质的分子模型及界面结构,利用分子动力学获得了不同温度下PIB-SR界面和PIB-EP界面的焓值;计算表明,在温度由363 K升高到393 K时,PIB-EP界面的焓变小于0,有溶解趋势,而PIB-SR界面的焓变值大于0,因此,PIB-SR界面较PIB-EP界面更具稳定性。文中结论可为高压充油电缆中液固介质的选择提供理论依据。

振动频率法测试具有橡胶阻尼器的斜拉索索力的修正方法

振动频率法是用于测试斜拉桥拉索索力的常用方法,斜拉桥为减弱振动引起的拉索疲劳损伤。通常在斜拉索两端安装阻尼器,这会改变索的结构和振动频率,从而导致在用振动频率法测试拉索索力值时会产生较大误差,难以满足桥梁施工和维护对精确度的要求。因此,减小索力测量的误差对实际工程具有重要意义。该研究将橡胶阻尼器简化为弹性支撑,基于变截面拉压杆模型推导了弹性支撑的等效刚度系数;基于具有两个弹性支撑的拉索横向自由振动微分方程,结合边界条件求解索力,给出了考虑橡胶阻尼器影响的振动频率测索力的修正方法;结合虚拟算例对该研究结果的精确度进行分析,并在工程中应用。

绝缘材料热老化对电缆终端接头典型缺陷处电场畸变的影响

电缆终端接头是电力电缆输电系统的重要组成部分,为了获得绝缘材料老化对电缆终端接头内部缺陷电场强度分布的影响,选用国产10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆及硅橡胶(SIR)冷缩式电缆终端接头开展研究。首先,对电缆终端接头内的绝缘材料XLPE和SIR在150℃条件下进行16 d的热老化,并测试其在老化前后的相对介电常数和电导率。同时,基于COMSOL Multiphysics软件建立了10 kV电缆终端接头的三维仿真模型,根据上述试验结果设置热老化前后的绝缘材料参数,并利用该模型设置了3种典型缺陷,包括外半导电层错位、主绝缘划痕和尖端金属,分析了不同位置和不同尺寸的缺陷在绝缘材料老化状态下的电场强度分布情况。结果表明,XLPE和SIR在热老化处理后相对介电常数分别从2.5和2.85提高到4.4和3.21,且由于绝缘材料的老化,电缆终端接头的内部电场发生明显畸变,特别是在XLPE和SIR界面处电场畸变显著。另外,热老化后的电缆终端接头在3种典型缺陷条件下,电场畸变率明显提高,外半导电层错位、主绝缘划痕和尖端金属缺陷处电场强度最大值分别提高到5.26,3.5,16.91 kV/mm,较未老化状态下提高了17.41%,6.38%和21.83%。绝缘老化加剧了缺陷处的电场畸变程度,进一步影响了电缆运行的安全性和可靠性,增加了电缆发生故障的风险。

硅橡胶绝缘材料温度及场强依赖特性对XLPE绝缘直流电缆预制接头内电场分布的影响

为选择合适的电缆接头绝缘材料,以改善电缆接头内的电场分布,探究了接头绝缘常用材料硅橡胶的电导温度及场强依赖特性对XLPE直流电缆预制接头中电场分布的影响。首先,针对10 kV电压等级XLPE绝缘直流电缆预制接头结构建立相应的仿真模型。然后,改变硅橡胶材料的电导非线性特征参数,得到对应接头在满载运行状态下的绝缘内电场分布。结果表明:随着硅橡胶材料电导活化能的增大或电导场强依赖系数的减小,接头绝缘交界面处的场强增大,且应力锥根部场强增幅明显;从经济性角度考虑给出硅橡胶与XLPE绝缘材料的电导活化能之比和电导场强依赖系数之比推荐值分别为不高于0.95和不低于0.50,可作为工程上选择确定合适接头绝缘材料的参考。

高速铁路高低塔斜拉桥减隔震装置研究

通过分析各类减隔震装置对高速铁路高低塔混合梁斜拉桥的减隔震作用,从而选取合理减隔震装置。以阜淮(阜阳—淮北)新建高速铁路跨颍河主跨230 m的高低塔混合梁斜拉桥为研究对象,建立铅芯橡胶支座、摩擦摆式减隔震支座、黏滞阻尼器有限元模型,采用非线性时程分析法对塔底弯矩、梁端水平位移等目标函数进行地震响应分析。结果表明:采用铅芯橡胶支座,塔底弯矩降幅达到49.9%;采用摩擦摆减隔震支座,塔底弯矩降幅达到54.3%;采用黏滞阻尼器,塔底弯矩降幅达到62.0%。对于高速铁路高低塔混合梁斜拉桥而言,黏滞阻尼器减隔震装置更合理,并给出合适设计参数。

电缆用橡胶最佳硫化条件的研究

文中介绍了一种确定电缆用橡胶最佳硫化条件的简便方法。通过研究橡胶硫化过程中的热传导情况,建立了橡胶制品内层胶料温度-时间之间的关系,求出内层胶料的硫化效应,确定了橡胶最佳硫化条件。该方法对提高电缆橡胶制品的质量和生产效率具有一定的指导意义。

斜拉索剪切一体化内置阻尼器研发及应用

为提高大跨度斜拉桥斜拉索在风、风雨荷载作用下抗振能力,以高阻尼橡胶为阻尼元件,研发了一种以延长索导管为支撑结构,利用高阻尼橡胶剪切变形耗能的剪切一体化内置阻尼器。对剪切一体化内置阻尼器进行性能分析、参数优化,并依托洪奇门特大桥进行阻尼器减振效果实桥试验。结果表明:剪切一体化内置阻尼器高阻尼橡胶在剪切变形时具有较高且稳定的损耗因子,剪切变形的耗能能力是压缩耗能的3倍以上;除受垂度影响较大的1阶模态外,剪切一体化内置阻尼器在最优剪切面积下对各阶振动模态阻尼减振效果基本一致;剪切一体化内置阻尼器支撑结构的刚度保证率均大于80%,可有效发挥阻尼器的设计减振效果;剪切一体化内置阻尼器附加对数衰减率均大于3%,实测振动加速度的减振率达99.6%,可满足大跨度斜拉桥斜拉索减振的阻尼需求。剪切一体化内置阻尼器具有与斜拉索呈一体化构造,减振能力各向同性,景观效果影响小,减振效果优良等特点。

低温等离子体射流处理对硅橡胶材料性能的影响研究

为解决硅橡胶电缆表面印字污染问题,本文提出利用低温等离子体射流对硅橡胶进行表面处理。以交流电源激励针-环结构电极产生氩气等离子体射流,对不同移动速度下的硅橡胶电缆表面进行动态处理,系统研究处理速度对硅橡胶电缆憎水性、沿面耐压和击穿性能的影响,通过SEM和EDS检测硅橡胶表面物理形貌和化学成分变化。结果表明:射流静态处理会导致材料表面温度升高,而动态处理可以显著降低温升。处理后硅橡胶的水接触角和闪络电压均有小幅度下降。随着处理速度增大,硅橡胶的憎水性和电气绝缘性能逐渐恢复。5mm/s处理条件下,硅橡胶表面抗油墨粘接性显著提高。结合物化特性结果可知,等离子体射流处理后硅橡胶表面交联聚合程度提高,界面分子扩散运动受到阻碍,进而降低了硅橡胶表面自黏性能。

电缆附件用硅橡胶的研究进展

介绍了硅橡胶结构与性能的关系和硅橡胶的分类及组成,重点综述了硅橡胶电学性能、导热性能、力学性能的研究进展,并基于硅橡胶电缆附件的研究进展和应用情况,对电缆附件用硅橡胶的未来发展进行了展望。

氯化聚乙烯树脂/氯化再生橡胶通用型电缆绝缘护套的制备

再生橡胶(RR)是由废旧轮胎及其他废弃橡胶经过多次过滤、洗涤、搅拌和机械分离制成的一种合成橡胶,广泛应用于工业生产和日常生活。为实现大量RR的回收利用并制备通用型电缆绝缘保护套,本研究制备了氯化再生橡胶(CRR),采用氯气作为氯化剂,通过水相氯化法完成制备,并将CRR与氯化聚乙烯树脂结合,以提升绝缘保护套的质量。实验结果表明,CRR用量增加时,共混材料的极限氧指数(LOI)和阻燃性能均呈正相关提升,耐老化性能显著,符合通用型电缆绝缘保护套的使用需求,同时具有成本节约的优势,值得推广。

橡胶电缆的连续硫化时间数学模型

橡胶电缆在生产过程中需要经历高温、高压的环境,易出现导体氧化、变色、欠硫等问题,根本原因是硫化工艺参数设置不合理。目前,进口连续硫化设备已经增加了硫化工艺自动计算的功能。为了规范硫化工艺,升级国产设备,提高产品质量和生产效率,根据橡胶硫化原理,文中建立了适用于橡胶电缆硫化时间的数学模型,并经过产品生产工艺验证,证明了其准确性和可靠性,为橡胶电缆生产工艺的技术创新和设备升级提供了科学依据。

TYPE“C”电缆附件测试装置设计

文章介绍了电缆附件(橡胶插拔头)在基础建设的应用发展前景及生产过程中电气性能测试的现状。根据市场应用中对电缆附件电气性能测试的需求,结合实际生产过程中测试遇到的相关问题,文章设计了针对目前应用较多、使用广泛的符合国际规范EN 50181—2010《不包括液体填充变压器在内的设备用1kV到52kV范围为250A到250kA的插入型套管》TYPE“C”界面的电缆附件测试装置。该测试装置在现有多规格组合测试设备种类及样式基础上,对其结构进行了一体化设计,可解决测试中因多产品组合、测试不稳定、使用寿命短、测试成本过高等相关问题。并详细阐述了该新型测试装置结构及设计概念,提高了产品的性能稳定性,便于生产替换,提升了测试效率,并在实际中得到应用验证。

船用丁基橡胶绝缘电缆剩余寿命评估

船用丁基橡胶绝缘电缆在使用中逐渐老化将会导致寿命的缩减,为保证使用中的丁基电缆后续安全运行,有必要对其剩余寿命进行评估。首先采用实验室加速热老化并结合Arrhenius方程,对丁基绝缘新电缆的使用寿命进行预测;然后将新电缆试验数据中的性能失效值作为使用中电缆试验性能失效评判标准值,对使用中的丁基电缆的剩余寿命进行计算,结果表明丁基新电缆和使用中的丁基电缆整体寿命基本一致。对2种电缆的热寿命方程进行误差分析,证明了利用该方法对使用中的电缆的剩余寿命进行评估可靠实用,为使用中的电缆预防性更换提供理论和实践依据。

硅橡胶/胶联聚乙烯界面金属颗粒沿面放电严重程度的评估

硅橡胶绝缘预制型电缆接头由于制作工艺问题在硅橡胶/胶联聚乙烯界面上形成半导电或金属颗粒缺陷最终导致沿面击穿的故障时有发生。探寻硅橡胶/胶联聚乙烯界面金属颗粒沿面绝缘缺陷局部放电的发展过程,可为电缆中间接头放电严重程度的评估提供依据。在35k V电缆中间接头硅橡胶/XLPE界面上设置金属颗粒缺陷,通过逐级升高电压激发出局部放电信号并加速缺陷发展。测量了局部放电起始直至绝缘击穿全过程中的局部放电信号,生成了单位时间内局部放电平均能量、总能量及放电次数共计三个表征参量随时间的变化曲线。基于曲线的发展变化规律,将局部放电发展全过程划分为四个阶段,得到了表征各阶段局部放电重复率及平均放电量相位分布特征的?-n、?-qave二维谱图以及灰度图,从中提取了两个能够表征各阶段局部放电统计规律的特征量。研究结果表明,在预设缺陷局部放电的发展过程中,局部放电相位谱图的形貌特征发生变化,从相位谱图中提取的两个局部放电特征量均呈现单一增大的趋势,且在放电后期增长速率加快。基于对局部放电相位分布特征及特征量变化趋势的综合分析,提出了一种硅橡胶/胶联聚乙烯界面金属颗粒沿面放电严重程度的评估方法。

硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆中间接头内电场分布的影响

为改善交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆中间接头内的电场分布,通过添加纳米填料制备了用于制作电缆接头应力控制体的非线性硅橡胶复合材料。建立了高压直流电缆接头仿真模型,测试了各绝缘材料的电导特性,计算了电缆接头内的电场分布。研究结果表明,70℃时在各场强下未改性硅橡胶的电导率都小于高压直流电缆XLPE绝缘,故电缆接头内的最高场强点位于硅橡胶增强绝缘内,且最大场强远大于电缆本体绝缘的平均场强;以非线性硅橡胶做应力控制体增强绝缘时,超过一定场强后增强绝缘的电导率明显大于XLPE绝缘,保证了电缆接头内最高场强点永远位于XLPE绝缘内,且接近于平均场强。