本篇文章目录导航：[]硅橡胶复合材料电气性能探讨[第一章][第二章]硅橡胶基纳米复合材料的制备与电老化实验方法[第三章]电老化对硅橡胶复合材料电导率和击穿特性的影响[第四章]电老化对硅橡胶基纳米复合材料空间电荷特性的影响[结论-参考文献]硅橡胶合成材料电化性能探析结 更多精彩就在： 51免费论文网|www.jxszl.com 
论与参考文献第1章绪论1.1课题时代及探究目的和意义.随着电力行业的快速发展和科技进步,高压直流输电技术得到了越来越多的关注和发展[1-4.相比于传统的交流输电技术,高压直流输电技术主要具有以下优势：在输送功率相同的情况下,直流输电相比于交流输电所消耗的能量更少,节约能量；在输送相同容量的电能情况下,直流输电相比于交流输电所需导线数量更少,节省投资；同时,输送距离更远,更易实现电网异步互联,安全性更高.所以,高压直流输电技术广泛应用在远距离大容量输电.远距离跨海供电.大城市地下电缆及异步交流系统互联等特殊场合[5-8].直流电缆与直流电缆附件作为直流输电中的重要组成部分,其探究与发展极其重要[9,10].电缆作为输电的载体是输配电系统中不可或缺的重要组成部分,高压直流输电技术已经历了近60年的发展,直流电缆从最早期的浸渍纸绝缘和充油电缆逐渐向塑料直流电缆过渡,相比于浸渍纸绝缘电缆和充油电缆,交联聚乙烯绝缘高压直流电缆(塑料直流电缆的一种)具有易于制造.工作温度高.重量轻.附件结构简单.安装和维护方便.无油泄漏风险等优点,近年来在国内外的应用逐渐增多[11-15].在电力电缆传输系统中,电缆附件作为电力电缆传输系统中的重要组成部分而受到关注,电缆附件可以分为电缆终端和电缆中间接头,其中电缆终端主要用于电缆与架空线.母线或开关设备的连接,电缆中间接头主要用于两条电缆的连接.当电缆附件在直流作用下稳态运行时,绝缘结构中场强分布与材料体积电导率成反比,在XLPE绝缘高压直流电缆终端中,以硅橡胶绝缘作为增强绝缘时,硅橡胶增强绝缘的电导率小于电缆XLPE绝缘,因而以普通硅橡胶为增强绝缘的高压直流电缆终端中的高电场强度区域位于硅橡胶增强绝缘内,通常情况下高压直流电缆XLPE绝缘的击穿强度远大于硅橡胶绝缘,所以,以普通硅橡胶作为增强绝缘的XLPE绝缘高压直流电缆终端内的电场分布不合理,根据电缆抢修记录剖析可知,电缆附件的故障率非常高,大约占整体故障的80%,因此,电缆附件的稳定运行情况是电力电缆能否正常运行的重要影响因素[16-20].硅橡胶由于其良好的电气绝缘特性.易于加工制造成型.工作温度区间大等优点被广泛应用于高压直流电缆附件中,所以,硅橡胶的性能直接影响到电缆附件是否能稳定.安全的运行.在直流电场下,场强的分布主要与材料的电导率成反比,已有探究表明以固体硅橡胶为基体,纳米石墨.纳米炭黑所制成的硅橡胶纳米复合材料具有电导非线性,当使用这种纳米复合材料作为高压直流电缆附件的增强绝缘时,在电缆附件正常运行条件下,硅橡胶纳米复合材料的电导率始终高于电缆本体绝缘交联聚乙烯的电导率,使高电场区域始终位于电缆本体绝缘中,因而硅橡胶纳米复合材料可以代替普通硅橡胶作为电缆附件增强绝缘,以达到使电场分布更合理的效果[21-25].虽然硅橡胶纳米复合材料解决了高压直流电缆附件中电场分布不合理的问题,但是在其实际应用过程中,不可避免会受到电.热等因素的长期影响而导致材料发生老化,使其性能受到一定程度的劣化,从而影响电缆附件的正常使用,进而影响直流电缆的输电稳定性[26-28].导致硅橡胶纳米复合材料发生老化的因素有很多,而电老化便是其中主要的一种.所以,需要探究硅橡胶纳米复合材料的电老化特性,并剖析电老化机理.1.2国内外探究现状.1.2.1聚合物基非线性复合材料探究进展.VirsbergLG等人最早提出采用介电性能对电场强度具有依赖性的非线性复合材料改善电场分布的观点[29.VarlowBR等人发现以氧化锌.碳化硅作为填料制成的复合材料具有电导非线性,且随着掺杂含量的不同,复合材料的电导非线性呈现不同的结果[30,31].Tetsushi等人以聚丁二烯树脂为基体,分别向其中添加碳化硅和氧化铁粉末,测试复合材料的电导特性,实验结果表明碳化硅是导致复合材料电导率呈非线性变化的根本原因,且氧化铁的掺杂质量对复合材料的阈值场强有明显提高的效果[32].JayaramSH等人发现,在钛酸钡/硅橡胶复合材料中加入一定质量的铝粉后可以明显提高该复合材料的相对介电常数,而复合材料的电导率变化不大,与未加入铝粉前保持在同一数量级,该复合材料一般被应用在高压套管上,达到均化法兰附近的电场的效果[33].ABB等公司的探究人员分别探究了不同种类的填料制成的复合材料的非线性,成功研制出内部含有非线性复合绝缘材料的交联聚乙烯绝缘高压直流电缆接头,并与电力电缆配合成功通过型式试验,投入到生产当中[34,35].从2004年开始,学者开始对非线性复合材料进行制备与探究,并初步得出无机填料的种类与含量等因素对复合材料的影响.胡军等人向硅橡胶中添加一定质量的氧化锌压敏陶瓷,制备得到不同含量的氧化锌/硅橡胶复合材料,通过探究发现,当复合材料中的氧化锌含量超过30%时,材料呈现出很好的非线性电导特性[36].韩宝忠等人向硅橡胶中添加不同粒径尺寸.种类.含量.晶型的碳化硅制成碳化硅/硅橡胶复合材料,通过探究发现,复合材料的电导率随着碳化硅含量的增多而逐渐升高,当材料中碳化硅含量增加到一定值后,复合材料的导电机理发生改变,同时发现,当材料中碳化硅含量相同时,不同粒径尺寸的碳化硅对复合材料的电导特性有很大的影响,纳米级碳化硅的效果明显好于微米级碳化硅[37].尚康良等人通过探究发现,通过向硅橡胶基体中添加不同种类无机材料,使其具有非线性电导特性,从而当硅橡胶材料应用于电缆附件增强绝缘时,其电导率可以与电缆本体交联聚乙烯绝缘电导率相配合,通过实验发现,当工作温度为常温时,改性后的硅橡胶材料的电导率大约是交联聚乙烯的20~30倍,当工作温度为高温时,改性后的硅橡胶材料的电导率大约是交联聚乙烯的10倍左右,通过对电缆附件模型进行仿真发现,对材料的改性处理使直流电缆附件的高压屏蔽管以及应力锥根部的电场强度均在理论要求值范围内[38].1.2.2聚合物材料老化探究进展.在聚合物老化过程中,国内外学者通过许多探究方法判断老化程度和剖析老化机理,主要有电导率测试.击穿测试.空间电荷测试.热刺激电流法(TSC)及傅立叶红外光谱(FTIR)等.K.C.Kao和屠德民等人探究发现聚合物电老化陷阱模型,并通过大量实验得到验证[39]；S.S.Bamji通过大量实验探究发现聚合物的电老化主要是由电荷在进入陷阱过程中发出的紫外光引起聚合物内部结构的降解所导致[40]；Idea则通过TSC/TSL联合谱得到聚合物电老化过程中陷阱的形成与分子链运动形式的关系[41].Takahiro等人测试了在电场长期作用下,纳米二氧化硅对环氧树脂表面电腐蚀程度的影响,实验采用针-板电极.老化条件设定为老化电压4kV,老化时间480h.1440h.探究发现,当电老化480h后,纳米二氧化硅/环氧树脂的电腐蚀程度明显小于纯环氧树脂.当电老化1440h后,纳米二氧化硅/环氧树脂的电腐蚀程度变化不明显,而纯环氧树脂的电腐蚀程度变化较大,约为纳米二氧化硅/环氧树脂的6倍,所以,在电场长期作用下,纳米二氧化硅可以提高环氧树脂的耐电腐蚀能力[42].尹毅等人通过对纯聚乙烯及添加一定质量所制成的聚乙烯复合材料进行空间电荷的测试来探究聚乙烯的老化程度,实验结果表明,纯聚乙烯和含电压稳定剂的聚乙烯复合材料的试样在不同时间的电老化过程中,空间电荷出现新的峰值,并且正负电荷峰出现分离及重叠,而且,随着老化时间的增长,纯聚乙烯及聚乙烯复合材料内部积聚的空间电荷量都增多,但由短路图可知,含电压稳定剂的聚乙烯复合材料的试样老化程度小于纯聚乙烯试样[43].周远翔等人探究在电老化过程中,直流电场作用下,聚合物空间电荷特性的变化,结果表明,在电老化整体过程中,聚合物内空间电荷特性主要表现为同极性电荷的注入及积聚,并且随着老化时间的增加,聚合物电老化程度加深,积聚的电荷量增多,去极化电荷的消散速度降低,同时陷阱密度和深度都在增大[44].1.3论文主要探究内容.本文向硅橡胶基体中按比例加入纳米石墨.纳米炭黑颗粒,制得硅橡胶基非线性复合材料,并分别对纯硅橡胶和硅橡胶纳米复合材料进行电老化实验,具体内容如下：(1)利用开炼机制备纯硅橡胶和硅橡胶纳米复合材料试样,将试样放入老化实验装置,老化时间分别为720h.1440h和2160h.(2)测试纯硅橡胶和硅橡胶纳米复合材料的电导率,探究不同老化时间.不同温度下纯硅橡胶和硅橡胶纳米复合材料的电导特性,并对实验结果进行对比剖析,比较两种材料的电导率在老化后的变化程度；(3)测试纯硅橡胶和硅橡胶纳米复合材料的击穿场强,探究不同老化时间.不同温度下纯硅橡胶和硅橡胶纳米复合材料的击穿特性,并对实验结果进行对比剖析,比较两种材料的击穿场强在老化后的变化程度；(4)采用PEA方法测量不同老化时间的纯硅橡胶和硅橡胶纳米复合材料内部空间电分布情况,剖析探究不同老化时间对两种材料空间电荷特性的影响,并对实验结果进行对比剖析,比较两种材料的空间电荷特性在老化后的变化程度.
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