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电力设备绝缘介质的环保替代是近年来的热点问题，目前相关研究大都是针对环保绝缘材料本身性能的优化提升，对其实际应用在配电设备中可行性的关注相对较少。对此，首先对比了配电网台区关键设备用环保绝缘介质与传统绝缘介质的性能差异，接着采用环保绝缘介质设计制造了配电变压器、开关柜、电力电缆并评价了其电气性能，最后构建了基于环保型电力设备的配电网台区。结果表明，基于植物绝缘油、C4F7N/CO2（全氟异丁腈/二氧化碳）混合气体、聚丙烯电缆料制备的环保型电力设备在性能上与传统绝缘设备接近，可满足配电网电力设备的使用需求，验证了采用环保型绝缘介质生产的电力设备的实用性以及各设备间的匹配性，可为国内环保型配电网的...

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聚丙烯 配电网台区 全氟异丁腈 植物绝缘油

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随着输送容量的增大,电压等级的上升,超高压直流电缆的绝缘性能要求越来越高。在国产化±535kV直流电缆的开发中,如何有效评价绝缘材料的电性能成为一个难点。文中研究了几种不同绝缘材料的平板试样、模型电缆和真型电缆的电性能评估方法,发现:平板试样的电性能测试难以表征材料成缆后的电性能,与成缆后的旋切片性能测试差异较大,而模型电缆采用等场强原理设计,其性能测试最接近实际电缆,能有效反映电缆绝缘材料的介电性能、可加工性能等综合耐电性能。因此建议采用模型电缆作为平板试样与真型电缆之间过渡评价的关键一环,有效地弥补平板试样评价真型电缆电性能的不足;此外,直流电缆料的电导率温度参数与附件材料的电导率温度参数...

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高压直流电缆 介电强度 绝缘材料 模型电缆 有限元仿真

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本发明提供了一种高压直流聚丙烯电缆料，包括以下重量份数的组分：100份共聚改性聚丙烯料和0.5‑1份抗氧剂。本发明中的高压直流聚丙烯电缆料采用石化装置直接生产的共聚聚丙烯为绝缘料，并加入抗氧剂，具有优异的力学性能和电气性能，可替代交联聚乙烯作为高压电缆的绝缘材料，且共聚聚丙烯为热塑性材料，环境友好，电缆退役后可回收再利用，减少了电缆料的使用成本。

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氧指数法是评价无卤阻燃电缆料阻燃性能的常用方法,但近年来的研究表明,不论对电缆还是材料,其垂直燃烧特性与氧指数并无一致的对应关系。使用锥形量热分析、垂直燃烧性能测试、氧指数测试、TGA等测试方法研究无卤阻燃电缆材料的燃烧性能,并研究极限氧指数(LOI)、垂直燃烧总余焰时间(T_f)与锥形量热仪测试参数间的相关性。结果表明:LOI与T_f的相关系数仅为-0.60,显著性水平为0.150,故用LOI直接表征材料的垂直燃烧阻燃性能可能会引起较大误差;火灾逃逸指数(FPI)与T_f的相关系数高达-0.92,显著性水平小于0.01,所以可以采用FPI表征材料的垂直燃烧特性,也可用T_f来预示材料在真实火...

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垂直燃烧特性 无卤阻燃 显著性水平 相关系数 氧指数

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氧指数法是评价无卤阻燃电缆料阻燃性能的常用方法,但近年来的研究表明,不论对电缆还是材料,其垂直燃烧特性与氧指数并无一致的对应关系。使用锥形量热分析、垂直燃烧性能测试、氧指数测试、TGA等测试方法研究无卤阻燃电缆材料的燃烧性能,并研究极限氧指数(LOI)、垂直燃烧总余焰时间(T_f)与锥形量热仪测试参数间的相关性。结果表明:LOI与T_f的相关系数仅为-0.60,显著性水平为0.150,故用LOI直接表征材料的垂直燃烧阻燃性能可能会引起较大误差;火灾逃逸指数(FPI)与T_f的相关系数高达-0.92,显著性水平小于0.01,所以可以采用FPI表征材料的垂直燃烧特性,也可用T_f来预示材料在真实火灾中的燃烧行为。

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垂直燃烧特性 无卤阻燃 显著性水平 相关系数 氧指数

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一种聚丙烯基高压直流电缆料及其制备方法，按质量份数计，含β成核剂的等规聚丙烯10～50份，乙烯丙烯嵌段共聚聚丙烯50～90份以及抗氧剂0.10.5份；其中，含β成核剂的等规聚丙烯与乙烯丙烯嵌段共聚聚丙烯的质量份数之和为100份，含β成核剂的等规聚丙烯中β成核剂的质量分数为0.3％～1％。本发明通过采用添加β成核剂以及等规聚丙烯与嵌段聚丙烯共混的办法制备含β晶体的共混聚丙烯材料通过EPC与β‑iPP的共混，解决等规聚丙烯脆性大，低温冲击差以及EPC的介电击穿强度低的问题，提供一种绿色可回收同时力学、电学性能良好的的可替代XLPE的聚丙烯基直流高压电缆材料。

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交联聚乙烯（XLPE）因其优异的电气绝缘性能和理化性能，被广泛运用于电力系统中。我国工业和经济飞速发展，对电缆的需求日益增长，而国产电缆料的电压等级较低，220kV及以上的高压电缆料主要依赖进口，只有少部分厂家可以生产，且在性能方面与国外电缆料仍存在一定差距。因此，研究国内外220kV电缆材料的性能差异及原因，对国产电缆材料的性能提升具有重要意义。 本文以两种进口和一种国产的XLPE绝缘料为研究对象，研究了不同XLPE绝缘料介电性能和热力学性能的差异，并对微观结构进行了表征和分析。结果表明，进口绝缘料X2#的击穿场强（122.26kV/mm）较大，介电常数和损耗较小，且断裂伸长率（760.67%）和拉伸强度（24.71MPa）较大。热性能测试结果表明，进口绝缘料X2#和国产绝缘料X3#的热稳定性较好，三种绝缘材料的导热性能基本相同。分析认为，X2#的结晶度（41.12%）较大，无定型区域较小，且聚合物中深陷阱密度较大（1.21021m-3），陷阱能级较深（1.1eV），载流子在材料内部输运受到抑制，从而使得击穿通道难以形成。此外，X2#的结晶度和分子量都较大，分子间作用力较强，使得材料中分子结构稳定，表现出较好的热力学性能。 本文研究了两种进口和一种国产的220kV半导电屏蔽料，并对材料的介电、热力学性能和显微形貌进行了测试和表征。结果表明，高温条件下，屏蔽料的电阻率急剧增大，表现出正温度系数效应，相同温度下，国产屏蔽料P3#的电阻率最小，PTC效应较小，而导热性能较差。国产屏蔽料P3#的热裂解活化能较小，热稳定性和热延伸性能较差。力学性能结果表明，进口屏蔽料P2#的断裂伸长率（297.60%）较大，而拉伸强度（15.3MPa）较小。这主要是因为当温度升高时，掺杂高导电、导热炭黑的聚合物基体受热膨胀，炭黑粒子的间距增加，表现出较高的电阻率。P2#的炭黑含量较大，结晶度较低，导致较低的拉伸强度，P3#的交联度较低，分子结构不稳定，抗张能力弱，使得其热延伸性能较差，热稳定性较差。分析碳含量和导电、导热性能的关联性发现，P2#掺杂的炭黑导电性较差而导热性能较好。 因此，制备XLPE绝缘料时，可以通过提升电缆材料的分子量，改善交联工艺来提升交联度，改善结晶性能，从而进一步提高材料的介电性能和热力学性能。对于国产半导电屏蔽料而言，可以通过改性获得高导电、导热的炭黑材料，掺杂少量炭黑获得较好的导电和导热性能，有效地减小电缆内部的损耗和电场畸变，并提升材料的力学性能和热学性能。

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220kV 电压等级 导电材料 陷阱分布特性 正温度系数效应

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大容量远距离输电、跨海输电、分布式新能源发电并网都需要高压直流输电。直流输电已经成为电网建设的关键环节，高压直流电缆将成为直流输电的关键电力设备。然而，高压直流挤出电缆绝缘料被国外企业长期垄断，我国目前并不能大批量生产质量稳定可靠的高压直流电缆用绝缘料。因此现阶段亟需研发具有我国自主知识产权的新型直流电缆料以提升电力设备的国产化率，推进直流输电建设。而研发直流电缆绝缘料的基础问题在于对交联聚乙烯直流绝缘特性的分析。为了应对直流电缆料未来的发展趋势，纳米复合电介质作为第三代绝缘材料是该领域的重要研发方向。本论文以直流电缆用交联聚乙烯绝缘材料为应用背景，研究了交联聚乙烯及其不同种类纳米复合材料的直流绝缘特性，分析了直流绝缘特性与体陷阱参数和聚集态结构等的关联。 为探究进口直流电缆用交联聚乙烯绝缘料高纯净度的本质，本文对比分析了高压直流电缆用交联聚乙烯（DC-XLPE）与高压交流电缆用交联聚乙烯（AC-XLPE）的纯净度差异，及其所导致的聚集态结构、陷阱特性与直流绝缘特性的差异。基于氧化诱导期和红外光谱分析得出AC-XLPE中的抗氧化剂含量明显高于DC-XLPE。AC-XLPE中抗氧化剂的成核作用导致球晶尺寸较小（10~20 m），而DC-XLPE则有更大的球晶尺寸（20~30 m）。AC-XLPE较高的羰基等极性基团含量和较大的球晶/无定形区界面区域体积分数等因素导致了其深陷阱能级（1.09 eV）和密度要明显大于DC-XLPE（0.89 eV）。深陷阱能级与电导率活化能数值相等，陷阱特性的差异是导致两者呈现出不同的电导率温度特性的原因。抗氧化剂能够提供负电荷陷阱，使得AC-XLPE在直流场下有负电荷积聚。DC-XLPE较高的纯净度使其具有更优异的直流绝缘特性。基于此建立了电荷陷阱对直流绝缘特性的评价方法与调控机制。 本文获得了纳米粒子表面处理对XLPE/TiO2复合体系直流绝缘特性的影响。引入纳米TiO2能够抑制同极性电荷注入，提高直流介电强度，降低电导率。粒子表面处理对这些性能提升具有正协同作用。通过偶联剂对纳米粒子表面改性可以改善纳米粒子的分散性，减少了团聚点的数量，抑制了交互区的重叠，导致了试样陷阱能级更深。本文将高锰酸钾/浓硫酸腐蚀复合试样的方法用于纳米复合电介质的微观观测，可以直观获得纳米粒子的分散性、分布状态以及纳米粒子和球晶之间的位置关系。在此基础上，提出了半结晶聚合物基纳米复合电介质中纳米粒子的不均匀分布状态模型，其分布可划分为与聚集态结构相关的四个区域，即无定形区，球晶与无定形区的界面区域，成核中心，片晶间区域。基于不均匀分布状态提出了修正的纳米粒子交互区重叠模型，着重考虑位于界面区域的纳米粒子交互区重叠的影响。此模型下，交互区开始发生重叠的纳米粒子临界含量将明显减小，纳米粒子含量和球晶尺寸的乘积为与纳米粒子临界间距相关的定值。 本文对比分析了金属氧化物（MgO）、金属氢氧化物（Al(OH)3）和片状纳米粒子（BN）三种纳米填料对XLPE直流绝缘特性、聚集态结构与体陷阱特性的影响。不同种类的纳米粒子能够调控出XLPE复合介质不同的深/浅陷阱特性，从而影响复合介质的直流电荷输运特性。XLPE/Al(OH)3以引入浅陷阱（0.25 eV，0.39 eV）为主，XLPE/BN以引入深陷阱（1~3 eV）为主，而XLPE/MgO同时引入了深陷阱（大于1 eV）和浅陷阱（0.63~0.72 eV）。XLPE/MgO和XLPE/BN的空间电荷特性相比XLPE得到改善，深陷阱导致同极性电荷注入被抑制。而XLPE/Al(OH)3有更多的同极性电荷注入，连续的极性反转能够破坏介质表面，导致更多的同极性电荷注入。不同的陷阱特性使得XLPE/MgO和XLPE/Al(OH)3表现出了不同的电导率温度特性。纳米复合电介质引入陷阱后表现出的直流绝缘特性更加全面地论证了电荷陷阱行为对直流绝缘特性的调控机制。 不同种类的纳米粒子经过适当的表面处理与制备工艺，均能够改变复合电介质的聚集态结构，体现在球晶尺寸、无定形区比重、结晶度等参数上。表现为随着纳米粒子含量的增加球晶尺寸明显减小，且呈现出不同的无定形区比重。由此发现了纳米复合电介质的高直流击穿特性与聚集态结构有显著相关性。提出了纳米复合交联聚乙烯的直流击穿场强与球晶尺寸的“钟型”曲线；提出了无定形区比重与直流击穿场强的显著相关性，进而解释了不同纳米复合体系击穿场强的变化规律。聚集态结构也影响了不同温度下的击穿场强变化趋势，导致在约80oC温度时出现“交叉现象”。

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电荷陷阱 交联聚乙烯 聚集态结构 纳米电介质 直流绝缘

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一种阻燃电缆料用的有机硅多功能改性母料及其制备方法，按照质量份数计，包括90～120份的硅橡胶，35～60份的乙烯‑醋酸乙烯聚合物，35～55份的聚烯烃接枝马来酸酐，40～120份的有机脂肪酸盐，80～110份的白炭黑以及10～65份的金属氧化物。通过高速混合器将金属氧化物、白炭黑混合均匀，得到混合料A；再将硅橡胶、乙烯‑醋酸乙烯聚合物、聚烯烃接枝马来酸酐、有机脂肪酸盐和混合料A依次投入到密炼机中进行密炼即可。本发明能大幅度地提高材料的氧指数，改善材料燃烧时的滴落现象，阻燃增效作用显著；可改善材料的力学性能，抗开裂性能和低温下的柔软性；能改善材料的加工性能，制备方法简便，成本低。

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高压直流电缆运行中的温度梯度效应导致电缆外绝缘层场强严重畸变，降低了绝缘的电气强度和使用寿命。在聚乙烯纳米复合材料的基础上，添加适量的交联剂、抗氧剂等制备了新型高压直流交联聚乙烯料，对其力学性能和电性能进行测试，并将其与国外主流XLPE直流电缆绝缘料的空间电荷积聚与场强畸变特性进行对比分析。结果表明：新型高压直流交联聚乙烯电缆料的性能优于国外主流XLPE直流电缆绝缘料，有望用于国产高压直流电缆。

Keyword ：

电缆绝缘料 空间电荷 温度梯度 性能

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