【摘要】：電力電纜絕緣層老化一直是威脅電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素,近年來,通過將不同納米顆粒添加劑作為填料加入到電纜絕緣層中,研究其對(duì)提高電纜絕緣層抗老化性能的作用,發(fā)現(xiàn)了多種有效的納米填料。但是,對(duì)電纜絕緣層的老化機(jī)理,以及納米填料與電纜絕緣層之間的相互作用機(jī)制卻不清楚,亟待解決。本論文通過第一性原理分別對(duì)二氧化硅及石墨烯納米填料對(duì)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜的抗老化性能的影響進(jìn)行了理論研究。采用密度泛函理論,利用VASP程序包,通過Bader電荷分析、界面吸附能和化學(xué)反應(yīng)過渡態(tài)計(jì)算,對(duì)比了不同納米填料的吸引熱電子能力大小,限制XLPE鏈的移動(dòng)能力強(qiáng)弱以及化學(xué)氫遷移過程發(fā)生的可能性,最終篩選出潛在的納米填料來提高XLPE絕緣電纜的抗老化性能。通過研究不同二氧化硅納米填料與XLPE之間的相互作用發(fā)現(xiàn),完全羥基化、氮摻雜和自然氧空位的二氧化硅均可以不同程度的提高XLPE絕緣電纜的抗老化性能,保護(hù)電纜絕緣層免受熱電子的侵襲,起到保護(hù)電纜絕緣層的作用。然而,一些特殊的改性表面二氧化硅,例如不完全羥基化、硼摻雜和頂層上的氧空位缺陷,會(huì)引起XLPE鏈的氫遷移反應(yīng)和電樹枝生長。通過對(duì)本征、氧化、摻雜和空位缺陷石墨烯納米填料與XLPE之間的研究發(fā)現(xiàn),它們都具有捕捉環(huán)境中的熱電子的能力,并且可以通過范德華相互作用限制聚乙烯鏈的移動(dòng)。由于具有較大的吸附作用和較弱的界面化學(xué)活性,氮摻雜的單空位缺陷石墨烯被預(yù)測為最好的添加劑(吸附能為-0.46 e V)。本文的研究進(jìn)一步從理論方面揭示了納米填料提高電纜抗老化性能的機(jī)理,并為電纜絕緣層添加劑的設(shè)計(jì)和將來的實(shí)驗(yàn)研究提供重要的理論指導(dǎo)。
【圖文】：

圖 1-1 XLPE 絕緣電纜結(jié)構(gòu)圖負(fù)荷的不斷增加，較早投入使用的電纜的絕緣層已經(jīng)出絕緣材料的性能發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的改變，性能大大降低，威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[10-13]。電纜絕緣層常見的老化原5]：：XLPE 絕緣電纜在長期高溫環(huán)境下工作，由于長期過、熔化等氧化質(zhì)變，影響材料的電氣特性(介電常數(shù)、絕(機(jī)械強(qiáng)度、延展性、彈性、交聯(lián)度、耐老化)和其他性質(zhì)成絕緣層被擊穿。同時(shí)，熱老化越嚴(yán)重，絕緣層表面的，也會(huì)加速絕緣層老化。電(partial discharge, PD)：局部放電是指外加電壓產(chǎn)生的層發(fā)生放電的部分被擊穿，降低絕緣強(qiáng)度。局部放電會(huì)分子結(jié)構(gòu)，伴隨的氧化分解反應(yīng)產(chǎn)生的臭氧遇水會(huì)生成，，加速絕緣層被損壞的過程。傷：在電纜的安裝鋪設(shè)過程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生渦流

表 1-2 多種類型的電纜絕緣層填料分類學(xué)結(jié)構(gòu) 填料動(dòng)物 絲綢、羊毛、頭發(fā)礦物 石棉纖維素 木材、種子、葉子、水果、秸稈、韌皮無機(jī) 氧化物：TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO、MgO、氫氧化物：Al(OH)3、Mg(OH)2金屬：鋁、金、銀、硼、錫、銅、鋼硅酸鹽：石棉、滑石、云母、納米粘土、鹽：CaCO3、BaSO4、CaSO4碳化物和氮化物：AlN、BN、SiC有機(jī) 碳和石墨纖維和薄片、碳納米管、炭石墨烯、氧化石墨烯天然聚合物：纖維素和木纖維、棉花、亞、合成聚合物：芳族聚酰胺、聚酯、聚酰胺、聚
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1;TM247

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2695972