【摘要】：擊穿場(chǎng)強(qiáng)、電樹(shù)枝起始電壓以及生長(zhǎng)長(zhǎng)度是表征聚合物絕緣材料耐電行為的重要指標(biāo)。聚合物材料中的電樹(shù)枝化本質(zhì)上是一種局部損傷,材料產(chǎn)生電樹(shù)枝以后,可能不會(huì)立即導(dǎo)致?lián)舸┬袨�。但是電�?shù)枝長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展后會(huì)導(dǎo)致材料最終發(fā)生擊穿,這是一種長(zhǎng)時(shí)擊穿行為,與短時(shí)擊穿屬于不同范疇。目前,對(duì)聚乙烯納米復(fù)合材料的擊穿特性和電樹(shù)枝特性的研究較多,但是關(guān)于聚乙烯納米復(fù)合材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電樹(shù)枝特性之間的關(guān)系研究較少。因此,研究無(wú)機(jī)納米粒子填充低密度聚乙烯(LDPE)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電樹(shù)枝化之間的關(guān)系,對(duì)聚合物絕緣材料的耐電特性具有重要意義。本文采用針板電極系統(tǒng)引發(fā)電樹(shù)枝,設(shè)置針板距離為2.50mm、2.50±0.01mm、2.50±0.02mm、3.00mm、3.00±0.01mm、3.00±0.02mm、4.00mm、4.00±0.01mm、4.00±0.02mm的LDPE試樣進(jìn)行電樹(shù)引發(fā)實(shí)驗(yàn),分析得出針板距離的變化以及針板之間的距離精度對(duì)電樹(shù)起始電壓的影響;利用掃描電鏡觀測(cè)結(jié)合MATLAB編程求取針尖曲率半徑,分析針尖曲率半徑的變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,確定電極的制備工藝和針尖曲率半徑的最佳范圍。制備LDPE、Si O2/LDPE和Mg O/LDPE復(fù)合材料進(jìn)行電樹(shù)引發(fā)與生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)以及其擊穿實(shí)驗(yàn),確定材料的電樹(shù)枝起始電壓、生長(zhǎng)長(zhǎng)度及擊穿場(chǎng)強(qiáng)。結(jié)果表明,材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)和電樹(shù)起始電壓在填充納米后均較純LDPE有所提高,且Si O2/LDPE提高更多,填充納米后的復(fù)合材料對(duì)電樹(shù)枝的生長(zhǎng)均有抑制,且2%含量最為顯著。對(duì)Si O2/LDPE和Mg O/LDPE復(fù)合材料的特征電樹(shù)起始電壓與其特征擊穿場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行皮爾遜(Pearson)相關(guān)性分析,結(jié)果得出不同納米含量的聚乙烯納米復(fù)合材料的電樹(shù)起始電壓與擊穿場(chǎng)強(qiáng)呈較強(qiáng)正相關(guān),但通過(guò)對(duì)比分析拉伸強(qiáng)度與特征擊穿強(qiáng)度、特征電樹(shù)起始電壓的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)聚乙烯納米復(fù)合材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)、電樹(shù)起始電壓與機(jī)械強(qiáng)度沒(méi)有相關(guān)性。并對(duì)兩種聚乙烯復(fù)合材料的生長(zhǎng)特性與其擊穿場(chǎng)強(qiáng)關(guān)系進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)電樹(shù)生長(zhǎng)長(zhǎng)度與擊穿場(chǎng)強(qiáng)之間并無(wú)較強(qiáng)相關(guān)性。
【圖文】：

e) 2%MgO/LDPE f) 3%MgO/LDPE圖 2-1 納米 SiO2/LDPE 及 MgO/LDPE 復(fù)合材料 SEM 圖像Fig. 2-1 SEM image of nano-SiO2/LDPE and MgO/LDPE composites通過(guò)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于進(jìn)行了表面處理的納米顆粒制備得到的SiO2/LDPE 和 MgO/LDPE 復(fù)合材料，均有隨摻雜量的增加，納米顆粒分散不均和團(tuán)聚有趨于明顯和嚴(yán)重的現(xiàn)象。經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理過(guò)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3%納米粒子分散程度略低于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%時(shí)的情況。此外從圖 2-1 中還能夠看出六種納米顆粒的尺寸均在 100nm 至 200nm 之間。2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試方法2.2.1 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡主要是用來(lái)觀察試樣的表面形態(tài)，其原理是利用二次電子信號(hào)成像。儀器產(chǎn)生的高能電子束照射物質(zhì)的表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生透射電子、二次電子、背散射電子、X 射線、電子-空穴對(duì)、特征 X 射線和連續(xù)譜等效應(yīng)。掃

1-地電極；2-固定螺栓；3-螺絲柱；4-試樣固定絕緣板；5-高壓電極6-固定試樣銅棒；7-試樣圖 2-2 多試樣電極裝置Fig. 2-2 Electrodes device of multiple samples頻交流擊穿測(cè)試方法文依據(jù) GB/T1408.1-2006 標(biāo)準(zhǔn)電極系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電極由兩個(gè)金，邊緣倒成半徑為 3mm 的圓弧，上電極直徑為 25mm，下電極接地的平板電極，兩電極同軸放置并將整個(gè)電極系統(tǒng)以及試樣放中。根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式 E=U/d 計(jì)算擊穿場(chǎng)強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)采用的試樣110μm，直徑為 100mm 的圓片，試樣采用平板硫化機(jī)壓制好后，一步烘干 24h，設(shè)置溫度為 80oC。并進(jìn)行預(yù)處理，以消除材料在境條件不同帶來(lái)的影響。實(shí)驗(yàn)中，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的試樣每組測(cè)試低實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分散性。實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)壓器以 1kV/s 的速度勻速升壓，，裝置發(fā)出報(bào)警即材料發(fā)生擊穿時(shí)，記錄此時(shí)的擊穿電壓 U，取出儀測(cè)出擊穿點(diǎn)的試樣厚度，得到擊穿場(chǎng)強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM21;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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2 周利軍;成睿;江俊飛;彭倩;王東陽(yáng);曾原_";;局部氣壓對(duì)交聯(lián)聚乙烯電纜電樹(shù)枝生長(zhǎng)特性的影響[J];高電壓技術(shù);2015年08期

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4 蘭莉;吳建東;紀(jì)哲強(qiáng);王俏華;李U

本文編號(hào)：2697634