納米改性技術(shù)可提高傳統(tǒng)材料導(dǎo)熱性能和絕緣性能而被廣泛應(yīng)用。植物絕緣油作為環(huán)保新型液體電介質(zhì),已廣泛應(yīng)用在國內(nèi)配電變壓器中。研究納米植物絕緣油對推廣植物絕緣油變壓器在更高電壓等級應(yīng)用具有重要意義。然而,在納米絕緣油研究方向仍存在諸多難題,其中的三個關(guān)鍵難點問題為:(1)納米粒子能否兼顧植物絕緣油絕緣性能提高其散熱性能問題。(2)植物絕緣油本身分子結(jié)構(gòu)區(qū)別于礦物油,其電導(dǎo)、介質(zhì)損耗較高,缺乏研究納米粒子對其電導(dǎo)與介質(zhì)損耗的影響機制問題。(3)納米粒子對植物絕緣油擊穿影響機制,流注發(fā)展形態(tài)影響問題。作者針對以上三方面問題,對比研究了植物絕緣油的納米改性方法,測量了納米植物絕緣油的導(dǎo)熱和介電特性,獲得了高導(dǎo)熱、低介質(zhì)損耗納米改性植物絕緣油,研究了納米植物絕緣油及油浸紙流注放電發(fā)展過程,揭示了納米粒子提升植物絕緣油絕緣機制。論文主要內(nèi)容有:(1)采用液相剝離法制備的少層氮化硼納米片改性植物絕緣油,并制備納米Fe_3O_4改性植物絕緣油作為對比。通過掃描電鏡和X射線衍射等對納米材料進行表征,并分析了納米粒子在植物絕緣油中分散穩(wěn)定性能。試驗結(jié)果表明,液相剝離法制備的BN納米片和油酸改性的Fe_3O_4納米粒子在植物絕緣油中具有良好的分散穩(wěn)定性;對納米植物絕緣油的導(dǎo)熱性能和電氣性能進行測試,結(jié)果表明BN納米植物絕緣油的導(dǎo)熱系數(shù)提高14%,直流電導(dǎo)率降低了48%,介質(zhì)損耗降低50%。(2)建立了納米BN改性植物絕緣油導(dǎo)熱系數(shù)模型和介質(zhì)損耗模型。運用典型的Maxwell模型、HC模型和Yu模型對納米絕緣油的導(dǎo)熱系數(shù)進行了計算,發(fā)現(xiàn)幾種模型的計算值均遠(yuǎn)小于實際測量值,分析了納米粒子形狀和吸附層因素對納米植物絕緣油導(dǎo)熱系數(shù)的影響,提出了納米植物絕緣油導(dǎo)熱系數(shù)改進模型,將模型計算值與測量值對比具有很好的一致性;對BN納米片和Fe_3O_4納米植物絕緣油的介質(zhì)損耗模型進行了分析,通過研究納米粒子在植物絕緣油中電泳遷移和對植物絕緣油中離子電導(dǎo)的影響,提出了兩種納米植物絕緣油的電導(dǎo)計算模型,從而建立納米植物絕緣油的介質(zhì)損耗近似計算模型。(3)研究了納米粒子對植物絕緣油的流注放電特性的影響。通過高速攝像機及光學(xué)平臺觀測了納米植物絕緣油在正負(fù)雷電沖擊電壓下流注的起始、傳播和擊穿過程,并分析了納米粒子對植物絕緣油流注放電形態(tài)的影響。試驗結(jié)果表明,納米粒子增加了植物絕緣油中的流注放電主通道個數(shù),并降低了預(yù)擊穿下流注發(fā)展的停止長度,且均在100μs~200μs內(nèi)在針尖處出現(xiàn)反向二次流注。納米粒子縮短了植物絕緣油中二次流注停止長度,基于電場空間電荷理論分析了納米粒子對二次反向流注產(chǎn)生的影響。(4)研究了納米粒子對植物絕緣油浸紙板介面流注放電形態(tài)的影響。觀測了正負(fù)雷電沖擊電壓下介面流注發(fā)展的形態(tài),并分析了負(fù)極性流注的發(fā)展、消散和擊穿過程。試驗結(jié)果表明,納米粒子增加了植物絕緣油紙介面流注發(fā)展過程中油中分枝數(shù),30μs后流注開始消散,在140μs前后,三種油樣在消散過程中均出現(xiàn)二次反向流注,基于界面電荷理論分析了納米粒子對油紙絕緣中電場的影響,揭示了納米粒子提高介面擊穿的機制。上述研究工作,將為制備電氣性能優(yōu)良、低介質(zhì)損耗、兼顧絕緣性能提高散熱性能的納米植物絕緣油提供理論支撐與試驗依據(jù)。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TQ645;TM215.4
【部分圖文】：

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文緣油流注的發(fā)展時間要比普通絕緣油的長一倍左右，并且隨著針球雷電沖擊和擊穿時間優(yōu)勢越明顯[54]。但負(fù)極性雷電沖擊下納米油的擊穿時間要小于純油。文獻(xiàn)[55]研究了 TiO2納米礦物油的雷電特性積分?jǐn)?shù) 0.075%下納米礦物油正極性雷電沖擊電壓提高了 23.6%，流低了 34.8%。文獻(xiàn)[25]首次發(fā)現(xiàn)了 Fe3O4納米粒子可以提高植物絕緣極性雷電沖擊電壓，分別提高了 37%和 12%。主要由于植物絕緣油子結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致和納米礦物油的不同結(jié)果。 納米絕緣油流注發(fā)展特性前研究絕緣油放電過程主要研究預(yù)擊穿階段流注發(fā)展過程，通過高析流注起始、傳播發(fā)展的特征[56-58]。液體電介質(zhì)在局部高場強度作用通道，短時間內(nèi)在外部能量注入會產(chǎn)生稱為類似“樹枝”的形狀[59-614]研究了 TiO2和 Fe3O4納米礦物油的正極性下流注發(fā)展特性，如圖 1.5

1 緒 論要支干的長細(xì)絲或樹枝形態(tài)，在極不均勻場下當(dāng)施加電壓介于流注壓間，獲得流注的速度有所增加，介于 1 到 10km/s 之間。 納米絕緣油擊穿機理米絕緣油的工頻擊穿、交流擊穿和雷電擊穿特性都是流注發(fā)展導(dǎo)致理工學(xué)院 Hwang 對納米流體放電過程中的電場進行仿真，如圖 1子在電場的作用下短時間內(nèi)發(fā)生極化，提出納米捕獲電子理論[65, 6納米顆粒表面周圍平均分布著由納米極化產(chǎn)生的正負(fù)電荷，在流注于電子運動的速度要大于正電荷的運動速度，納米粒子吸收快的電電荷，從而降低了納米油中流注發(fā)展速度，增加了納米油的擊穿電

圖 1.7 納米粒子陷阱深度分布圖Fig. 1.7 Simulating calculation of trapping of nanoparticles表 1.4 不同納米絕緣油的擊穿電壓提升百分比Table 1.4 Enhancement of breakdown strength for different nanofluids.納米絕緣油 交流擊穿電壓 直流擊穿電壓 正雷電沖擊電壓TiO2改性礦物絕緣油[51, 55]27% (0.02 wt%) - 23.6% (0.075 vol %Fe3O4改性礦物絕緣油[54, 69]42.8% 21.4%(0.25 vol%) 82.5%Fe2O3改性礦物絕緣油[46]12.8% (0.016 vol%) - -SiO2改性礦物絕緣油[70]17% (0.074 vol%) - -Al2O3改性礦物絕緣油[71]降低 - -ZnO 改性礦物絕緣油[72]8.3% (0.0005 vol%) - -SiC 改性礦物絕緣油[47]降低 - -BN 改性礦物絕緣油[73]28.6% (0.1 wt%) 20% (0.1 wt%) -C60改性礦物絕緣油[72]34% (0.1%) - -

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號：2817684