本文關(guān)鍵詞：改善不均勻電場的非線性復合材料研究進展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第40卷 第3期：637-647 2014年3月31日

DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.2014.03.001

高電壓技術(shù)

High Voltage Engineering Vol.40, No.3: 637-647

March 31, 2014

改善不均勻電場的非線性復合材料研究進展

何金良，謝竟成，胡 軍

（清華大學電機工程與應用電子技術(shù)系電力系統(tǒng)及發(fā)電設備控制和仿真國家重點實驗室，北京100084）

摘 要：電場分布不均勻現(xiàn)象是高壓電力絕緣設備及部件廣泛存在的難題，給高壓設備的設計、制造帶來很大的技術(shù)難度和成本，并且危及設備長期運行的安全可靠性。采用具有與外加電場相關(guān)的非線性壓敏電導或介電特性的復合材料，可以實現(xiàn)材料性能參數(shù)與空間電場大小的自適應匹配，達到智能地改善絕緣介質(zhì)空間電場分布均勻性的效果。為此，詳細綜述了用于改善電力絕緣不均勻電場分布的非線性電導復合材料在國際上的基礎(chǔ)和應用研究成果，并指出了該領(lǐng)域預期的發(fā)展方向是研究兼具非線性電導和介電特性的“smart”復合材料，實現(xiàn)自適應調(diào)控電力設備內(nèi)部的電場分布。另外迫切需要揭示納米顆粒與絕緣材料的界面特性及界面模型，為進一步調(diào)控絕緣材料的電場特性等提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：不均勻電場；復合材料；非線性電導；非線性介電；無機納米顆粒；納米復合技術(shù)；材料改性

Progress of Nonlinear Polymer Composites for Improving Nonuniform Electrical Fields

HE Jinliang, XIE Jingcheng, HU Jun

(State Key Laboratory of Control and Simulation of Power System and Generation Equipments, Department of Electrical Engineering,

Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Abstract：Non-uniform electrical field widely existing in insulation components of power systems brings about great technical difficulty and additional cost, as well as potential harm to reliability of power equipment. The polymer compo-sites with nonlinear conductivity or permittivity that depends on applied electrical fields can smartly smooth the non-uniform electrical fields in insulation components of power systems through fitting material parameters with the electrical fields. We have summarized the worldwide progress and achievements in researching nonlinear polymer com-posites for improving non-uniform electrical fields in detail. Furthermore, we think that the “smart” polymer composites, which have both nonlinear conductivity and nonlinear permittivity, should take the lead so as to adaptively adjust and control the inner electric field distribution of power equipment. On the other hand, the characteristics and models of the interface between nanoparticle and polymer should be revealed, to provide fundamental theory support for further tailor-ing the electrical field property of composite polymers.

Key words：nonuniform electric field; polymer composite; nonlinear conductivity; nonlinear permittivity; inorganic na-no-particle; nanocomposite technology; material modification

0 引言

在高壓、超高壓乃至特高壓交直流輸變電系統(tǒng)(簡稱為高壓輸變電系統(tǒng))中，絕緣是其核心問題之一，系統(tǒng)電壓等級越高，絕緣問題的重要性和困難度越加顯著。高壓輸變電系統(tǒng)中的絕緣設備或部件，其自身所承受的電場分布往往極不均勻，例如輸電電纜終端的絕緣部分、各種絕緣子的高壓端部分等，所承受的電場強度要遠遠超出整體電場強度的平均———————

基金資助項目：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃) (2014CB239504)；國家自然科學基金(51007046)。

Project supported by National Basic Research Program of China (973 Pro-gram) (2014CB239504), National Natural Science Foundation of China (51007046).

值，甚至達到平均值的數(shù)倍，由此帶來了一系列設計、制造方面的不利影響。另一方面，對于目前高壓輸變電系統(tǒng)中廣泛采用的有機聚合物類電介質(zhì)材料(硅橡膠、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、聚乙烯等)，存在著材料老化的問題。普遍而言，由于絕緣設備或部件自身承受電場分布的不均勻性，電場強度較大，尤其是導致出現(xiàn)電暈、局部放電等現(xiàn)象的部位的電介質(zhì)材料，其老化速度往往更快、程度也更為嚴重，由此對系統(tǒng)的長期安全穩(wěn)定運行帶來更大的威脅。因此，合理改善絕緣設備或部件整體電場分布的均勻程度、緩和局部的高電場強度，可以降低特高壓設備設計、制造的技術(shù)難度，，降低電力設備造價，

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