【摘要】：塑料擠包型直流電纜的電壓等級朝著超高壓/特高壓的趨勢發(fā)展。作為塑料擠包型直流電纜中最常見的絕緣介質(zhì),聚乙烯具有載流子遷移率低、陷阱濃度高等優(yōu)良的特性。直流電場作用下,聚乙烯由于上述特點容易在內(nèi)部形成空間電荷的積聚,從而畸變電場,影響材料老化和擊穿等絕緣性能。電纜在運行過程中除了耐受直流電場外,還要承受因?qū)景l(fā)熱引起的溫度場。因此,深入開展高溫強電場耦合作用下聚乙烯空間電荷特性的研究對攻克塑料擠包型直流電纜的關鍵技術具有重要意義。形態(tài)結(jié)構(gòu)會影響聚合物的電學性能,其包括結(jié)晶形態(tài)和表面形貌。本文采用電聲脈沖法空間電荷測量技術捕捉溫度和電場作用下低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)中空間電荷的演變行為,揭示了多物理場耦合作用下形態(tài)對空間電荷穩(wěn)態(tài)暫態(tài)過程的影響,為高性能電纜絕緣材料的開發(fā)提供試驗和理論支持。本文得到了LD-iPP(聚丙烯為基底)、LD-PTFE(聚四氟乙烯為基底)和LD-G(玻璃為基底)這三種表面形貌的試樣及其在多物理場耦合作用下空間電荷及直流擊穿特性。25℃時,LD-G、LD-PTFE和LD-iPP的擊穿場強由小到大,-100 kV/mm下由電極注入的負空間電荷由少到多、正空間電荷由多到少;在60℃、-125 kV/mm下,LDPE內(nèi)部出現(xiàn)了具有快速演變行為的空間電荷包,其遷移率較常溫下均提高至少一個數(shù)量級,試樣中正電荷包的電荷量由大到小依次為LD-PTFE、LD-G和LD-iPP。結(jié)合原子力顯微鏡、傅立葉變換紅外光譜分析以及相介電常數(shù)等測試結(jié)果,上述試驗現(xiàn)象得到了合理的解釋。本研究制備了具有不同結(jié)晶形態(tài)的聚乙烯試樣,探討了多物理場耦合作用下形態(tài)對空間電荷演變行為的影響,得到了空間電荷二次特性參數(shù)和陷阱微觀參數(shù)。冷卻速率越慢,則LDPE具有越大且越均勻的晶胞尺寸;冷卻速率越快,LDPE直流電導電流密度越大,內(nèi)部陷阱密度越高并且深陷阱含量越多。-100kV/mm、20℃時,LD-I組別空間電荷包注入速率和遷移速率均最大。在40℃時,僅在LD-I試樣中觀察到空間電荷包并且最大電場畸變值均在該組別中出現(xiàn)。在60℃時,LD-I中出現(xiàn)了正極性空間電荷包,在LD-S中出現(xiàn)了負極性空間電荷包,在LD-A中則出現(xiàn)正負極性空間電荷包,這些正負空間電荷包的遷移行為均符合負微分遷移率。此外,LD-I材料中負空間電荷的注入場強閾值高于LD-A和LD-S。
【圖文】：

圖 1.1 論文研究結(jié)構(gòu)框圖論文各章節(jié)內(nèi)容如下：第一章指出本文的研究在我國大力發(fā)展遠距離直流特高壓輸電的背景下，圍繞著空間電荷制約塑料擠包型直流電纜的應用和發(fā)展這個關鍵問題，在已有成果的基礎上，開展了多物理場耦合作用下聚乙烯材料的結(jié)晶形態(tài)和表面形貌對空間電荷特性影響的研究。第二章介紹了本文的試驗方案。闡述了不同結(jié)晶形態(tài)和表面形貌聚乙烯試樣的制備方法，介紹了材料物理特性和電學性能測試方法和過程，并且深入分析了測試結(jié)果。最后，本章介紹了電聲脈沖法空間電荷測試原理和測試平臺的組成。第三章主要開展了多物理場耦合作用下表面形貌對聚乙烯空間電荷穩(wěn)態(tài)暫態(tài)過程影響的研究。在 25℃、-100 kV/mm 電場強度下研究了表面形貌對空間電荷注入特性影響，在 60℃、-125 kV/mm 電場強度下研究了不同表面形貌對空間電荷包快速演變行為的作用，并且結(jié)合第二章的物理結(jié)構(gòu)和基礎

圖 2.1 不同表面形貌 LDPE 薄膜的制備方法2.1.2 表面微觀形貌觀測及分析LDPE 試樣的表面形貌通過原子力顯微鏡(Icon Atomic Force Microscope,AFM)觀測。設備型號為 Bruker Icon，，控制器型號為 Bruker Nanoscope V。采用探針模式，掃描頻率為 1 Hz。觀測結(jié)果用相位圖表示。圖 2.2(a)-圖 2.2(c)分別是 LD-G、LD-iPP 和 LD-PTFE 試樣的表面微觀形貌觀測結(jié)果。由圖可知，LD-iPP 中較多的片晶交疊，而 LD-PTFE 存在互相平行的片晶排列方式。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM215.1

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1 何東欣;交聯(lián)聚乙烯電纜交流空間電荷與老化特性研究[D];華北電力大學(北京);2017年

2 劉賀晨;高壓直流電纜絕緣老化對空間電荷特性的影響及其電樹枝特性研究[D];華北電力大學(北京);2017年

本文編號：2539770