【摘要】：擠塑絕緣高壓直流電纜是構(gòu)建直流電網(wǎng)的核心裝備。高場下塑料絕緣中空間電荷的積聚會引起局部電場畸變,加快絕緣老化甚至引起擊穿。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為納米改性引入的深陷阱能級可以有效抑制聚合物絕緣中空間電荷的積累。但目前對高壓直流電纜納米復(fù)合電介質(zhì)中電荷輸運(yùn)和空間電荷抑制與陷阱特性變化的相關(guān)性研究較少;電熱耦合場下,高壓直流電纜絕緣中空間電荷調(diào)控方法尚有待深入研究。通過熔融共混法制備了兩組不同摻雜物粒徑的LDPE/Zn0納米復(fù)合材料,每組5種質(zhì)量分?jǐn)?shù)。電導(dǎo)特性研究表明,ZnO粒徑為100nm的一組:50kV/mm電場下各質(zhì)量分?jǐn)?shù)的LDPE/ZnO納米復(fù)合材料的電導(dǎo)電流都小于純LDPE。其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt%的復(fù)合材料電導(dǎo)電流最小,并且該質(zhì)量分?jǐn)?shù)材料在20-80℃范圍,1 OkV/mm電場下的電導(dǎo)電流始終比純LDPE小。ZnO粒徑為50nm的一組:50kV/mm電場下5wt%和7wt%的兩個質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料電導(dǎo)電流略小于純LDPE,其他質(zhì)量分?jǐn)?shù)的材料電導(dǎo)電流都大于純LDPE�？臻g電荷測量結(jié)果表明,50kV/mm場強(qiáng)下純LDPE的同極性、異極性空間電荷積累都比較多。ZnO粒徑1OOnm,質(zhì)量分?jǐn)?shù)5wt%的LDPE/ZnO復(fù)合材料對同極性空間電荷有一定抑制效果。通過恒溫平板BCT模型(雙極性載流子輸運(yùn)模型)對不同陷阱特性的聚乙烯基納米復(fù)合材料50kV/mm電場下空間電荷分布的仿真發(fā)現(xiàn):純聚乙烯中有大量空間電荷積累,提升陷阱密度對恒溫平板試樣內(nèi)的空間電荷抑制效果更好。發(fā)現(xiàn)兩種有效抑制空間電荷的陷阱特性:第一種為大量增加陷阱密度和深度;第二種為大幅度減小陷阱密度和深度�；诖税l(fā)現(xiàn),在BCT模型基礎(chǔ)上建立了一個陷阱調(diào)制的空間電荷抑制模型:第一種陷阱特性導(dǎo)致電荷注入后瞬間在電極周圍入陷,形成超薄陷阱電荷層進(jìn)而降低界面電場,增加電荷注入勢壘,導(dǎo)致注入電流大大降低,最終和體傳導(dǎo)電流在一個較低值上達(dá)到平衡。第二種陷阱特性造成材料高電導(dǎo)率,進(jìn)而通過電荷快速松弛來抑制空間電荷,但會增加泄漏電流。通過圓柱BCT模型對不同陷阱特性、不同載流量下的HVDC電纜絕緣中空間電荷行為的仿真發(fā)現(xiàn):恒溫平板試樣中陷阱調(diào)制的空間電荷抑制模型可以有效地應(yīng)用在電熱耦合場下的電纜絕緣中。載流量1800A,運(yùn)行4h后絕緣內(nèi)外溫差20℃時,純聚乙烯中有大量電荷積累,同時電荷積累與電場分布都發(fā)生翻轉(zhuǎn)(絕緣內(nèi)側(cè)正電荷密度ρin=2.5×10-3(C/m3外側(cè)正電荷密度ρout=8×10-3C/m3,內(nèi)側(cè)場強(qiáng)Ein=12.5kV/mm外側(cè)場強(qiáng)Eout=15kV/mm);Nt=80×1019m-3,Et,= 1.20eV 的材料中只有微量同極性電荷最遠(yuǎn)遷移至距線芯12.5mm處,無空間電荷與電場翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象;而Nt=1000×1019m-3,Et=0.94eV的材料中有部分正電荷遷移至距線芯22.5mm處,同時電場發(fā)生翻轉(zhuǎn)(Ein=6kV/mmEout=12.5kV/mm,最高電場出現(xiàn)在材料內(nèi)部,約15kV/mm),表明提升陷阱深度對電熱耦合場下電纜絕緣中空間電荷抑制效果更好。當(dāng)載流量上升(1800A、2100A、2600A)造成溫度梯度增加時,純聚乙烯中空間電荷積累量翻轉(zhuǎn)與電場翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象會更加嚴(yán)重:絕緣內(nèi)外溫差20℃、25℃、40℃時,絕緣外側(cè)翻轉(zhuǎn)的最高電場達(dá)到15kV/mm,17kV/mm,21kV/mm。但引入大量深陷阱能級的納米復(fù)合改性材料(Nt=1000×1019m-3,Et=1.20eV)在不同溫差下始終可以有效地抑制空間電荷遷移和電場翻轉(zhuǎn)。
【圖文】：

區(qū)克服勢壘導(dǎo)帶遷移至相鄰的另一晶區(qū)。ＬＤＰＥ近程有序，遠(yuǎn)程無序。晶區(qū)與無逡逑定形并存［５６，５７］。低密度聚乙烯晶區(qū)的電導(dǎo)機(jī)理可用引入陷阱的能帶模型解釋，，非逡逑晶區(qū)的電導(dǎo)過程較為復(fù)雜，具體可見圖２－１。逡逑（ａ）邐（ｂ）邐）逡逑１．

區(qū)克服勢壘導(dǎo)帶遷移至相鄰的另一晶區(qū)。ＬＤＰＥ近程有序，遠(yuǎn)程無序。晶區(qū)與無逡逑定形并存［５６，５７］。低密度聚乙烯晶區(qū)的電導(dǎo)機(jī)理可用引入陷阱的能帶模型解釋，非逡逑晶區(qū)的電導(dǎo)過程較為復(fù)雜，具體可見圖２－１。逡逑（ａ）邐（ｂ）邐）逡逑１．
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM721.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 謝書鴻;傅明利;尹毅;薛建凌;胡明;;中國交聯(lián)聚乙烯絕緣高壓直流電纜發(fā)展的三級跳:從160kV到200kV再到320kV[J];南方電網(wǎng)技術(shù);2015年10期

2 何金良;黨斌;周W

本文編號：2590936