【摘要】：隨著聚乙烯電纜在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,預(yù)防電纜的擊穿失效在電力傳輸?shù)姆�(wěn)定中扮演的角色也越來越重要,而電樹枝是絕緣擊穿失效前常見的電老化現(xiàn)象。因此研究絕緣材料擊穿與電樹有著現(xiàn)實(shí)而重要的意義。本文結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,對聚乙烯類絕緣復(fù)合材料擊穿與電樹特性展開實(shí)驗(yàn)和仿真研究。本文以聚乙烯為基體,加入線性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯不同組份共混,測量絕緣復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng),利用威布爾分布對場強(qiáng)數(shù)據(jù)擬合和分析得到擊穿場強(qiáng)最優(yōu)的組份。本文對電樹試樣采用不同升壓電壓方式,觀察試樣起樹電壓和不同電壓下電樹形態(tài)和電樹生長速度,分析解釋不同形態(tài)電樹形成原因以及電樹生長變化規(guī)律,并利用FDTG模型計算不同針板間距下電樹前端局部場強(qiáng)并結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析。本文利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)電樹生長的WZ模型仿真并計算電樹分形維數(shù),討論改變模型的生長系數(shù)、閾值電壓和電樹內(nèi)電場參數(shù)對電樹生長形狀和分形維數(shù)影響,發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)?shù)膮?shù)下WZ模型能夠?qū)?shí)際電樹形態(tài)仿真。本文運(yùn)用皮爾遜和斯皮爾曼相關(guān)性分析方法,計算絕緣復(fù)合材料的擊穿場強(qiáng)與電樹起樹電壓之間相關(guān)性,電樹分形維數(shù)與WZ模型參數(shù)的相關(guān)性,而后根據(jù)相關(guān)性評價標(biāo)準(zhǔn)得到相應(yīng)結(jié)論。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM75
【圖文】：

西安交通大學(xué)曹曉瓏等人對環(huán)氧樹脂的電樹生長的動力學(xué)模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：動力學(xué)模型推導(dǎo)出來的不同電壓下電樹生長隨時間變化與實(shí)際情況較為符合，說明采用的電樹枝生長模型能夠反映電樹枝生長規(guī)律[19]。重慶大學(xué)廖瑞金等人研究電樹生長發(fā)現(xiàn)： Poincare 截面、最大 Lyapunov指數(shù)和關(guān)聯(lián)分形維數(shù)的結(jié)果均顯示電樹枝局部放電時間序列具有確定性混沌特征，證實(shí)了 XLPE 電樹枝的生長過程具有確定性混沌特性。同時局部放電時間序列的混沌特征可以作為判斷電樹枝形態(tài)特征的參考量[20]。哈爾濱理工大學(xué)張曉虹等人利用熔融插層法制備了蒙脫土聚乙烯復(fù)合材料，并研究其交直流電壓下電樹枝化特征，同時對比純聚乙烯電樹得到以下結(jié)論：純聚乙烯的電樹引發(fā)結(jié)構(gòu)偏于“枝狀”，是一種非導(dǎo)電型電樹，具有長速度較快，形維數(shù)較小的特點(diǎn)；而聚乙烯/蒙脫土納米復(fù)合物的電樹引發(fā)結(jié)構(gòu)偏于“叢狀”，是一種導(dǎo)電型電樹，具有長速度較慢，形維數(shù)較大的特點(diǎn)[21]。1.3.2 電樹枝引發(fā)理論電樹引發(fā)和生長一般可以分為：引發(fā)期、成長期、飽和期和擊穿前期。在實(shí)際中導(dǎo)致電樹具有一定的復(fù)雜性、多變性和隨機(jī)性。因此尚沒有一個確定統(tǒng)一的理論來描述電樹中的各種現(xiàn)象，但電樹引發(fā)大致過程如圖 1-1 所示：

a) 交流擊穿場強(qiáng) b) 直流擊穿場強(qiáng)圖 2-2 擊穿場強(qiáng) weibull 分布Fig. 2-2 The weibull distribution of the field strength從圖 2-2 中可以看出 LDPE 的交流擊穿場強(qiáng)為 97.32kV/mm，直流擊穿場強(qiáng)為 272.9kV/mm；LLDPE 的交流擊穿場強(qiáng)為 95.40kV/mm，直流擊穿場強(qiáng)為290.0kV/mm；HDPE 的交流擊穿場強(qiáng)為 108.7kV/mm，直流擊穿場強(qiáng)為402.9kV/mm ； PP 的交流擊穿場強(qiáng)為 105.6kV/mm ，直流擊穿場強(qiáng)為387.6kV/mm。不同材料間對比，HDPE 和 PP 相比于 LDPE 和 LLDPE 交流場強(qiáng)高 10%左右，直流場強(qiáng)更高將近 30%。這是因?yàn)?HDPE 主鏈相比于 LDPE和 LLDPE 主鏈上有更少的支鏈，而 PP 雖然主鏈上平均每兩個 C 上就支鏈，但因?yàn)槎际羌谆ф湥ф滈L度相比 LDPE 更短。因此，HDPE 和 PP 結(jié)晶度更高，在外施電場的作用下，產(chǎn)生高能電子的幾率隨之減小，宏觀上表現(xiàn)為擊穿場強(qiáng)更高。聚乙烯類材料直流擊穿場強(qiáng)都遠(yuǎn)高于交流擊穿場強(qiáng)，可以達(dá)到交流擊穿場強(qiáng)的 2-3 倍。類似于電樹引發(fā)理論，在施加交流電壓較低時材料出現(xiàn)麥克斯韋-機(jī)械應(yīng)力。當(dāng)感生應(yīng)力大于某一臨界值，材料的某一弱點(diǎn)出現(xiàn)氣隙裂紋。

a) 交流擊穿場強(qiáng) b) 直流擊穿場強(qiáng)圖 2-3 LDPE/LLDPE 擊穿場強(qiáng)威布爾分布Fig. 2-3 The Weibull distribution of LDPE/LLDPE field strengtha) 交流擊穿場強(qiáng) b) 直流擊穿場強(qiáng)圖 2-4 LDPE/HDPE 擊穿場強(qiáng)威布爾分布Fig. 2-4 The Weibull distribution of LDPE/HDPE field strength

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2798168