通過三元乙丙橡膠片狀試樣在100℃和200℃常壓環(huán)境下分別18h熱處理后,對試樣中副產(chǎn)物含量、交流擊穿場強、陷阱參數(shù)和空間電荷等特性進行檢測和對比,研究熱處理溫度對乙丙橡膠交流電場特性的影響。檢測結(jié)果表明:試樣中主要雜質(zhì)含量和空間電荷量隨熱處理溫度上升而減少,其中100℃處理后擊穿場強、陷阱能級變化不大,200℃處理后擊穿場強下降11%,深能級陷阱密度大幅上升。擊穿場強和陷阱密度的變化趨勢表明,100℃處理后絕緣性能無明顯變化,但200℃熱處理后絕緣已明顯老化。未處理試樣中半導電電極側(cè)和鋁電極側(cè)分別表現(xiàn)為明顯的異極性電荷和同極性電荷積累,且在交流電場180°區(qū)域未出現(xiàn)明顯的電荷積累;200℃處理后的老化試樣在兩電極側(cè)區(qū)域均為同極性電荷積累,且鋁電極側(cè)在交流電場180°區(qū)域出現(xiàn)了顯著的負極性電荷積累。根據(jù)空間電荷等密度線擴散趨勢和不同類型電荷在正、負半周電場下的遷移方向,可以推測電極側(cè)的同極性電荷主要源自電極注入,異極性電荷主要源自雜質(zhì)解離形成的離子。交流電場180°區(qū)域的負極性空間電荷積累,可能與200℃處理后試樣老化導致的0.72～0.95eV范圍內(nèi)的陷阱大量形成相關,正半周內(nèi)注入電... 

【文章來源】：中國電機工程學報. 2020,40(15)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

30kV/mm工頻電場下的空間電荷響應試樣厚度/相位/()

第15期繆林鑫等：熱處理溫度對三元乙丙橡膠交流電場特性的影響研究5047mean/(C/m3)相位/()未處理試樣090180270360100℃,18h200℃,18h絕對相正電荷負電荷負電荷積累電場峰值(30kV/mm)311331133113圖5不同熱處理試樣的平均體電荷密度圖Fig.5Averagevolumechargedensitydiagramofdifferentheatagingsamples綜合上述100℃熱處理18h后的現(xiàn)象變化：空間電荷變化趨勢類似，空間電荷積累量下降，0.80eV~0.85eV范圍的能級分布改變，以及3類主要雜質(zhì)含量的下降和擊穿場強的略微提高，可知該溫度短時處理可改善EPDM性能，其材料結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯老化。200℃熱處理試樣的電荷積累特性與其他2種試樣的區(qū)別較大：在電場正半周的電荷積累以正電荷為主，也有明顯的負電荷積累；在電場負半周以負電荷積累為主，也有一定量的正電荷存在。正、負半周期內(nèi)分別殘留的負電荷和正電荷的直觀表現(xiàn)為該溫度下空間電荷在極化電場過零點相位(0和180)區(qū)域出現(xiàn)殘留電荷。根據(jù)圖3所示的陷阱能級分布特性，EPDM試樣在200℃熱處理后，0.9eV能級附近的陷阱密度顯著增大，因此上述正、負半周電場下的空間電荷殘留可能與EPDM形成的深陷阱相關。由于陷阱能級較深，入陷電荷在電場極性反轉(zhuǎn)時無法快速脫陷，導致在180相位處出現(xiàn)了明顯的空間電荷殘留。這也可能是該溫度點下試樣擊穿場強明顯下降的主要原因之一。因此，200℃下的熱老化處理容易導致EPDM材料性能改變，絕緣發(fā)生老化。3.2未老化EPDM中的空間電荷源及其遷移本文采用空間電荷等密度線的方式，對EPDM內(nèi)部各區(qū)域的空間電荷遷移深入研究。圖6為未老

5048中國電機工程學報第40卷EPDM200℃熱處理18h相位/()0.104C/m31501209060300位置/m圖7200℃熱老化試樣的電荷等密度線圖Fig.7Chargeisodensitylineof200℃treatedsample電場下解離出離子的可能性較低。由此推斷出經(jīng)200℃老化后EPDM中積累的空間電荷主要源自兩側(cè)電極的注入。由圖3可知，EPDM在200℃老化后，內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)氧化引入了大量深能級陷阱。正半周期注入的負電荷可在接地極側(cè)試樣表面積聚。注入電荷被深陷阱俘獲后無法在10ms的半周期內(nèi)快速抽出，殘留至負半周期后，在試樣接近表面區(qū)域成為異極性電荷。電極側(cè)的異極性電荷積累導致電極表面電場增強，從而使得電極注入電荷更加容易。另外，根據(jù)圖7中正、負半周期內(nèi)EPDM內(nèi)部的空間電荷等密度線擴散圖可知，試樣半導電電極側(cè)區(qū)域的同極性電荷量顯著大于鋁電極側(cè)，因此試樣與半導電電極的接觸界面的注入勢壘可能大于與鋁電極的注入勢壘。4結(jié)論本文通過三元乙丙橡膠在100℃和200℃分別短時熱處理前后理化和介電性能分析，研究了熱處理溫度對乙丙橡膠交流電場特性的影響，可得出如下結(jié)果：1）100℃處理后擊穿場強、陷阱能級變化不大，200℃處理后擊穿場強下降11%，深能級陷阱密度大幅上升，表明100℃處理后絕緣性能無明顯變化，但200℃熱處理后絕緣已明顯老化；2）100℃熱處理未老化試樣中，半導電電極側(cè)和鋁電極側(cè)分別出現(xiàn)明顯的異極性電荷和同極性電荷積累，分別源自雜質(zhì)在高場下解離形成的離子和電極的注入電荷，且在交流電場180區(qū)域未出現(xiàn)明顯的電荷積累；3）200℃熱處理后老化

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同溫度下高壓直流電纜絕緣擊穿場強的厚度效應[J]. 錢愷羽,蘇鵬飛,吳建東,尹毅.  中國電機工程學報. 2018(24)
[2]交聯(lián)副產(chǎn)物對交聯(lián)聚乙烯中空間電荷行為的影響[J]. 鐘瓊霞,蘭莉,吳建東,尹毅.  中國電機工程學報. 2015(11)

博士論文
[1]溫度對聚合物絕緣中空間電荷行為的影響[D]. 蘭莉.上海交通大學 2015



本文編號：3099493