為研究納米顆粒表面處理和填充濃度對聚丙烯（polypropylene,PP）介質(zhì)內(nèi)部空間電荷特性的影響,以PP為基料,分別以經(jīng)過表面處理和未經(jīng)表面處理的納米氧化鎂（Mg O）為填充顆粒,制備了2組不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米Mg O/PP復(fù)合介質(zhì),并對納米復(fù)合介質(zhì)微觀特性結(jié)構(gòu)和空間電荷進(jìn)行了實(shí)驗研究。微觀特性研究表明:無機(jī)納米顆粒在聚合物中分散均勻,經(jīng)過表面處理的復(fù)合介質(zhì)團(tuán)聚更少,Mg O的添加使介質(zhì)結(jié)晶峰值溫度和結(jié)晶度增加�？臻g電荷實(shí)驗表明:在去極化過程中,添加經(jīng)過表面處理和未經(jīng)過表面處理的Mg O后,復(fù)合介質(zhì)陰極的同極性電荷量減少,陽極異極性電荷基本消失,整體電荷密度下降;當(dāng)Mg O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時,50 kV/mm電場強(qiáng)度下未經(jīng)表面處理的體電荷密度為純PP的37.2%,經(jīng)過表面處理的體電荷密度為純PP的52.8%,抑制效果均為實(shí)驗試樣中最佳;高電場下,未經(jīng)過表面處理的復(fù)合介質(zhì)對于空間電荷抑制作用相比經(jīng)過表面處理的復(fù)合介質(zhì)更明顯,經(jīng)過表面處理的復(fù)合介質(zhì)對于極化過程中空間電荷造成的電場畸變有更好的抑制效果。 

【文章來源】：高電壓技術(shù). 2015,41(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

PP和納米Mg0/PP復(fù)合介質(zhì)在短路9:時的空間電荷分布

操衛(wèi)康，李喆，龔瑾，等：納米顆粒填充濃度和表面處理對納米MgO/PP空間電荷行為的影響1499圖4預(yù)壓50kV/mm后，短路過程純PP和納米MgO/PP復(fù)合介質(zhì)內(nèi)空間電荷分布Fig.4SpacechargedistributionofPPandnano-MgO/PPcompositesduringtheshortcircuitprocessat50kV/mm值的注入深度。從圖4中可以看出，在高場強(qiáng)下有：1）PP陰極積累的同極性電荷消散有限，消散過程集中在短路前15min，中間積累的正極性電荷和陽極積累的異極性電荷基本沒有消散。2）加入未經(jīng)表面處理的MgO后，陰極的同極性電荷消散過程仍然集中在短路前15min，消散程度較PP有所加強(qiáng)。3）經(jīng)過表面處理的試樣中，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時陰極積累的同極性電荷較深且消散量有限；MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的試樣陰極電荷消散明顯且在短路15min后仍會消散；試樣中間出現(xiàn)的正極性電荷消散不明顯。4）純PP和納米MgO/PP復(fù)合介質(zhì)內(nèi)的電荷很難在短期內(nèi)完全消散。3分析3.1陰極空間體電荷密度峰值和注入深度在去極化過程中，加入MgO對于PP空間電荷的改性主要體現(xiàn)在陽極積累的空間電荷基本消失，試樣中間的正負(fù)極性電荷大為減少，陰極體電荷密度峰值和注入深度也有明顯下降。在50kV/mm高場強(qiáng)下陰極附近同極性電荷的變化可以從圖4中的Q值和d值看出，如表2所示。從表2中可以看出，在高場強(qiáng)下：1）未經(jīng)表面處理的MgO對陰極電荷的注入有很好的抑制作用，尤其是MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%和3%。例如未處理的0.5%一組，陰極空間體電荷密度峰值只有純PP的40.6%，注入深度也只有純PP時

填充納米MgO顆粒后介質(zhì)內(nèi)部空間電荷的變化，即其對空間電荷的抑制作用，本文采用平均體電荷密度來定量描述不同濃度復(fù)合介質(zhì)內(nèi)積累的空間電荷量，其定義為[18-19]()()10ppp101,,,dxxqtEqxtExxx=∫(2)式中：x為空間電荷測量點(diǎn)所在位置；x0和x1分別為下電極和上電極的位置(不計入試樣和電極界面處的感應(yīng)電荷)；t為電壓撤去后兩電極的短路時間變量，此處t取9s；Ep為極化電場強(qiáng)度(此處預(yù)壓極化電場強(qiáng)度為50kV/mm)；qp(x，t，Ep)為試樣內(nèi)部的空間電荷密度，采用絕對值。圖5顯示的是在不同場強(qiáng)下預(yù)壓30min后，短路過程中經(jīng)過表面處理和未經(jīng)表面處理的試樣內(nèi)部平均體電荷密度，可以看出：1）隨著電場強(qiáng)度的增加，試樣內(nèi)部的空間體電荷密度也增加。2）在低場強(qiáng)10kV/mm下，經(jīng)過表面處理的試樣體電荷密度少于未經(jīng)過表面處理的試樣。3）在中高電場下，加入納米MgO后空間體電荷密度比純PP少；30kV/mm時未經(jīng)表面處理的體電荷密度普遍較低，經(jīng)過表面處理的試樣隨MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化有所不同，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時最低；到了50kV/mm時，表面處理的試樣空間電荷抑制效果不如未經(jīng)過表面處理的試樣，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時電荷體密度反而最高。4）無論是否經(jīng)過表面處理，整體上MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時對電荷體平均密度抑制效果最佳，例圖5短路9s時PP和納米MgO/PP復(fù)合介質(zhì)平均體電荷密度Fig.5AveragevolumedensityofspacechargeofPPandnano-MgO/PPduringtheshortcircuitprocess(9s)表2PP和納米MgO/PP復(fù)合材料陰極界面附近空間體電荷密度峰值和峰值注入深度Table2VolumechargedensitypeakvalueandinjectiondepthofchargepacketformedinvicinityofcathodeinPPandnano-MgO/PPcomposites不同組分Q/(C·m

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高壓直流XLPE電纜研究現(xiàn)狀[J]. 王亞,呂澤鵬,吳鍇,王霞,劉通,李銳海.  絕緣材料. 2014(01)
[2]納米粒子改性聚乙烯直流電纜絕緣材料研究（Ⅰ）[J]. 陳曦,吳鍇,王霞,成永紅,屠德民,秦楷.  高電壓技術(shù). 2012(10)
[3]納米填充濃度對LDPE/Silica納米復(fù)合介質(zhì)中空間電荷行為的影響[J]. 吳建東,尹毅,蘭莉,王俏華,李旭光,肖登明.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2012(28)
[4]老化方式對交流交聯(lián)聚乙烯電纜空間電荷分布的影響[J]. 歐陽本紅,趙健康,陳錚錚,李巍巍,李建英,王霞.  高電壓技術(shù). 2012(08)
[5]MgO/LDPE納米復(fù)合材料制備及其空間電荷特性[J]. 徐明忠,趙洪,吉超,楊佳明,張文龍.  高電壓技術(shù). 2012(03)
[6]NOMEX合成纖維絕緣介質(zhì)在直流電場中的空間電荷特性[J]. 廖瑞金,李偉,楊麗君,郝建,周欣,李劍.  高電壓技術(shù). 2011(08)
[7]納米氧化鋁對硅橡膠空間電荷特性的影響[J]. 周遠(yuǎn)翔,郭紹偉,聶瓊,劉睿,候非.  高電壓技術(shù). 2010(07)
[8]空間電荷測量信號恢復(fù)中的頻域反卷積技術(shù)及實(shí)現(xiàn)[J]. 蔡川,李旭光,尹毅,王雅群.  電工技術(shù)學(xué)報. 2009(10)
[9]納米粉體制備過程中粒子的團(tuán)聚及控制方法研究[J]. 郝順利,王新,崔銀芳,王永明.  人工晶體學(xué)報. 2006(02)
[10]納米高聚物復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性、應(yīng)用和發(fā)展趨勢及其思考[J]. 雷清泉,范勇,王暄.  電工技術(shù)學(xué)報. 2006(02)

博士論文
[1]低密度聚乙烯納米復(fù)合介質(zhì)中電荷輸運(yùn)的實(shí)驗研究和數(shù)值模擬[D]. 吳建東.上海交通大學(xué) 2012

碩士論文
[1]MgO/聚烯烴納米材料的制備與性能研究[D]. 吳月.哈爾濱理工大學(xué) 2013
[2]納米MgO/PE復(fù)合介質(zhì)高場下電荷行為[D]. 楊佳明.哈爾濱理工大學(xué) 2010



本文編號：3577935