高温下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响.pdfVIP

2023 年 2 月 电 工 技 术 学 报 Vol.38 No. 3 第 38 卷第 3 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Feb. 2023 DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.220472 高温下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化 及局部放电特性的影响 陈向荣1,2,3,4 洪泽林1,2 朱光宇1,2 孟繁博1,2 石逸雯1,2 （1. 浙江大学电气工程学院 杭州 310027 2. 浙江大学杭州国际科创中心 杭州 311200 3. 浙江省宽禁带功率半导体材料与器件重点实验室（浙江大学杭州国际科创中心） 杭州 311200 4. 浙江大学先进电气国际研究中心 海宁 314400 ） 摘要 为了研究高温环境下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响，该文 制备了含质量分数为 1%的电压稳定剂的交联聚乙烯（XLPE ）共混试样，通过设计的高温环境下 电树枝实时观察与局部放电同步测量系统，研究不同试样在30 ℃、50℃和70 ℃下电树枝的引发、 生长及其局部放电特性。结果表明，试样在高温下引发的电树枝呈现典型的枝状结构。随着温度 的升高，试样起树电压降低，电树枝生长速度加快，分枝数量减少，局部放电量和放电重复率显 著增大。电压稳定剂的添加对电树枝的引发、生长和局部放电有明显的抑制作用。利用陷阱理论 和量子化学计算，研究发现电压稳定剂的加入使得试样内部陷阱能级降低，陷阱密度增加，因其 特有的量子化学特性，高能电子缓冲能力增强，空间电荷积累减少，从而使得交联聚乙烯材料的 耐电性能得到提升。 关键词：交联聚乙烯 电压稳定剂 电树枝 局部放电 高温 中图分类号：TM85 0 引言 通过进一步改进生产工艺来提高纯净度，从经济角 度和工业技术角度都难以实现。纳米材料则因其颗 电力电缆线路由于节约土地资源、美化城市环 粒的均匀分散和颗粒堵塞过滤网等问题，极大地限 境等优点，在我国城市化迅猛发展的背景下得到了 大 力 发 展 [1-2] 。 交 联 聚 乙 烯 （ Cross-Linked 制了纳米复合电缆材料的工程应用[5-6] 。近年来，不 同种类电压稳定剂等有机添加剂的提出和发展，为 Polyethylene, XLPE ）凭借其优异的电气、机械和热 提高电缆绝缘材料的耐电性能提供了一种可行的研 稳定性能已经成为最主要的电缆用绝缘材料。目前， 究路径[7] 。通过选取合适的电压稳定剂添加到电缆 高压交流 XLPE 电缆的最高投运电压等级为 500kV[3] ，高压直流 XLPE 电缆的电压等级为 绝缘材料中，可以提升绝缘材料击穿强度、电导率 ±640kV[4] 。随着输送容量的逐步增大，进一步提高 和空间电荷特性等方面的电气性能，抑制电树枝的 引发。李春阳等将芳香酮化合物接枝到 XLPE 材料 XLPE 电缆绝缘材料的耐电性能，已成为实现我国 上，结合其优异的量子化学特性，有效提升了 XLPE 高压输电工程持续快速发展的关键。 在不同温度下的直流击穿强度[8] 。A. M. Pourrahimi 提高 XLPE 耐电性能的途径主要包括三个方面： 等通过在