低温环境下聚合类绝缘材料电老化特性的研究

论文摘要

随着超导技术在电工领域应用研究的深入,低温绝缘成为低温电工设备实用化进程中的关键技术之一。聚合物材料以优良的介电性能和机械性能在常温电力设备中得到了广泛的应用,但目前聚合物作为低温绝缘材料的应用研究还很少,低温聚合类绝缘材料电老化过程的研究则更为匮乏。因此,本文在常温下聚合类绝缘材料电老化特性研究的基础上,以超高分子量聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯为对象,详细研究了低温下聚合类绝缘材料的电老化过程,为建立低温下聚合类绝缘材料介电性能的试验方法和评价标准奠定了基础。论文中构建了低温环境下的电老化试验系统,根据脉冲电流法测量原理设计了紧凑型局部放电检测回路,提高了系统的检测频带,改进了局部放电测量程序,得到了丰富的局部放电特性,为电老化过程的研究提供了详实的数据,提出了低温下聚合类绝缘材料的电老化试验方法和试验规范。为了研究局部放电特性与绝缘材料电树枝老化程度之间的关系,本文较为详细地研究了绝缘材料内不同缺陷尺寸及形状对局部放电特性的影响,结果表明,缺陷深度的增加会使局部放电特性产生明显的变化,最大放电量等放电参数与缺陷深度呈正关系。通过分析局部放电形成的破坏痕迹,本文总结了热、化学作用、机械力作用三种破坏效应在电树枝发展过程中的作用。通过对比分析常温下电树枝老化过程,本文研究了低温下电树枝老化特性以及局部放电特性与电树枝发展形态之间的关系,着重研究了冷热循环因素、机械应力因素和时间因素对低温下电老化过程的影响。研究结果说明,冷热循环作用下,材料的局部放电特性与电树枝发展之间的关系呈现出较强的对应性,强机械力作用会加速电树枝的老化过程,随着施压时间的推移,局部放电散点图形状特性会由翼形转变为放电相位较为固定的特殊散点图形状。本文还利用示差扫描热量法（DSC）和X-射线衍射试验研究了聚集态结构和结晶状态对电老化特性的影响,结果表明,与常温情况相比聚集态结构对低温下电老化的影响较小,但低温下结晶状态对电老化过程的影响较大,电树枝生长会指向材料的结晶区,具有较小尺寸结晶区的材料往往会产生丛状电树枝。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 低温下绝缘材料电老化特性的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 低温固体绝缘材料中的局部放电
• 1.2.2 低温固体绝缘材料中的电树枝
• 1.2.3 电老化特性的综合研究
• 1.3 目前存在的主要问题
• 1.4 论文的研究目的和研究内容
• 第2章 试验样品制备及电老化试验系统构建
• 2.1 试验样品及其制备方法
• 2.1.1 试验样品材料及样品模型
• 2.1.2 电树枝老化试验样品制备
• 2.2 局部放电测量系统
• 2.2.1 局部放电测量装置及回路
• 2.2.2 局部放电测量系统的标定及抗干扰措施
• 2.3 电树枝形态观测系统
• 2.4 电老化试验方法的探究
• 第3章 常温下聚合类绝缘材料中局部放电特性的研究
• 3.1 局部放电特性及其量化分析方法
• 3.2 气隙缺陷局部放电起始电压的面积效应
• 3.3 缺陷深度对局部放电特性的影响
• 3.3.1 气隙缺陷深度对局部放电特性的影响
• 3.3.2 悬浮电极深度的局部放电特性的影响
• 3.3.3 试验结果分析
• 3.4 局部放电的破坏效应
• 3.4.1 气隙内局部放电类型
• 3.4.2 气隙缺陷局部放电形成的破坏效应
• 3.4.3 局部放电破坏效应对电树枝生长的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 低温下聚合类绝缘材料中电老化特性的研究
• 4.1 低温下局部放电特性和电树枝形态特性研究
• 4.1.1 低温下局部放电特性
• 4.1.2 低温下电树枝形态特性
• 4.1.3 低温下电击穿特性
• 4.2 低温下局部放电特性与电树枝形态特性的关系
• 4.3 本章小结
• 第5章 低温下聚合类绝缘材料电老化过程的影响因素
• 5.1 冷热循环因素对电老化特性的影响
• 5.1.1 冷热循环下局部放电特性与电树枝形态特性研究
• 5.1.2 冷热循环下局部放电特性与电树枝生长长度的关系
• 5.1.3 与常温试验结果的对比
• 5.2 机械应力因素对电老化特性的影响
• 5.2.1 强机械力对局部放电特性与电树枝形态特性的影响
• 5.2.2 不同强度机械力下电击穿特性的差异
• 5.3 恒压下施压时间对电老化特性的影响
• 5.3.1 恒压下局部放电特性与电树枝形态特性的关系
• 5.3.2 固定相位放电现象的试验验证
• 5.4 本章小结
• 第6章 聚集态结构对绝缘材料电老化特性的影响
• 6.1 聚合类绝缘材料的聚集态结构
• 6.2 聚集态结构对绝缘材料电老化特性的影响
• 6.2.1 低温下无定形态材料PMMA 的电老化特性
• 6.2.2 PMMA 与UHMW-PE 材料的电老化特性对比
• 6.3 冷却方式对UHMW-PE 材料结晶状态的影响
• 6.3.1 不同冷却方式对结晶状态的影响
• 6.3.2 结晶状态的量化分析
• 6.4 UHMW-PE 材料的结晶状态对电老化特性的影响
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果