高压电缆附件应用力锥材料的制备与性能研究

论文摘要

电缆系统故障是电力系统线路故障的主要类型,多数情况下,电缆系统故障发生在电缆附件（电缆终端接头,中间链接盒）部位。合理设计电缆附件结构和选择电缆附件适用材料,提高电缆附件的安全可靠性,是电缆系统安全运行的重要保障。本文对电缆系统在交直流电场下的电位分布和电场分布以及电缆的温度场进行了仿真分析,同时研发制备适用于电缆应力锥控制材料的硅橡胶试品,主要结论如下：在电缆附件设计方面,通过ANSYS有限元的多物理场耦合模块、静电场模块、传导电场模块,对电缆及电缆附件进行了仿真分析,主要获得了以下结论：直流电场下应力锥材料电阻率对电场分布起决定作用,小于108Ω·m时较为合理,电场不均匀系数小于1.3;交流电场下相对介电常数占主导作用,取10～50时电场不均匀程度较低；电缆导体外媒质热导率对电缆载流量影响较大,热导率越大,电缆附件的散热能力越强,对电缆材料的长期安全运行越有利。在电缆终端应力锥控制材料试制方而,通过添加钛酸钡、氧化铝、导电炭黑、白炭黑等硅橡胶补强与改性填料,通过探索纳米材料在不同工艺和用量下对材料的性能影响程度,选定合适的制备工艺,制备了具有不同性能的复合材料。从测试结果可以看出：钛陔钡、氧化铝对硅橡胶介电常数均有提高作用,二者对比钛酸钡提高效果较高,另外氧化铝单独添加对硅橡胶导热性能有提升作用；炭黑虽然能够提高介电常数,但是相应得介质损耗上升较快;三种改性填料对在一定质量分数下对材料力学性能稍有提高,单独添加过量（45%以上）或是混合添加（60%）时,材料力学性能下降较大。根据填料改性分析设计了正交试验程序,通过选择合适的正交表和相应的因素水平,制备了介电常数（80）、热导率（0.25W/m·K）和电导率（1.9×10-5S/m）的高性能材料。根据对正交试验的直观分析和方差分析,得到每种填料对各项性能指标影响的显著性水平,最终选定了改性指标的最优因素水平方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高压电缆硅橡胶预制式附件结构
• 1.2.1 电缆终端结构
• 1.2.2 电缆附件结构类型
• 1.3 硅橡胶复合材料的补强与改性
• 1.3.1 硅橡胶的力学补强
• 1.3.2 复合材料电导率改性
• 1.3.3 复合材料的导热性能研究现状
• 1.3.4 复合材料的介电改性
• 1.4 本文的主要工作
• 2 电缆系统的有限元仿真分析
• 2.1 交直流电场下电缆终端型电场仿真
• 2.1.1 交直流电场下的介质极化与弛豫时间
• 2.1.2 电缆终端计算模型选择
• 2.1.3 电缆终端建模
• 2.1.4 直流电场结果分析
• 2.1.5 交流电场结果分析
• 2.2 多物理场耦合计算电缆载流量计算
• 2.2.1 电缆金属护套涡流损耗分析
• 2.2.2 电缆温度场
• 2.2.3 计算模型
• 2.2.4 载流量计算
• 2.2.5 计算结果与分析
• 2.3 本章小结
• 3 添加不同填料的硅橡胶制备及改性分析
• 3.1 引言
• 3.2 复合填充硅橡胶材料的制备
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 制备设备及方法
• 3.3 不同填料硅橡胶复合材料性能分析
• 3.3.1 材料测试设备与方法
• 3.3.2 不同填料对硅橡胶力学性能分析
• 3.3.3 添加不同填料的硅橡胶介电性能分析
• 3.3.4 氧化铝对硅橡胶材料热导率影响
• 3.3.5 热重分析
• 3.4 本章小结
• 4 正交试验法制备介电、高导热半导电材料
• 4.1 正交试验简介
• 4.2 正交实验设计
• 4.2.1 实验因素与水平确定
• 4.2.2 正交实验表
• 4.2.3 试样制备
• 4.3 测试结果
• 4.4 试验指标的直观分析
• 4.4.1 正交试验的直观分析方法
• 4.4.2 补强指标的直观分析
• 4.4.3 改性指标的直观分析
• 4.5 正交试验的方差分析
• 4.5.1 正交试验的方差分析简介
• 4.5.2 正交试验的交互作用分析
• 4.5.3 力学补强指标的方差分析
• 4.5.4 改性指标的方差分析
• 4.6 结论
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果