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纳米改性复合液体硅橡胶电导率及直流击穿特性研究

尚南强  
【摘要】:作为高压直流输电系统中不可或缺的一部分,高压直流电缆在运行中不仅要承受额定直流电压,还需承受极性反转电压、雷电冲击电压和操作冲击电压的作用,而电缆附件更是由于其复杂的绝缘结构和复合绝缘成为电缆绝缘中最为关键和薄弱的环节。为解决高压直流下,电缆附件内复合绝缘因电导率差异引起的电场分布不均问题,本文通过对附件绝缘液体硅橡胶(LSR)进行纳米改性,使其电导率在不同温度和电场强度下均能与电缆本体绝缘交联聚乙烯电导率良好匹配,实现电场分布的均化。 根据硅橡胶试样的制备工艺流程,本文以双组份加成型液体硅橡胶为基料,纳米氧化镁(MgO)和纳米碳化硅(SiC)为改性填料,在实验室制备了不同掺杂浓度的纳米复合液体硅橡胶试样和纯硅橡胶试样。在此基础上,分别对其电导率和直流击穿强度进行了测量与比较,并且研究分析了不同纳米掺杂浓度、温度和电场强度对电导率特性及直流击穿特性的影响。最后,通过电场仿真分析,验证了纳米改性前后复合液体硅橡胶下高压直流电缆附件内电场分布的均匀情况。 实验结果表明,与纯液体硅橡胶相比,MgO/LSR纳米复合材料的电导率几乎没变,而SiC/LSR纳米复合材料的电导率有了明显的改善提高。MgO/LSR纳米复合材料的直流击穿强度先缓慢下降后突然上升,而SiC/LSR纳米复合材料先小幅上升后逐渐下降,与纯硅橡胶相比,均差别大不。通过仿真结果发现,纳米复合氧化镁/硅橡胶下的电缆附件内电场分布依旧不均匀,而纳米复合碳化硅/硅橡胶下的电缆附件内电场分布相对均匀,表明纳米氧化镁的掺杂改性无法实现电缆附件内的电场均化,而纳米碳化硅的掺杂改性使得纳米复合碳化硅/硅橡胶能与交联聚乙烯电导率良好匹配,并且实现电缆附件内的电场分布均化。


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