界面涂层对XLPE/EPDM双层介质空间电荷分布与电导特性的影响

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lishuangjie2009
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目前,直流输电在电网建设和运行中占据越来越重要的位置。除了传统的线路输电方式,直流电缆在新能源经济和海岛经济领域也发挥着越来越不可替代的作用。和交流电缆一样,直流电缆也需要采用相应的电缆附件用于电场控制,以完成电缆和电缆之间的连接,或者电缆与设备的连接。就目前工程应用来看,柔性直流输电系统中,直流电缆大多采用交联聚乙烯作为主绝缘材料(英文名Cross-linked Polyethylene,XLPE),而电缆附件则以三元乙丙橡胶(英文名Ethylene Propylene Diene Monomer,EPDM)为主。与交流电缆不同的是,直流电缆绝缘(XLPE)与附件绝缘(EPDM)接触界面更容易积累空间电荷从而引起电场畸变。为改善XLPE/EPDM界面特性,实际工程中会通过在XLPE/EPDM界面处涂抹涂层物质来改善界面状态,但不同涂层对空间电荷分布和电导特性起到何种影响,尚无明确定论。本文通过对XLPE/EPDM双层绝缘介质在三种界面状态(直接接触、普通硅脂涂层界面和极性硅脂涂层界面)下的空间电荷测量及电导电流测量,研究不同涂层物质对界面空间电荷分布及电导特性的影响,同时也探究了温度和电场对空间电荷分布及电导特性所起的作用,以此对直流电缆附件绝缘设计提供理论依据和技术支持。空间电荷实验结果表明,三种不同界面状态下,交联聚乙烯和三元乙丙橡胶组成的双层介质空间电荷分布不同。同一温度条件下,双层介质界面空间电荷总体会随外施场强的增大而增多,且极性硅脂涂层界面空间电荷积累最明显。但即使是在同一温度条件下,低温段和高温段也会有差异。低温段(30℃)时,直接接触试样在界面处空间电荷极性随电场增强逐渐由负转正,此后随场强进一步增大,电荷量增加明显。普通硅脂和极性硅脂界面空间电荷一直呈现正极性电荷积累,且随场强增大而增加。而在高温段(50℃~90℃)时,三种接触界面空间电荷均呈正极性分布,虽然三者也同时会随场强增大而增加,但极性硅脂涂层在90℃时会有空间电荷数量回落的趋势。同一电场条件下,双层介质空间电荷量基本随温度升高而增加。直接接触界面会随温度的升高有极性的变化,而普通硅脂和极性硅脂涂层界面无极性变化,两者空间电荷积累量随温度升高变化显著。高场电导实验结果表明,三种不同界面状态下的XLPE/EPDM双层介质稳态电流密度不同。同一温度条件下,三者稳态电流密度和电导率均随电场强度增加而增大,其中直接接触界面试样其稳态电流密度和电导率增长最慢,极性硅脂界面试样增长最明显。同一电场条件下,三者稳态电流密度和电导率也随温度升高而增大,其中极性硅脂界面试样稳态电流密度和电导率最大,变化也最明显。最后通过利用Maxwell-Wagner极化理论和能带理论,分析直接接触界面、普通硅脂涂层界面、极性硅脂涂层界面三者在不同温度和不同场强条件下空间电荷分布及电导特性机理。总结出不同涂层物质对XLPE/EPDM双层介质空间电荷分布及电导的影响,从而为如何选取相应的涂层材料以满足实际直流电缆附件的运行要求提供借鉴。
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