高電壓絕緣技術(shù)論文

高電壓絕緣技術(shù)論文

　　隨著科技技術(shù)的日益提高，高電壓有機(jī)外絕緣技術(shù)的廣泛應(yīng)用.下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的高電壓絕緣技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!

　　高電壓絕緣技術(shù)論文篇一

　　高電壓技術(shù)及固體絕緣材料的進(jìn)展

　　【摘要】隨著科技技術(shù)的日益提高，高電壓有機(jī)外絕緣技術(shù)的廣泛應(yīng)用，迫使我們?cè)谟袡C(jī)外絕緣技術(shù)上尋求新的發(fā)展、新的突破固體。絕緣材料是一種物質(zhì)內(nèi)部的電極化對(duì)電場(chǎng)敏感的材料，包括無(wú)機(jī)材料、有機(jī)材料、以及這兩種材料混合的復(fù)合電介質(zhì)。主要探討聚合物納米電解質(zhì)、環(huán)氧樹(shù)脂、氰酸酯樹(shù)脂等固體介質(zhì)的基本特性和介電性能。并對(duì)其前景進(jìn)行展望。

　　【關(guān)鍵詞】高電壓技術(shù);絕緣;發(fā)展;納米復(fù)合材料;樹(shù)脂;介電特性

　　【中圖分類(lèi)號(hào)】TM215.92 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158(2013)01―0058-02

　　1.前言

　　高電壓與絕緣技術(shù)是隨著高電壓遠(yuǎn)距離輸電而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)電力科學(xué)技術(shù)，它是一門(mén)新的學(xué)科，它是隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的提高和近代物理的進(jìn)展而得到發(fā)展的。高電壓與絕緣技術(shù)的基本任務(wù)是研究高電壓的獲得和高電壓下電介質(zhì)及其電力系統(tǒng)的行為和特點(diǎn)。本文介紹一些固體介質(zhì)材料的新進(jìn)展情況以及高電壓發(fā)展趨勢(shì)。

　　2.絕緣材料

　　2.1 無(wú)機(jī)納米復(fù)合電解質(zhì)

　　無(wú)機(jī)納米/有機(jī)聚合物復(fù)合材料的發(fā)展已有近20年的歷史。早在1985年，為了善聚合物材料的強(qiáng)度和韌性，日本和美國(guó)開(kāi)始了無(wú)機(jī)納米/有機(jī)聚合物復(fù)合材的研究。通過(guò)添加無(wú)機(jī)納米粒子得到的復(fù)合材料，其強(qiáng)度和韌性大大提高，軟化溫度也比單純聚合物有所提高。我國(guó)學(xué)者通過(guò)將無(wú)機(jī)納米粉體如、加入到環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯等絕緣聚合物中用于工程電工的絕緣電介質(zhì)材料后發(fā)現(xiàn)，其絕緣性能、老化性能以及材料的耐大電流沖擊能力提高了5到100倍。對(duì)于無(wú)機(jī)納米復(fù)合電解質(zhì)的介電特性作如下分析：

　　2.1.1 電阻率和電導(dǎo)率

　　電阻率是電介質(zhì)最基本的性能參數(shù)之一，可分為電子單導(dǎo)和離子電導(dǎo)兩種。很多文獻(xiàn)都對(duì)納米摻雜引起的聚合物電阻率的變化做了研究，界面區(qū)是一個(gè)納米系統(tǒng)，其厚度取決于界面力作用性質(zhì)，如果是短程力作用，則厚度將小于1nm，如果是長(zhǎng)程力作用，例如在電介質(zhì)中界面帶電其厚度可能達(dá)到10nm以上。界面在控制電荷輸運(yùn)過(guò)程中起著重要作用已經(jīng)是一個(gè)公認(rèn)的事實(shí)。納米電介質(zhì)的許多優(yōu)異性能都被認(rèn)為與界面結(jié)構(gòu)和行為有關(guān)。納米顆粒表面改變了聚合物結(jié)構(gòu)體和局部電荷分布。隨著填料尺寸的減小，界面區(qū)域的聚合物相對(duì)體積逐漸增大，界面作用開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地位。納米摻雜所形成的界面區(qū)域的結(jié)構(gòu)不同于聚合物基體，存在大量的界面態(tài)，有可能改變復(fù)合物體內(nèi)的陷阱密度和陷阱能級(jí)。納米摻雜后材料的電阻率增大，可能是由于納米摻雜通過(guò)物理化學(xué)作用在界面區(qū)引入了大量的深陷阱或使得原有的陷阱能級(jí)變深，降低了載流子遷移率，從而致使電阻率增大和電導(dǎo)率減小。

　　2.1.2 介電常數(shù)和介電損耗

　　介電常數(shù)和介電損耗可以反映電解質(zhì)內(nèi)部的介電施豫過(guò)程，也就是電介質(zhì)對(duì)外加電場(chǎng)的響應(yīng)過(guò)程。介電施豫是了解聚合物高分子結(jié)構(gòu)和相關(guān)材料性能的重要手段。對(duì)研究固體中的空間電荷和晶體中的缺陷有重要意義。而且材料和器件的老化現(xiàn)象也與長(zhǎng)時(shí)間的施豫效應(yīng)有關(guān)。對(duì)聚合物/無(wú)機(jī)納米復(fù)合電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，聚合物、無(wú)機(jī)顆粒、界面區(qū)域撒部分的電學(xué)性質(zhì)完全不同，他們可能引起不同性質(zhì)的極化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在溫度為393K頻率為1kHZ時(shí)基體、微米摻雜、納米摻雜、的介電常數(shù)實(shí)部分別為9.99、13.8和8.49，由此可見(jiàn)，納米摻雜的介電常數(shù)比基體及微米摻雜都要小。

　　2.1.3 耐電暈老化性能

　　聚合物絕緣體表面發(fā)生電暈放電時(shí)，將產(chǎn)生一定的帶電粒子、氧和氮的等離子體以及紫外光，帶電子可直接撞擊聚合物表面導(dǎo)致高分子鏈的破壞，而等離子體具有強(qiáng)氧化性使高分子氧化分解，同時(shí)外光也可使聚合物產(chǎn)生老化現(xiàn)象。目前，采用無(wú)機(jī)米顆粒填充法提高聚合物的耐電暈性能的研究非活躍。不同的研究人員所采用的納米粒子種類(lèi)不同，耐電暈性能提高的機(jī)理也不完全相同，但均大幅度提高了原有聚合物的耐電暈性能。例如納米在提高材料耐電暈?zāi)芊矫娴淖饔?，認(rèn)為納米具有改善電場(chǎng)分布，提高熱傳導(dǎo)能力，并在絕緣表面形成電子和紫外線屏障，從而提高了聚合物耐電暈老化壽命。

　　2.1.4 電樹(shù)枝老化特性

　　電樹(shù)枝的引發(fā)主要是由電荷注入和拉出過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械疲勞引起的。空間電荷測(cè)量已經(jīng)證實(shí)納米摻雜抑制空間電荷的形成，從而提高了樹(shù)枝引發(fā)電場(chǎng)和延長(zhǎng)了樹(shù)枝引發(fā)時(shí)間。另外，納米顆粒對(duì)樹(shù)枝引發(fā)和發(fā)展有阻擋作用。其可能機(jī)理是，納米顆粒及其界面區(qū)域扭曲了樹(shù)枝發(fā)展路徑。當(dāng)樹(shù)枝引發(fā)后，納米顆粒的高介電常數(shù)使得電樹(shù)枝向納米顆粒附近發(fā)展，當(dāng)納米顆粒及其本身附近的鍵合層、束縛層都有較強(qiáng)的耐放電老化特性，從而阻礙了電樹(shù)枝的進(jìn)一步發(fā)展或者使其發(fā)展路徑更加扭曲，從而延長(zhǎng)了復(fù)合物電樹(shù)枝老化擊穿時(shí)間。

　　2.1.5 聚合物納米復(fù)合電介質(zhì)的局部放電

　　在電氣設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中，通常不同部位的電場(chǎng)強(qiáng)度是不同的，如果局部區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)該區(qū)域介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，放電就會(huì)發(fā)生，由于這種放電并不會(huì)貫穿施加電壓的兩導(dǎo)體之間，整個(gè)絕緣系統(tǒng)并沒(méi)有擊穿，仍保持絕緣性能，把這種現(xiàn)象稱(chēng)為局部放電。局部放電是一種伴隨有電、聲、光、熱等效應(yīng)的復(fù)雜的物理過(guò)程。在放電過(guò)程中經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致聚合物鏈的氧化、裂解和交聯(lián)，使聚合物表面電導(dǎo)率與體積電導(dǎo)率明顯增大，從而增加聚合物的介電損耗，降低介電強(qiáng)度，大大降低電氣設(shè)備的使用壽命。最近的研究表明，使用無(wú)機(jī)納米化合物對(duì)現(xiàn)有的聚合物絕緣材料(如聚酰亞胺)填充改性，可以在很大程度上提高聚合物的抗局部放電性能。

　　2.2 高性能介電復(fù)合材料用基體樹(shù)脂的研究進(jìn)展

　　2.2.1 環(huán)氧樹(shù)脂(EP)

　　環(huán)氧樹(shù)脂是一類(lèi)具有良好粘接、耐腐蝕、電氣絕緣、高強(qiáng)度等性能的熱固性樹(shù)脂是最常用的復(fù)合材料基體樹(shù)脂之一。環(huán)氧樹(shù)脂具有不耐高溫、介電性能一般、固化后韌性差等缺點(diǎn)，使其在高頻電路板和透波材料等方面的應(yīng)用受到限制。此外，在樹(shù)脂體系中加入氰酸酯可降低樹(shù)脂固化體系中羧基的濃度，同時(shí)可改善樹(shù)脂的交聯(lián)濃度，提高固化物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在EP中加入聚亞苯基醚和甲代烯苯基醚等較大基團(tuán)，可改變其介電性能。 　　2.2.2 氰酸酯樹(shù)脂(CE)

　　氰酸酯樹(shù)脂是一種新型高性能熱固性樹(shù)脂基體，含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的氰酸酯官能團(tuán)，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、高耐熱性、低的介電常數(shù)和介電損耗、高的熱穩(wěn)定性和良好的工藝技術(shù)。然而氰酸酯樹(shù)脂最引人注目的是他優(yōu)良的介電性能，由于氰酸酯樹(shù)脂聚合后交聯(lián)密度大，加上分子中三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱(chēng)，造成CE固化物較脆，加之單體制備工藝存在毒性大、轉(zhuǎn)化率低等所帶來(lái)的價(jià)格高等因素在很大程度上限制他的廣泛應(yīng)用。

　　2.2.3 其他樹(shù)脂基體

　　用于高性能介電復(fù)合材料的樹(shù)脂基體主要為以上介紹的各種樹(shù)脂，但一些介電性能優(yōu)良、耐高溫的樹(shù)脂也可用于制造PCB、雷達(dá)天線罩、微電子材料以及其他的一些高頻通訊器材。由于所用纖維和基體都是非極性材料，結(jié)構(gòu)相似，兩者具有良好的相容性，制得的復(fù)合材料界面粘結(jié)強(qiáng)度高、介電性能優(yōu)異、綜合力學(xué)性能好、耐化學(xué)腐蝕性能好、吸濕率極小，是一類(lèi)理想的高性能介電復(fù)合材料。

　　3.高電壓技術(shù)的發(fā)展情況

　　從全面說(shuō)來(lái)，高電壓技術(shù)可分為兩個(gè)方面，一個(gè)是輸變電中的高電壓技術(shù)，另一個(gè)是電場(chǎng)物理裝置中的高電壓技術(shù)，我們都是搞電力的，所以主要關(guān)心輸變電中的高電壓技術(shù)，這一方面當(dāng)前主要是輸電電壓向超高壓、特高壓發(fā)展，同時(shí)對(duì)已經(jīng)有的電力系統(tǒng)，包括22萬(wàn)、33萬(wàn)、50萬(wàn)伏電壓等級(jí)這些已經(jīng)有的系統(tǒng)，怎么使設(shè)備小型化和高質(zhì)量，最主要的高電壓研究工作還是對(duì)電力系統(tǒng)中高電壓設(shè)備的研究，包括絕緣子表面放電的規(guī)律;在很高電壓的輸電線附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，人在下面走有什么感受，電場(chǎng)強(qiáng)度怎么控制，電線的高度都和這個(gè)有關(guān)系的，直流電場(chǎng)和交流電場(chǎng)有點(diǎn)區(qū)別，在直流電場(chǎng)，如果是一個(gè)正電極的帶電導(dǎo)線它對(duì)地是正的或者是負(fù)的，當(dāng)超過(guò)了電離的電場(chǎng)強(qiáng)度以后，導(dǎo)線與地之間的氣體分子就電離了，正的和負(fù)的分離，正的電荷就往下流，帶電的粒子永遠(yuǎn)是向下流的，當(dāng)直流電流流過(guò)人體，帶電的正電荷加強(qiáng)了地面的電場(chǎng)強(qiáng)度，減弱了上面的電場(chǎng)強(qiáng)度，但是人和生物都是在下面的，所以人是感受對(duì)導(dǎo)體帶電產(chǎn)生的電場(chǎng)，是把它加強(qiáng)的作用。在交流情況下，電荷沒(méi)有規(guī)律，電場(chǎng)的分布要經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算。

　　過(guò)電壓?jiǎn)栴}的研究電力設(shè)備除了承受交流或直流工作電壓外，還會(huì)遇到雷電過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓的作用，這兩類(lèi)過(guò)電壓會(huì)給電力設(shè)備的絕緣帶來(lái)嚴(yán)重的危害，因此就需要研究這兩類(lèi)過(guò)電壓的發(fā)生和變化規(guī)律，以及防止這兩類(lèi)過(guò)電壓引起事故的技術(shù)措施由于雷云放電引起的過(guò)電壓叫做雷電過(guò)電壓，雷電過(guò)電壓根據(jù)產(chǎn)生的原因通常分為兩種：(1)直擊雷過(guò)電壓;(2)感應(yīng)雷過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓的特點(diǎn)是：(1)持續(xù)的時(shí)間很短;(2)它是單極性的;(3)雷電過(guò)電壓的峰值很高。

　　4.總結(jié)

　　縱觀高電壓技術(shù)的發(fā)展，大致走過(guò)了一條從現(xiàn)象觀測(cè)到實(shí)驗(yàn)研究再到理論探討的漫長(zhǎng)道路，概括起來(lái)有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

　　(1)實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)和分析表明，影響電介質(zhì)在高電壓下行為的因素甚多。因此，根據(jù)特定條件所得出的理論，通常具有較大的局限性。為了獲得具有普遍意義的結(jié)果，需要從大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中抽取反映本質(zhì)的因素。從這個(gè)意義上說(shuō)，實(shí)驗(yàn)的重要性在本學(xué)科的發(fā)展中是至關(guān)重要的(2)理論性強(qiáng)。由于放電和擊穿是發(fā)生在非限定空間的一種導(dǎo)電現(xiàn)象，其內(nèi)在規(guī)律無(wú)法從“路”的觀點(diǎn)來(lái)描述，只能從易受多種因素制約的“場(chǎng)”的理論出發(fā)，由于過(guò)程復(fù)雜，致使表征其內(nèi)在規(guī)律的理論至今尚不成熟，而且?guī)щ娏Ｗ拥男袨榕c物質(zhì)性質(zhì)和狀態(tài)關(guān)系密切，這就更增加了理論探討的難度。(3)交叉性強(qiáng)。在吸收其他新興學(xué)科的最新成就促進(jìn)自身不斷發(fā)展的同時(shí)，高電壓技術(shù)也在不斷的向其他學(xué)科滲透并成為開(kāi)拓新興科學(xué)技術(shù)不可缺少的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，高功率脈沖技術(shù)的出現(xiàn)就是個(gè)突出的實(shí)例。

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