【摘 要】
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高压直流电缆附件是电缆运行中最为薄弱的部分,电缆附件绝缘参数不匹配会导致内部电场分布不均匀,进而造成电气性能劣化。工程上多使用具备电场调控特性的橡胶材料作为电缆附件的增强绝缘,使得绝缘材料电场大小自适应调控,从而达到优化电场分布的效果。本文采用物理性能优良的硅橡胶（Si R）作为基体材料,通过氧化锌纳米棒（ZnOk）、自制的氧化锌纳米片（ZnOp）、自制的多壁碳纳米管/氧化锌纳米片（MWCNTs/
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高压直流电缆附件是电缆运行中最为薄弱的部分,电缆附件绝缘参数不匹配会导致内部电场分布不均匀,进而造成电气性能劣化。工程上多使用具备电场调控特性的橡胶材料作为电缆附件的增强绝缘,使得绝缘材料电场大小自适应调控,从而达到优化电场分布的效果。本文采用物理性能优良的硅橡胶（Si R）作为基体材料,通过氧化锌纳米棒（ZnOk）、自制的氧化锌纳米片（ZnOp）、自制的多壁碳纳米管/氧化锌纳米片（MWCNTs/ZnOp）复合填料掺杂对硅橡胶进行改性,通过热压制备得到无机填料/硅橡胶复合介质。对无机填料和复合介质的微观结构、填料分布状况进行表征,系统地研究了无机填料形貌、掺杂含量对复合电介质的电学、热学和力学性能的影响。建立了200 k V电缆附件中间接头模型,并用COMSOL Multiphysics软件模拟了附件增强绝缘内部的电场分布。结果表明:复合介质的电导率与无机填料掺杂含量和温度呈正相关,对应非线性电导率的阈值场强与无机填料掺杂含量和温度呈负相关。电导率测试结果显示,ZnOp无机填料调控复合介质非线性电导特性要优于ZnOk,MWCNTs/ZnOp/Si R复合介质的非线性电导特性也要优于同等ZnOp掺杂含量下的ZnOp/Si R复合介质。ZnOk/Si R、MWCNTs/ZnOp/Si R复合介质的击穿场强和无机填料的掺杂含量和温度呈负相关。而ZnOp/Si R复合介质的击穿场强则在ZnOp掺杂量为5 wt.%时达到最佳值,然后随着ZnOp掺杂含量的提升而逐渐降低,且随着温度的上升其击穿场强略有增加。COMSOL模拟结果表明,具有非线性电导特性的无机填料/硅橡胶复合介质可以有效地缓解电缆附件应力锥处的电场集中。此外,与纯Si R相比,无机填料/硅橡胶复合介质不仅具有优良的电气性能,同时又具有较好的热学性能和机械性能。本文研究表明,掺杂适当含量的ZnOk、ZnOp、MWCNTs/ZnOp无机填料,使得无机填料/硅橡胶复合介质具有优异的综合性能,具有作为高性能电缆附件增强绝缘的良好应用前景。
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