直流-脉冲复合场下不同温度梯度电缆附件硅橡胶电树枝生长特性研究

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电缆附件作为直流电缆输电的关键部件,其绝缘性能的好坏直接关系到电缆能否安全稳定地运行。电缆附件一般采用多层复合绝缘介质,且工作在温度梯度、复合电压环境下,其主绝缘硅橡胶电树枝劣化问题严重威胁电缆的绝缘安全。本文以高温硫化硅橡胶电树枝作为研究对象,旨在研究温度梯度环境下脉冲电压、直流-脉冲复合电压下电树枝特性,揭示温度梯度、复合电压下电荷输运行为和电树枝劣化机理,为我国高压直流电缆附件绝缘提供实验依据和理论支撑。本文主要工作和结论如下:
  (1)基于脉冲电压、温度梯度下硅橡胶电树枝起始特性和生长特性,发现绝缘材料局部温升会造成电树枝起始电压下降;在电树枝生长过程中,温度梯度影响电树枝长度、累积损伤分布。根据电导率测试、陷阱能级分布特性发现高温下硅橡胶电导率增加,电荷更易从能量水平较高的陷阱中脱陷,促进电荷的注入和迁移,从而加速了硅橡胶分子链断裂,进一步引发碰撞电离促进电树枝生长。
  (2)基于直流-脉冲复合电压、温度梯度下电树枝生长特性,发现同一类型复合电压条件下,随着温度梯度的增大,电树枝长度、分形维数、累积损伤增加;相同温度梯度下,异极性复合电压下电树枝长度、分形维数、累积损伤比同极性大。研究表明温度梯度、复合电压共同影响电荷的入陷、脱陷行为,电荷的周期性运动加速了电树枝的生长。结合陷阱分布特性和电导特性,得到了温度梯度、复合电压联合作用对电荷输运行为与电树枝劣化的影响规律。
  (3)基于直流-脉冲复合电压、室温环境下电树枝生长特性,发现复合电压波形影响电树枝生长特性,丛林状电树枝生长速度较慢,但累积损伤较大;同极性复合电压作用时,电树枝长度随直流电压幅值增大而增加且电树枝击穿概率较大;异极性复合电压作用时,电树枝长度随着直流电压幅值的不同而变化。从电树枝微观形貌特征验证了电荷的聚集、复合放电、正负离子结合释放能量是引发电树枝生长的主要原因。
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