高电压绝缘技术论文
高电压绝缘技术论文
随着科技技术的日益提高，高电压有机外绝缘技术的广泛应用.下面是学习啦小编整理的高电压绝缘技术论文，希望你能从中得到感悟!
高电压绝缘技术论文篇一
高电压技术及固体绝缘材料的进展
【摘要】随着科技技术的日益提高，高电压有机外绝缘技术的广泛应用，迫使我们在有机外绝缘技术上寻求新的发展、新的突破固体。绝缘材料是一种物质内部的电极化对电场敏感的材料，包括无机材料、有机材料、以及这两种材料混合的复合电介质。主要探讨聚合物纳米电解质、环氧树脂、氰酸酯树脂等固体介质的基本特性和介电性能。并对其前景进行展望。
【关键词】高电压技术;绝缘;发展;纳米复合材料;树脂;介电特性
【中图分类号】TM215.92 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158(2013)01―0058-02
1.前言
高电压与绝缘技术是随着高电压远距离输电而发展起来的一门电力科学技术，它是一门新的学科，它是随着电力系统输电电压的提高和近代物理的进展而得到发展的。高电压与绝缘技术的基本任务是研究高电压的获得和高电压下电介质及其电力系统的行为和特点。本文介绍一些固体介质材料的新进展情况以及高电压发展趋势。
2.绝缘材料
2.1 无机纳米复合电解质
无机纳米/有机聚合物复合材料的发展已有近20年的历史。早在1985年，为了善聚合物材料的强度和韧性，日本和美国开始了无机纳米/有机聚合物复合材的研究。通过添加无机纳米粒子得到的复合材料，其强度和韧性大大提高，软化温度也比单纯聚合物有所提高。我国学者通过将无机纳米粉体如、加入到环氧树脂、聚酯等绝缘聚合物中用于工程电工的绝缘电介质材料后发现，其绝缘性能、老化性能以及材料的耐大电流冲击能力提高了5到100倍。对于无机纳米复合电解质的介电特性作如下分析：
2.1.1 电阻率和电导率
电阻率是电介质最基本的性能参数之一，可分为电子单导和离子电导两种。很多文献都对纳米掺杂引起的聚合物电阻率的变化做了研究，界面区是一个纳米系统，其厚度取决于界面力作用性质，如果是短程力作用，则厚度将小于1nm，如果是长程力作用，例如在电介质中界面带电其厚度可能达到10nm以上。界面在控制电荷输运过程中起着重要作用已经是一个公认的事实。纳米电介质的许多优异性能都被认为与界面结构和行为有关。纳米颗粒表面改变了聚合物结构体和局部电荷分布。随着填料尺寸的减小，界面区域的聚合物相对体积逐渐增大，界面作用开始占据主导地位。纳米掺杂所形成的界面区域的结构不同于聚合物基体，存在大量的界面态，有可能改变复合物体内的陷阱密度和陷阱能级。纳米掺杂后材料的电阻率增大，可能是由于纳米掺杂通过物理化学作用在界面区引入了大量的深陷阱或使得原有的陷阱能级变深，降低了载流子迁移率，从而致使电阻率增大和电导率减小。
2.1.2 介电常数和介电损耗
介电常数和介电损耗可以反映电解质内部的介电施豫过程，也就是电介质对外加电场的响应过程。介电施豫是了解聚合物高分子结构和相关材料性能的重要手段。对研究固体中的空间电荷和晶体中的缺陷有重要意义。而且材料和器件的老化现象也与长时间的施豫效应有关。对聚合物/无机纳米复合电解质来说，聚合物、无机颗粒、界面区域撒部分的电学性质完全不同，他们可能引起不同性质的极化。实验发现，在温度为393K频率为1kHZ时基体、微米掺杂、纳米掺杂、的介电常数实部分别为9.99、13.8和8.49，由此可见，纳米掺杂的介电常数比基体及微米掺杂都要小。
2.1.3 耐电晕老化性能
聚合物绝缘体表面发生电晕放电时，将产生一定的带电粒子、氧和氮的等离子体以及紫外光，带电子可直接撞击聚合物表面导致高分子链的破坏，而等离子体具有强氧化性使高分子氧化分解，同时外光也可使聚合物产生老化现象。目前，采用无机米颗粒填充法提高聚合物的耐电晕性能的研究非活跃。不同的研究人员所采用的纳米粒子种类不同，耐电晕性能提高的机理也不完全相同，但均大幅度提高了原有聚合物的耐电晕性能。例如纳米在提高材料耐电晕能方面的作用，认为纳米具有改善电场分布，提高热传导能力，并在绝缘表面形成电子和紫外线屏障，从而提高了聚合物耐电晕老化寿命。
2.1.4 电树枝老化特性
电树枝的引发主要是由电荷注入和拉出过程中产生的机械疲劳引起的。空间电荷测量已经证实纳米掺杂抑制空间电荷的形成，从而提高了树枝引发电场和延长了树枝引发时间。另外，纳米颗粒对树枝引发和发展有阻挡作用。其可能机理是，纳米颗粒及其界面区域扭曲了树枝发展路径。当树枝引发后，纳米颗粒的高介电常数使得电树枝向纳米颗粒附近发展，当纳米颗粒及其本身附近的键合层、束缚层都有较强的耐放电老化特性，从而阻碍了电树枝的进一步发展或者使其发展路径更加扭曲，从而延长了复合物电树枝老化击穿时间。
2.1.5 聚合物纳米复合电介质的局部放电
在电气设备的绝缘系统中，通常不同部位的电场强度是不同的，如果局部区域的场强超过该区域介质的击穿场强时，放电就会发生，由于这种放电并不会贯穿施加电压的两导体之间，整个绝缘系统并没有击穿，仍保持绝缘性能，把这种现象称为局部放电。局部放电是一种伴随有电、声、光、热等效应的复杂的物理过程。在放电过程中经常会导致聚合物链的氧化、裂解和交联，使聚合物表面电导率与体积电导率明显增大，从而增加聚合物的介电损耗，降低介电强度，大大降低电气设备的使用寿命。最近的研究表明，使用无机纳米化合物对现有的聚合物绝缘材料(如聚酰亚胺)填充改性，可以在很大程度上提高聚合物的抗局部放电性能。
2.2 高性能介电复合材料用基体树脂的研究进展
2.2.1 环氧树脂(EP)
环氧树脂是一类具有良好粘接、耐腐蚀、电气绝缘、高强度等性能的热固性树脂是最常用的复合材料基体树脂之一。环氧树脂具有不耐高温、介电性能一般、固化后韧性差等缺点，使其在高频电路板和透波材料等方面的应用受到限制。此外，在树脂体系中加入氰酸酯可降低树脂固化体系中羧基的浓度，同时可改善树脂的交联浓度，提高固化物玻璃化转变温度。在EP中加入聚亚苯基醚和甲代烯苯基醚等较大基团，可改变其介电性能。 2.2.2 氰酸酯树脂(CE)
氰酸酯树脂是一种新型高性能热固性树脂基体，含有两个或两个以上的氰酸酯官能团，具有优良的力学性能、高耐热性、低的介电常数和介电损耗、高的热稳定性和良好的工艺技术。然而氰酸酯树脂最引人注目的是他优良的介电性能，由于氰酸酯树脂聚合后交联密度大，加上分子中三嗪环结构高度对称，造成CE固化物较脆，加之单体制备工艺存在毒性大、转化率低等所带来的价格高等因素在很大程度上限制他的广泛应用。
2.2.3 其他树脂基体
用于高性能介电复合材料的树脂基体主要为以上介绍的各种树脂，但一些介电性能优良、耐高温的树脂也可用于制造PCB、雷达天线罩、微电子材料以及其他的一些高频通讯器材。由于所用纤维和基体都是非极性材料，结构相似，两者具有良好的相容性，制得的复合材料界面粘结强度高、介电性能优异、综合力学性能好、耐化学腐蚀性能好、吸湿率极小，是一类理想的高性能介电复合材料。
3.高电压技术的发展情况
从全面说来，高电压技术可分为两个方面，一个是输变电中的高电压技术，另一个是电场物理装置中的高电压技术，我们都是搞电力的，所以主要关心输变电中的高电压技术，这一方面当前主要是输电电压向超高压、特高压发展，同时对已经有的电力系统，包括22万、33万、50万伏电压等级这些已经有的系统，怎么使设备小型化和高质量，最主要的高电压研究工作还是对电力系统中高电压设备的研究，包括绝缘子表面放电的规律;在很高电压的输电线附近的电场很强，人在下面走有什么感受，电场强度怎么控制，电线的高度都和这个有关系的，直流电场和交流电场有点区别，在直流电场，如果是一个正电极的带电导线它对地是正的或者是负的，当超过了电离的电场强度以后，导线与地之间的气体分子就电离了，正的和负的分离，正的电荷就往下流，带电的粒子永远是向下流的，当直流电流流过人体，带电的正电荷加强了地面的电场强度，减弱了上面的电场强度，但是人和生物都是在下面的，所以人是感受对导体带电产生的电场，是把它加强的作用。在交流情况下，电荷没有规律，电场的分布要经过详细计算。
过电压问题的研究电力设备除了承受交流或直流工作电压外，还会遇到雷电过电压和内部过电压的作用，这两类过电压会给电力设备的绝缘带来严重的危害，因此就需要研究这两类过电压的发生和变化规律，以及防止这两类过电压引起事故的技术措施由于雷云放电引起的过电压叫做雷电过电压，雷电过电压根据产生的原因通常分为两种：(1)直击雷过电压;(2)感应雷过电压。雷电过电压的特点是：(1)持续的时间很短;(2)它是单极性的;(3)雷电过电压的峰值很高。
4.总结
纵观高电压技术的发展，大致走过了一条从现象观测到实验研究再到理论探讨的漫长道路，概括起来有以下几个主要特点：
(1)实验性强。实验和分析表明，影响电介质在高电压下行为的因素甚多。因此，根据特定条件所得出的理论，通常具有较大的局限性。为了获得具有普遍意义的结果，需要从大量的实验结果中抽取反映本质的因素。从这个意义上说，实验的重要性在本学科的发展中是至关重要的(2)理论性强。由于放电和击穿是发生在非限定空间的一种导电现象，其内在规律无法从“路”的观点来描述，只能从易受多种因素制约的“场”的理论出发，由于过程复杂，致使表征其内在规律的理论至今尚不成熟，而且带电粒子的行为与物质性质和状态关系密切，这就更增加了理论探讨的难度。(3)交叉性强。在吸收其他新兴学科的最新成就促进自身不断发展的同时，高电压技术也在不断的向其他学科渗透并成为开拓新兴科学技术不可缺少的理论和技术基础，高功率脉冲技术的出现就是个突出的实例。
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