基于双电层理论的正/负极性直流电场下水树生长特性
发布时间：2021-06-09 04:26
为了揭示直流电场下交联聚乙烯（XLPE）电力电缆中水树生长特性与直流电场极性的关系,进行了XLPE样本正/负极性直流电场下加速水树老化实验,分析了不同极性直流电场下XLPE/溶液界面结构对离子、水分向XLPE材料中迁移过程的影响,并进行了不同极性直流电场下水树区域的仿真分析,提出了直流电场极性影响水树生长特性的一种可能解释。研究结果表明:水树在负极性直流电场下比正极性直流电场下更长、老化更严重;在负极性直流电场下由于迁移至XLPE样本表面的氯离子存在特性吸附现象,界面结构中没有水偶极层阻碍氯离子进入XLPE材料中,所以迁移进入XLPE材料的离子、水分含量比正极性直流电场下更大;负极性直流电场下水树区域中有较多的离子、水分,使水树前端电场强度更大,有利于水树生长。因此基于XLPE/溶液界面结构的双电层理论分析,水树生长存在负极性直流电场下比正极性直流电场下长度更长、老化更为严重的现象。
【文章来源】：高电压技术. 2017,43(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
XLPE样本示意图
LPE样本水树老化区域浸泡在老化溶液中，针孔缺陷内充满溶液形成水针电极，作为水树生长的起点。XLPE样本下表面经下铜电极接地。为了研究直流电场极性对水树生长的影响，将频率为400Hz、有效值为6kV的正弦交流电压经全波整流后分别得到正极性直流电压和负极性直流电压，并施加在上铜电极上。前期研究水树与直流电场极性的关系时采用了氯化钠溶液[12-14]，为进一步研究直流电场极性对水树生长的影响，采用氯化钾溶液（浓度为1.7mol/L）进行老化。故水树老化图1XLPE样本示意图Fig.1SchematicdiagramofXLPEsample图2加速水树老化实验装置Fig.2Acceleratedwatertreeagingexperimentalsetup
崩匣?笕芤旱绲悸氏陆凳本捅硎纠匣???中有离子从溶液进入到XLPE样本中。2结果与分析2.1不同极性直流电场下的水树特征水树老化结束后，将水树切片在温度为90℃的亚甲基蓝溶液中染色60min时间（在101.325kPa大气压下），使水树区域充分染色。使用的亚甲基蓝溶液配比相同、颜色深度一致，由于亚甲基蓝溶液能够在水树区域聚集，因此染色后的水树形态及颜色深浅是对水树结构的直接反映。之后用光学显微镜观察染色后水树形态，并测量水树切片中从针尖到针尖前方水树区域前端的最大长度作为水树长度。染色后水树形态如图3所示，左侧为低倍镜下形态，右侧为高倍镜下形态。在低倍镜下看到水树从针孔处引发，呈放射状向前方生长，在针孔前方形成半球形的水树区域。负极性直流电场下水树区域明显比周围未染色的XLPE材料的颜色深，水树枝明显，在高倍镜下可以观察到大量水树微孔（宽度约为2μm）。正极性直流电场下水树区域的染色比负极性直流电场下略浅，水树形态模糊，在高倍镜下可以观察到少量微孔（宽度约为1~2μm），如图3(b)右图中圆圈处所示。为了进一步研究不同极性直流电场下水树的生长特性，按图3所示方法对不同极性直流电场下水树切片测量水树长度，并统计样本中水树长度，如图4所示。由图4可知：负极性直流电场下水树平均长度为412.63μm；正极性直流电场下水树平均长度为247.91μm，前者是后者的1.66倍。图3直流电场下老化后样本中的水树形态Fig.3MicroscopeobservationofwatertreesinsamplesagedunderDCelectricfield图4样本中水树长度统计Fig.4Lengthstatisticsofwatertreesinsamples
【参考文献】：
期刊论文
[1]亚洲电网互联模式探讨[J]. 周勤勇. 电网技术. 2017(05)
[2]高压直流交联聚乙烯电缆应用与研究进展[J]. 杜伯学,李忠磊,杨卓然,李进. 高电压技术. 2017(02)
[3]中高压XLPE电缆故障种类及机理辨析[J]. 马钦国,李复明,薛晓军,乔文玮,李高峰,郑晓泉. 电线电缆. 2017(01)
[4]由异常水树形态洞察力学取向对水树生长的影响[J]. 周凯,李康乐,杨明亮,黄明,何郁嵩,陶文彪. 中国电机工程学报. 2016(19)
[5]电力电缆资产的状态评估与运维决策综述[J]. 周承科,李明贞,王航,周文俊,鲍玉川,唐泽洋. 高电压技术. 2016(08)
[6]热处理对聚乙烯水树枝老化特性的影响[J]. 王金锋,郑晓泉. 绝缘材料. 2016(06)
[7]一种新型的高压直流输电系统直流侧谐波电压测量方法[J]. 黄银龙,乐健,毛涛,汪妮. 电工技术学报. 2015(22)
[8]电力电缆技术综述（英文）[J]. Harry Orton. 高电压技术. 2015(04)
[9]单一极性直流电压下交联聚乙烯电力电缆水树生长特性[J]. 周凯,杨明亮,陶文彪,杨滴,黄明. 高电压技术. 2015(04)
[10]高压/超高压电力电缆关键技术分析及展望[J]. 周远翔,赵健康,刘睿,陈铮铮,张云霄. 高电压技术. 2014(09)
本文编号：3219925
【文章来源】：高电压技术. 2017,43(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
XLPE样本示意图
LPE样本水树老化区域浸泡在老化溶液中，针孔缺陷内充满溶液形成水针电极，作为水树生长的起点。XLPE样本下表面经下铜电极接地。为了研究直流电场极性对水树生长的影响，将频率为400Hz、有效值为6kV的正弦交流电压经全波整流后分别得到正极性直流电压和负极性直流电压，并施加在上铜电极上。前期研究水树与直流电场极性的关系时采用了氯化钠溶液[12-14]，为进一步研究直流电场极性对水树生长的影响，采用氯化钾溶液（浓度为1.7mol/L）进行老化。故水树老化图1XLPE样本示意图Fig.1SchematicdiagramofXLPEsample图2加速水树老化实验装置Fig.2Acceleratedwatertreeagingexperimentalsetup
崩匣?笕芤旱绲悸氏陆凳本捅硎纠匣???中有离子从溶液进入到XLPE样本中。2结果与分析2.1不同极性直流电场下的水树特征水树老化结束后，将水树切片在温度为90℃的亚甲基蓝溶液中染色60min时间（在101.325kPa大气压下），使水树区域充分染色。使用的亚甲基蓝溶液配比相同、颜色深度一致，由于亚甲基蓝溶液能够在水树区域聚集，因此染色后的水树形态及颜色深浅是对水树结构的直接反映。之后用光学显微镜观察染色后水树形态，并测量水树切片中从针尖到针尖前方水树区域前端的最大长度作为水树长度。染色后水树形态如图3所示，左侧为低倍镜下形态，右侧为高倍镜下形态。在低倍镜下看到水树从针孔处引发，呈放射状向前方生长，在针孔前方形成半球形的水树区域。负极性直流电场下水树区域明显比周围未染色的XLPE材料的颜色深，水树枝明显，在高倍镜下可以观察到大量水树微孔（宽度约为2μm）。正极性直流电场下水树区域的染色比负极性直流电场下略浅，水树形态模糊，在高倍镜下可以观察到少量微孔（宽度约为1~2μm），如图3(b)右图中圆圈处所示。为了进一步研究不同极性直流电场下水树的生长特性，按图3所示方法对不同极性直流电场下水树切片测量水树长度，并统计样本中水树长度，如图4所示。由图4可知：负极性直流电场下水树平均长度为412.63μm；正极性直流电场下水树平均长度为247.91μm，前者是后者的1.66倍。图3直流电场下老化后样本中的水树形态Fig.3MicroscopeobservationofwatertreesinsamplesagedunderDCelectricfield图4样本中水树长度统计Fig.4Lengthstatisticsofwatertreesinsamples
【参考文献】：
期刊论文
[1]亚洲电网互联模式探讨[J]. 周勤勇. 电网技术. 2017(05)
[2]高压直流交联聚乙烯电缆应用与研究进展[J]. 杜伯学,李忠磊,杨卓然,李进. 高电压技术. 2017(02)
[3]中高压XLPE电缆故障种类及机理辨析[J]. 马钦国,李复明,薛晓军,乔文玮,李高峰,郑晓泉. 电线电缆. 2017(01)
[4]由异常水树形态洞察力学取向对水树生长的影响[J]. 周凯,李康乐,杨明亮,黄明,何郁嵩,陶文彪. 中国电机工程学报. 2016(19)
[5]电力电缆资产的状态评估与运维决策综述[J]. 周承科,李明贞,王航,周文俊,鲍玉川,唐泽洋. 高电压技术. 2016(08)
[6]热处理对聚乙烯水树枝老化特性的影响[J]. 王金锋,郑晓泉. 绝缘材料. 2016(06)
[7]一种新型的高压直流输电系统直流侧谐波电压测量方法[J]. 黄银龙,乐健,毛涛,汪妮. 电工技术学报. 2015(22)
[8]电力电缆技术综述（英文）[J]. Harry Orton. 高电压技术. 2015(04)
[9]单一极性直流电压下交联聚乙烯电力电缆水树生长特性[J]. 周凯,杨明亮,陶文彪,杨滴,黄明. 高电压技术. 2015(04)
[10]高压/超高压电力电缆关键技术分析及展望[J]. 周远翔,赵健康,刘睿,陈铮铮,张云霄. 高电压技术. 2014(09)
本文编号：3219925
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