纳米颗粒填充浓度和表面处理对纳米MgO/PP空间电荷行为的影响
发布时间：2022-01-09 04:11
为研究纳米颗粒表面处理和填充浓度对聚丙烯（polypropylene,PP）介质内部空间电荷特性的影响,以PP为基料,分别以经过表面处理和未经表面处理的纳米氧化镁（Mg O）为填充颗粒,制备了2组不同质量分数的纳米Mg O/PP复合介质,并对纳米复合介质微观特性结构和空间电荷进行了实验研究。微观特性研究表明:无机纳米颗粒在聚合物中分散均匀,经过表面处理的复合介质团聚更少,Mg O的添加使介质结晶峰值温度和结晶度增加。空间电荷实验表明:在去极化过程中,添加经过表面处理和未经过表面处理的Mg O后,复合介质阴极的同极性电荷量减少,阳极异极性电荷基本消失,整体电荷密度下降;当Mg O质量分数为0.5%时,50 kV/mm电场强度下未经表面处理的体电荷密度为纯PP的37.2%,经过表面处理的体电荷密度为纯PP的52.8%,抑制效果均为实验试样中最佳;高电场下,未经过表面处理的复合介质对于空间电荷抑制作用相比经过表面处理的复合介质更明显,经过表面处理的复合介质对于极化过程中空间电荷造成的电场畸变有更好的抑制效果。
【文章来源】：高电压技术. 2015,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
PP和纳米Mg0/PP复合介质在短路9:时的空间电荷分布
操卫康，李喆，龚瑾，等：纳米颗粒填充浓度和表面处理对纳米MgO/PP空间电荷行为的影响1499图4预压50kV/mm后，短路过程纯PP和纳米MgO/PP复合介质内空间电荷分布Fig.4SpacechargedistributionofPPandnano-MgO/PPcompositesduringtheshortcircuitprocessat50kV/mm值的注入深度。从图4中可以看出，在高场强下有：1）PP阴极积累的同极性电荷消散有限，消散过程集中在短路前15min，中间积累的正极性电荷和阳极积累的异极性电荷基本没有消散。2）加入未经表面处理的MgO后，阴极的同极性电荷消散过程仍然集中在短路前15min，消散程度较PP有所加强。3）经过表面处理的试样中，MgO质量分数为1%时阴极积累的同极性电荷较深且消散量有限；MgO质量分数为3%的试样阴极电荷消散明显且在短路15min后仍会消散；试样中间出现的正极性电荷消散不明显。4）纯PP和纳米MgO/PP复合介质内的电荷很难在短期内完全消散。3分析3.1阴极空间体电荷密度峰值和注入深度在去极化过程中，加入MgO对于PP空间电荷的改性主要体现在阳极积累的空间电荷基本消失，试样中间的正负极性电荷大为减少，阴极体电荷密度峰值和注入深度也有明显下降。在50kV/mm高场强下阴极附近同极性电荷的变化可以从图4中的Q值和d值看出，如表2所示。从表2中可以看出，在高场强下：1）未经表面处理的MgO对阴极电荷的注入有很好的抑制作用，尤其是MgO质量分数为0.5%和3%。例如未处理的0.5%一组，阴极空间体电荷密度峰值只有纯PP的40.6%，注入深度也只有纯PP时
填充纳米MgO颗粒后介质内部空间电荷的变化，即其对空间电荷的抑制作用，本文采用平均体电荷密度来定量描述不同浓度复合介质内积累的空间电荷量，其定义为[18-19]()()10ppp101,,,dxxqtEqxtExxx=∫(2)式中：x为空间电荷测量点所在位置；x0和x1分别为下电极和上电极的位置(不计入试样和电极界面处的感应电荷)；t为电压撤去后两电极的短路时间变量，此处t取9s；Ep为极化电场强度(此处预压极化电场强度为50kV/mm)；qp(x，t，Ep)为试样内部的空间电荷密度，采用绝对值。图5显示的是在不同场强下预压30min后，短路过程中经过表面处理和未经表面处理的试样内部平均体电荷密度，可以看出：1）随着电场强度的增加，试样内部的空间体电荷密度也增加。2）在低场强10kV/mm下，经过表面处理的试样体电荷密度少于未经过表面处理的试样。3）在中高电场下，加入纳米MgO后空间体电荷密度比纯PP少；30kV/mm时未经表面处理的体电荷密度普遍较低，经过表面处理的试样随MgO质量分数变化有所不同，MgO质量分数为3%时最低；到了50kV/mm时，表面处理的试样空间电荷抑制效果不如未经过表面处理的试样，MgO质量分数为3%时电荷体密度反而最高。4）无论是否经过表面处理，整体上MgO质量分数为0.5%时对电荷体平均密度抑制效果最佳，例图5短路9s时PP和纳米MgO/PP复合介质平均体电荷密度Fig.5AveragevolumedensityofspacechargeofPPandnano-MgO/PPduringtheshortcircuitprocess(9s)表2PP和纳米MgO/PP复合材料阴极界面附近空间体电荷密度峰值和峰值注入深度Table2VolumechargedensitypeakvalueandinjectiondepthofchargepacketformedinvicinityofcathodeinPPandnano-MgO/PPcomposites不同组分Q/(C·m
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压直流XLPE电缆研究现状[J]. 王亚,吕泽鹏,吴锴,王霞,刘通,李锐海. 绝缘材料. 2014(01)
[2]纳米粒子改性聚乙烯直流电缆绝缘材料研究（Ⅰ）[J]. 陈曦,吴锴,王霞,成永红,屠德民,秦楷. 高电压技术. 2012(10)
[3]纳米填充浓度对LDPE/Silica纳米复合介质中空间电荷行为的影响[J]. 吴建东,尹毅,兰莉,王俏华,李旭光,肖登明. 中国电机工程学报. 2012(28)
[4]老化方式对交流交联聚乙烯电缆空间电荷分布的影响[J]. 欧阳本红,赵健康,陈铮铮,李巍巍,李建英,王霞. 高电压技术. 2012(08)
[5]MgO/LDPE纳米复合材料制备及其空间电荷特性[J]. 徐明忠,赵洪,吉超,杨佳明,张文龙. 高电压技术. 2012(03)
[6]NOMEX合成纤维绝缘介质在直流电场中的空间电荷特性[J]. 廖瑞金,李伟,杨丽君,郝建,周欣,李剑. 高电压技术. 2011(08)
[7]纳米氧化铝对硅橡胶空间电荷特性的影响[J]. 周远翔,郭绍伟,聂琼,刘睿,候非. 高电压技术. 2010(07)
[8]空间电荷测量信号恢复中的频域反卷积技术及实现[J]. 蔡川,李旭光,尹毅,王雅群. 电工技术学报. 2009(10)
[9]纳米粉体制备过程中粒子的团聚及控制方法研究[J]. 郝顺利,王新,崔银芳,王永明. 人工晶体学报. 2006(02)
[10]纳米高聚物复合材料的结构特性、应用和发展趋势及其思考[J]. 雷清泉,范勇,王暄. 电工技术学报. 2006(02)
博士论文
[1]低密度聚乙烯纳米复合介质中电荷输运的实验研究和数值模拟[D]. 吴建东.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]MgO/聚烯烃纳米材料的制备与性能研究[D]. 吴月.哈尔滨理工大学 2013
[2]纳米MgO/PE复合介质高场下电荷行为[D]. 杨佳明.哈尔滨理工大学 2010
本文编号：3577935
【文章来源】：高电压技术. 2015,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
PP和纳米Mg0/PP复合介质在短路9:时的空间电荷分布
操卫康，李喆，龚瑾，等：纳米颗粒填充浓度和表面处理对纳米MgO/PP空间电荷行为的影响1499图4预压50kV/mm后，短路过程纯PP和纳米MgO/PP复合介质内空间电荷分布Fig.4SpacechargedistributionofPPandnano-MgO/PPcompositesduringtheshortcircuitprocessat50kV/mm值的注入深度。从图4中可以看出，在高场强下有：1）PP阴极积累的同极性电荷消散有限，消散过程集中在短路前15min，中间积累的正极性电荷和阳极积累的异极性电荷基本没有消散。2）加入未经表面处理的MgO后，阴极的同极性电荷消散过程仍然集中在短路前15min，消散程度较PP有所加强。3）经过表面处理的试样中，MgO质量分数为1%时阴极积累的同极性电荷较深且消散量有限；MgO质量分数为3%的试样阴极电荷消散明显且在短路15min后仍会消散；试样中间出现的正极性电荷消散不明显。4）纯PP和纳米MgO/PP复合介质内的电荷很难在短期内完全消散。3分析3.1阴极空间体电荷密度峰值和注入深度在去极化过程中，加入MgO对于PP空间电荷的改性主要体现在阳极积累的空间电荷基本消失，试样中间的正负极性电荷大为减少，阴极体电荷密度峰值和注入深度也有明显下降。在50kV/mm高场强下阴极附近同极性电荷的变化可以从图4中的Q值和d值看出，如表2所示。从表2中可以看出，在高场强下：1）未经表面处理的MgO对阴极电荷的注入有很好的抑制作用，尤其是MgO质量分数为0.5%和3%。例如未处理的0.5%一组，阴极空间体电荷密度峰值只有纯PP的40.6%，注入深度也只有纯PP时
填充纳米MgO颗粒后介质内部空间电荷的变化，即其对空间电荷的抑制作用，本文采用平均体电荷密度来定量描述不同浓度复合介质内积累的空间电荷量，其定义为[18-19]()()10ppp101,,,dxxqtEqxtExxx=∫(2)式中：x为空间电荷测量点所在位置；x0和x1分别为下电极和上电极的位置(不计入试样和电极界面处的感应电荷)；t为电压撤去后两电极的短路时间变量，此处t取9s；Ep为极化电场强度(此处预压极化电场强度为50kV/mm)；qp(x，t，Ep)为试样内部的空间电荷密度，采用绝对值。图5显示的是在不同场强下预压30min后，短路过程中经过表面处理和未经表面处理的试样内部平均体电荷密度，可以看出：1）随着电场强度的增加，试样内部的空间体电荷密度也增加。2）在低场强10kV/mm下，经过表面处理的试样体电荷密度少于未经过表面处理的试样。3）在中高电场下，加入纳米MgO后空间体电荷密度比纯PP少；30kV/mm时未经表面处理的体电荷密度普遍较低，经过表面处理的试样随MgO质量分数变化有所不同，MgO质量分数为3%时最低；到了50kV/mm时，表面处理的试样空间电荷抑制效果不如未经过表面处理的试样，MgO质量分数为3%时电荷体密度反而最高。4）无论是否经过表面处理，整体上MgO质量分数为0.5%时对电荷体平均密度抑制效果最佳，例图5短路9s时PP和纳米MgO/PP复合介质平均体电荷密度Fig.5AveragevolumedensityofspacechargeofPPandnano-MgO/PPduringtheshortcircuitprocess(9s)表2PP和纳米MgO/PP复合材料阴极界面附近空间体电荷密度峰值和峰值注入深度Table2VolumechargedensitypeakvalueandinjectiondepthofchargepacketformedinvicinityofcathodeinPPandnano-MgO/PPcomposites不同组分Q/(C·m
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压直流XLPE电缆研究现状[J]. 王亚,吕泽鹏,吴锴,王霞,刘通,李锐海. 绝缘材料. 2014(01)
[2]纳米粒子改性聚乙烯直流电缆绝缘材料研究（Ⅰ）[J]. 陈曦,吴锴,王霞,成永红,屠德民,秦楷. 高电压技术. 2012(10)
[3]纳米填充浓度对LDPE/Silica纳米复合介质中空间电荷行为的影响[J]. 吴建东,尹毅,兰莉,王俏华,李旭光,肖登明. 中国电机工程学报. 2012(28)
[4]老化方式对交流交联聚乙烯电缆空间电荷分布的影响[J]. 欧阳本红,赵健康,陈铮铮,李巍巍,李建英,王霞. 高电压技术. 2012(08)
[5]MgO/LDPE纳米复合材料制备及其空间电荷特性[J]. 徐明忠,赵洪,吉超,杨佳明,张文龙. 高电压技术. 2012(03)
[6]NOMEX合成纤维绝缘介质在直流电场中的空间电荷特性[J]. 廖瑞金,李伟,杨丽君,郝建,周欣,李剑. 高电压技术. 2011(08)
[7]纳米氧化铝对硅橡胶空间电荷特性的影响[J]. 周远翔,郭绍伟,聂琼,刘睿,候非. 高电压技术. 2010(07)
[8]空间电荷测量信号恢复中的频域反卷积技术及实现[J]. 蔡川,李旭光,尹毅,王雅群. 电工技术学报. 2009(10)
[9]纳米粉体制备过程中粒子的团聚及控制方法研究[J]. 郝顺利,王新,崔银芳,王永明. 人工晶体学报. 2006(02)
[10]纳米高聚物复合材料的结构特性、应用和发展趋势及其思考[J]. 雷清泉,范勇,王暄. 电工技术学报. 2006(02)
博士论文
[1]低密度聚乙烯纳米复合介质中电荷输运的实验研究和数值模拟[D]. 吴建东.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]MgO/聚烯烃纳米材料的制备与性能研究[D]. 吴月.哈尔滨理工大学 2013
[2]纳米MgO/PE复合介质高场下电荷行为[D]. 杨佳明.哈尔滨理工大学 2010
本文编号：3577935
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3577935.html
