高电压技术及固体绝缘材料的进展

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1、高电压技术及固体绝缘材料的进展　　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　　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联盟米/有机聚合物复合材的研究。通过添加无机纳

2、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：　　电阻率和电导率高电压技术及固体绝缘材料的进展　　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

3、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　　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联盟米/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

4、。对于无机纳米复合电解质的介电特性作如下分析：　　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

5、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。　　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

6、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、和，由此可见，纳米掺杂的介电常数比基体及微米掺杂都要小。　　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

7、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。　　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

8、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