高压直流电缆附件绝缘用纳米改性硅橡胶介电及老化特性研究

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1、工学博士学位论文高压直流电缆附件绝缘用纳米改性硅橡胶介电及老化特性研究哈尔滨理工大学2018年6月国内图书分类号:TM215.92工学博士学位论文高压直流电缆附件绝缘用纳米改性硅橡胶介电及老化特性研究博士研究生：尚南强导师：陈庆国申请学位级别：工学博士学科、专业：高电压与绝缘技术所在单位：电气与电子工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex:TM215.92DissertationfortheDoctorDegreeinEngineeringStudyonDielectricandAgingProperti

2、esofnano-ModifiedLiquidSiliconeRubberforHVDCCableAccessoriesInsulationCandidate：ShangnanqiangSupervisor：ChenqingguoAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：HighVoltageandInsulationTechnologyDateofOralExamination：June,2018University：HarbinUniversityofScienceandTechno

3、logy哈尔滨理工大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《高压直流电缆附件绝缘用纳米改性硅橡胶介电及老化特性研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日哈尔滨理工大学博士学位论文使用授权书《高压直流电缆附件绝缘用纳米改性硅橡胶介电及老化特性研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的

4、博士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密，在年解密后适用授权书。不保密。（请在以上相应方框内打√）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日高压直流电缆附件绝缘用纳米改性硅橡胶介电及老化特性研究摘要随着我国高压直流输电网络的建设和柔性直流输电技术的发展，高压直流XLP

5、E电缆在异步联网、城市地下电网建设和海上孤岛、海底远距离输电中得到了广泛的应用。高压直流电缆的安全运行稳定性对于整个直流输电系统十分重要，其中电缆附件的绝缘损坏问题尤为突出。在直流电压作用下，由于空间电荷的积聚和电缆附件复合绝缘电导率的不连续性，将导致电缆附件内电场分布集中和畸变，致使局部场强远高于正常工作场强，从而引发绝缘击穿造成输电事故，这已成为影响我国高压直流电缆及其附件安全稳定运行的主要因素。鉴于以上存在的问题，本文从电缆附件绝缘研发角度着手，通过纳米掺杂改性来改善调控电缆附件绝缘的介电性能，促进它与电缆主绝缘XLPE电导率的匹配，从而实现对附件

6、内电场分布的均化和空间电荷的抑制，以提高直流电缆附件的绝缘可靠性和运行稳定性。本文采用纳米SiC和TiO2粒子为填料，通过对直流电缆附件绝缘进行纳米改性，制备了一定掺杂浓度的纳米复合液体硅橡胶试样，分别研究了掺杂浓度、温度和电场强度等因素对纳米复合液体硅橡胶电导特性的影响。结果表明：与纯硅橡胶试样相比，两种纳米粒子的掺杂均使得纳米复合液体硅橡胶材料具有较好的非线性电导特性。随着掺杂浓度的增加，纳米复合液体硅橡胶的电导率呈现先增大后减小的趋势，其中纳米SiC粒子的最佳掺杂浓度为3wt%，它的引入主要提高了纳米复合液体硅橡胶电导对于温度的敏感特性；纳米TiO

7、2粒子的最佳掺杂浓度为4wt%，它的掺杂显著提升了纳米复合液体硅橡胶电导对电场强度的依赖特性。采用热刺激电流法(TSC)对纳米复合液体硅橡胶的陷阱特性进行了测试分析，发现纳米粒子的掺杂，在硅橡胶基体中引入了大量的界面层，使得载流子能够沿着相邻纳米颗粒形成导电通道和逾渗网络，致使参与导电的迁移载流子数目增大，因此宏观上表现为其电导率快速增大，具有较好的非线性电导特性。未掺杂纳米粒子时，纯硅橡胶主要依靠载流子在外电场作用下克服势垒形成跳跃跃迁电导，所以电导率较低。纳米粒子的掺杂降低了硅橡胶材料的陷阱能级和深度，改变了载流子的-I-迁移特性和电荷输运特性，从而

8、影响改变了聚合物纳米复合电介质的宏观介电性能。研究了纳米复合液体硅橡胶的介电谱特