【摘 要】
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随着城市建设发展,架空线路被电缆线路取代成为必然趋势。交联聚乙烯电缆作为常用电缆品种有着优秀的电气性能和耐热性能,在城市配电网中得到了广泛的应用。在长期运行过程中受到电场和温度等因素的影响电缆内会出现空间电荷,尤其是直流电缆及附件组成的复合绝缘界面处更易积聚空间电荷。空间电荷在绝缘层中积聚会导致局部电场的畸变,破坏绝缘材料微观结构,随着微观结构被破坏,电缆中可以堆积更多的空间电荷,如此最终导致绝缘
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随着城市建设发展,架空线路被电缆线路取代成为必然趋势。交联聚乙烯电缆作为常用电缆品种有着优秀的电气性能和耐热性能,在城市配电网中得到了广泛的应用。在长期运行过程中受到电场和温度等因素的影响电缆内会出现空间电荷,尤其是直流电缆及附件组成的复合绝缘界面处更易积聚空间电荷。空间电荷在绝缘层中积聚会导致局部电场的畸变,破坏绝缘材料微观结构,随着微观结构被破坏,电缆中可以堆积更多的空间电荷,如此最终导致绝缘性能逐渐被破坏。电缆负载运行引起绝缘层形成内高外低的温度梯度,温度梯度的存在会影响双层介质空间电荷行为特性。因此,本文研究了电缆主绝缘交联聚乙烯(Cross-linked Polyethylene,XLPE)和附件应力锥绝缘硅橡胶(Silicone Rubber,SR)与 XLPE 和附件绝缘三元乙丙橡胶(Ethylene Propylene Diene Monomer,EPDM)组成的双层介质平板试样在不同直流电场和不同温度梯度下的空间电荷特性,旨在完善XLPE电缆绝缘和附件绝缘的界面空间电荷特性,这对于为直流电缆及附件绝缘设计提供了理论和应用价值。本文设计并搭建了可实现温度梯度的空间电荷测量装置,制备XLPE/SR和XLPE/EPDM双层介质平板试样,对温度梯度场和直流电场协同作用下的平板试样进行空间电荷测量,最后基于Maxwell-wagner理论和双极性电荷输运模型进行XLPE/SR双层介质的界面空间电荷仿真。结果表明:界面空间电荷极性与电导率高的介质侧所积累的电荷极性相同,XLPE/EPDM界面积累的空间电荷量少于XLPE/SR双层介质,且双层介质中空间电荷积聚明显受温度梯度影响,随着温度梯度的增加,异极性电荷的迁移更明显,造成了界面处更多空间电荷的积聚。而基于M-W极化模型可较为准确地模拟出低场强(5kV/mm)下的XLPE/SR双层介质内部空间电荷分布。不过在高场强(10kV/mm和15kV/mm)下,双极性电荷输运模型更适合用来模拟计算双层介质界面空间电荷密度。
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