【摘 要】
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三元乙丙橡胶(EPDM)因其耐高温,耐腐蚀等特性,以及优良的绝缘性能,广泛用作车载电缆终端主绝缘材料。而由于终端恶劣的运行工况及复杂的制备工艺,难免在绝缘层上引入气隙、杂质等绝缘微缺陷,从而引发电树枝,最终导致绝缘故障。考虑到终端在运行过程中,主绝缘层长期遭受高温影响,对电树枝的引发及生长产生极大影响;为此,本文通过开展加速热老化试验,研究了热老化对EPDM微观结构和电树枝生长特性的影响,并分析了
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三元乙丙橡胶(EPDM)因其耐高温,耐腐蚀等特性,以及优良的绝缘性能,广泛用作车载电缆终端主绝缘材料。而由于终端恶劣的运行工况及复杂的制备工艺,难免在绝缘层上引入气隙、杂质等绝缘微缺陷,从而引发电树枝,最终导致绝缘故障。考虑到终端在运行过程中,主绝缘层长期遭受高温影响,对电树枝的引发及生长产生极大影响;为此,本文通过开展加速热老化试验,研究了热老化对EPDM微观结构和电树枝生长特性的影响,并分析了电树枝生长过程的局部放电特征,为有效解决高压电缆终端绝缘故障提供了一定的理论参考。本文首先制备了一定数量的EPDM试样,设计并开展了加速热老化试验,测试了EPDM相关结构参数,结果表明,老化初期EPDM内部以交联反应为主,交联密度、结晶度有所增加,空穴陷阱密度及能级小幅降低,交联结构进一步完善;而随老化持续进行,链段以降解为主,副产物增多,交联密度、结晶度大幅下降,陷阱密度及能级不断增大,EPDM绝缘性能不断劣化。未老化EPDM电树枝形态为枝条状,分支少,而随老化进行,电树枝转变为丛状或簇状,结构变为复杂。老化前期,电树发展可划分为引发、生长、滞长及击穿4个阶段,老化后期可划分为快速生长和击穿2个阶段;电树枝生长速率、起树电压、起树时长、击穿时长和分形维数随树枝生长时间及老化时间的增加具有明显的差别。且结晶度、深陷阱密度随老化进行分别与分形维数、击穿时间呈近似相反的变化趋势,分析认为,深陷阱密度和能级的增加导致电荷脱陷困难,造成局部电场畸变以及界面积聚异极性空间电荷,是造成不同老化时间下电树枝发展具有差异性的主要原因,同时,结晶区减少及深陷阱增加形成低密度区域,电树枝生长阻力减弱,且碰撞自由程增大,促进了电树枝的延伸。未老化EPDM电树枝局部放电相位分布在0°~90°、150°~270°和330°~360°内,且正半周放电更为剧烈。PRPD谱图与局部放电特征相位分布谱图()随电树枝生长同样呈现出一定的阶段性变化规律,并且局部放电的时间特征参数随老化时间增加具有较大的差异性。分析认为,伴随EPDM老化程度加深,陷阱密度和能级增加导致电荷入陷概率增大、脱陷困难,初始电子的发射概率以及电树通道内迁移粒子数量提高,有利于电子崩形成,降低了局部放电所需电压幅值;并且,介质界面处积聚大量异性空间电荷,且随老化加剧,积聚电荷的消散速率不断减小,界面电场增强,对局部放电有促进作用。
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