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基于增强绝缘材料非线性电导率的特高压直流电缆接头优化设计研究 被引量：6
1
作者 刘宗喜 欧阳本红 +2 位作者 赵鹏 陈铮铮 赵健康 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2021年第8期74-82,共9页
特高压直流输电工程的实施使得特高压直流电缆装备的需求日渐迫切。为研究特高压直流电缆接头的结构设计,从聚合物绝缘材料的非线性电导率特性对直流电缆接头绝缘电场分布的影响入手,分析改性硅橡胶对特高压直流电缆接头绝缘结构优化设... 特高压直流输电工程的实施使得特高压直流电缆装备的需求日渐迫切。为研究特高压直流电缆接头的结构设计,从聚合物绝缘材料的非线性电导率特性对直流电缆接头绝缘电场分布的影响入手,分析改性硅橡胶对特高压直流电缆接头绝缘结构优化设计的影响。结果表明:直流电缆接头增强绝缘中电场强度会随着电缆负荷电流的增大而发生极性反转。掺杂的钛酸铜钙纳米纤维无机填料大幅增强了硅橡胶的电导率非线性,提高了硅橡胶的活化能和电场强度系数参数,降低电导率进入非线性区的阈值电场强度。改性硅橡胶增强绝缘材料明显抑制特高压直流电缆接头中的双层介质界面切向电场、应力锥和高压屏蔽管表面电场的畸变。采用改性硅橡胶作为特高压直流电缆接头增强绝缘材料,可弥补调整电缆接头结构尺寸仍不能有效抑制接头中电场畸变的不足。研究结果可有效解决特高压直流电缆接头设计中的电场控制难题。 展开更多
关键词 特高压直流电缆接头 聚合物绝缘 非线性电导率 改性硅橡胶 绝缘结构优化
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非线性复合介质电导的有效介质近似 被引量：2
2
作者 顾国庆 魏恩伯 《上海理工大学学报》 CAS 2000年第2期95-99,共5页
在强外场作用下，复合介质的电输运性质服从非线性的本构关系．复合介质非线性电导率的计算相当复杂，在线性复合介质的理论框架内，已发展了多种有效介质近似方法．利用有效介质近似，可以导出计算有效偷运系数的简洁的解析公式．只要... 在强外场作用下，复合介质的电输运性质服从非线性的本构关系．复合介质非线性电导率的计算相当复杂，在线性复合介质的理论框架内，已发展了多种有效介质近似方法．利用有效介质近似，可以导出计算有效偷运系数的简洁的解析公式．只要颗粒浓度在逾渗临界点以外以及颗粒和杂质的输运系数之比为有限的情况下，有效介质近似的计算都可以给出相当可靠的理论结果．因此，对于工程应用来说，有效介质近似是十分有用的工具．本文在非线性复合介质微扰展式解的基础上，发展了一种新的非线性有效介质近似理论文中导出的非线性有效电导率具有正确的低颗粒浓度极限． 展开更多
关键词 颗粒复合介质 非线性电导率 有效介质近似
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非线性场控电导复合材料参数对IGBT模块内DBC三结合点电场影响规律仿真研究 被引量：4
3
作者 顼佳宇 李学宝 +3 位作者 程金金 杨昊 赵志斌 崔翔 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期90-97,共8页
高压大功率(insulation gate bipolar transistor,IGBT)模块内覆铜陶瓷基板的覆铜层、陶瓷基板与有机硅凝胶形成的三结合点处电场集中,增加了器件局部放电及绝缘失效的风险。随着IGBT模块电压等级的提高,DBC基板的绝缘水平成为制约器件... 高压大功率(insulation gate bipolar transistor,IGBT)模块内覆铜陶瓷基板的覆铜层、陶瓷基板与有机硅凝胶形成的三结合点处电场集中,增加了器件局部放电及绝缘失效的风险。随着IGBT模块电压等级的提高,DBC基板的绝缘水平成为制约器件研制及可靠运行的关键因素。文中拟采用非线性场控电导(nonlinear field grading,NFG)复合材料作为涂层,涂覆于DBC基板三结合点处的局部高场区,以改善电场分布,提高DBC三结合点处的放电起始电压。为此,文中首先通过实验获得了纯硅凝胶灌封的DBC试样三结合点的局放起始电压,然后以局放起始电压作为控制值,借助于有限元仿真获得了对应的电场分布及局放起始场强,依次分析了NFG涂层材料的电气参数对DBC基板三结合点处电场的影响规律,最后给出了NFG参数的选型建议。文中的研究成果对用于改善DBC基板局部电场的非线性材料设计提供了理论指导。 展开更多
关键词 非线性场控电导率 覆铜陶瓷基板 三结合点 电场分布 有限元
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非线性复合材料对不均匀电场的改善效果仿真分析 被引量：10
4
作者 谢竟成 胡军 +2 位作者 何金良 郭志冲 殷禹 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期741-750,共10页
为改善绝缘介质空间电场的分布,针对实际运行中高压试验所采用的针-板电极以及330 kV电力系统中复合绝缘子的不均匀电场,建立其仿真模型,分析探讨了非线性复合材料对不均匀电场的改善效果及其内在作用机制。在直流和交流电压作用下,采... 为改善绝缘介质空间电场的分布,针对实际运行中高压试验所采用的针-板电极以及330 kV电力系统中复合绝缘子的不均匀电场,建立其仿真模型,分析探讨了非线性复合材料对不均匀电场的改善效果及其内在作用机制。在直流和交流电压作用下,采用非线性复合材料局部替换高电场强度区域的绝缘材料,则其轴向电场强度最大值与平均值之比分别从9.06和5.22降为1.03和1.77。仿真分析结果表明,非线性复合材料可以有效改善绝缘介质空间电场分布;采用局部替换的方法可以使得绝缘材料的介质损耗和泄漏电流相对较小。 展开更多
关键词 绝缘介质 不均匀电场 复合材料 非线性电导率 非线性介电常数 泄漏电流
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非线性非一致介质二维Maxwell方程leap-frogCrank-Nicolson多区域Legendre-tau配置谱方法
5
作者 牛翠霞 马和平 《数学物理学报（A辑）》 CSCD 北大核心 2023年第3期808-828,共21页
该文研究了具有非线性电导率的非一致介质二维Maxwell方程的数值求解方法,提出了多区域Legendre-tau配置谱方法.该数值方法空间上达到谱精度,时间上是二阶精度.时间方向采用leap-frog Crank-Nicolson三层格式进行离散.非线性项放在中间... 该文研究了具有非线性电导率的非一致介质二维Maxwell方程的数值求解方法,提出了多区域Legendre-tau配置谱方法.该数值方法空间上达到谱精度,时间上是二阶精度.时间方向采用leap-frog Crank-Nicolson三层格式进行离散.非线性项放在中间已知层采用谱配置法显式处理,线性项采用Legendre谱方法隐式处理.利用显隐数值格式,既有较好的稳定性又方便算法实施.基于合理的弱形式,不需要使用额外附加的连接条件,以自然边界条件的方式处理交界面条件.定义不同次数多项式逼近空间,构建一致的数值格式.详细证明了半离散和全离散数值格式的稳定性和收敛性,并得到L^(2)-范数的最优误差估计.算例中,利用快速Legendre变换在Chebyshev点上计算非线性项,提高算法效率.数值结果证实了该数值方法求解此类非线性问题的有效性,并且没有因为解的间断而损失谱精度. 展开更多
关键词 二维Maxwell方程 非线性电导率 非一致介质 多区域Legendre-tau谱方法 leap-frog CRANK-NICOLSON 方法 最优误差估计
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改性聚酰亚胺复合材料的电导机理分析 被引量：5
6
作者 雷伟群 乌江 +2 位作者 彭平 杨沛 郑晓泉 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1049-1054,共6页
首先,选用半导电的微米级和纳米级改性剂粉料对玻璃布补强聚酰亚胺基复合材料进行改性.共制备了5种试样,其中包括4种使用无碱玻璃布补强的聚酰亚胺试样,分别是未改性、纳米改性、微米改性和微/纳米改性和一种使用微碱玻璃布补强的试样.... 首先,选用半导电的微米级和纳米级改性剂粉料对玻璃布补强聚酰亚胺基复合材料进行改性.共制备了5种试样,其中包括4种使用无碱玻璃布补强的聚酰亚胺试样,分别是未改性、纳米改性、微米改性和微/纳米改性和一种使用微碱玻璃布补强的试样.其次,研究改性剂粒径和玻璃布含碱量对复合材料介电性能及电导率特性的影响.试验结果表明改性剂粒径对复合材料的介电性能影响不显著,但是微米粒径的改性剂能显著提高复合材料的体电导率并赋予复合材料一定的非线性电导率特性,而纳米粒径的改性剂会小量地降低复合材料的电导率.与无碱玻璃布补强的试样相比,采用微碱玻璃布改性和补强的复合材料试样有较高的非线性电导阈值电场. 展开更多
关键词 改性剂 聚酰亚胺 玻璃布 介电性能 非线性电导率特性
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HVDC电缆电场分布影响因素的仿真研究 被引量：38
7
作者 李忠华 刘乐乐 +1 位作者 郑欢 梁斯婷 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第9期2563-2571,共9页
电场分布是决定电缆绝缘短时耐压能力和长期运行可靠性的关键因素。HVDC电缆稳定运行时,绝缘材料的电导率决定电场分布,在较高温度梯度分布下有可能出现电场分布翻转现象。由于电缆绝缘材料的非线性电导率是温度及电场的函数,在投入运... 电场分布是决定电缆绝缘短时耐压能力和长期运行可靠性的关键因素。HVDC电缆稳定运行时,绝缘材料的电导率决定电场分布,在较高温度梯度分布下有可能出现电场分布翻转现象。由于电缆绝缘材料的非线性电导率是温度及电场的函数,在投入运行和电压极性反转时HVDC电缆暂态电场分布更为复杂。为此,采用多物理场耦合软件仿真研究了绝缘材料非线性电导属性对不同温度梯度、不同施压方式下电缆绝缘稳态和暂态电场的影响规律。仿真结果发现:当绝缘材料非线性属性确定,绝缘内温度梯度越高,稳态时电场分布翻转现象越严重;电压反转过程暂态电场最大值与电压极性反转时间密切相关,反转时间越短暂态最大电场越高,且暂态最大电场的位置越靠近导体屏蔽。仿真结果同时表明:降低材料电导活化能和提高材料电导率对电场依赖性有利于在温度梯度下对电缆绝缘稳态和暂态电场分布的控制。根据仿真研究结果,建议在HVDC电缆料研发时应采取有效的调控手段降低材料电导活化能和提高场致增强型电导的场强依赖系数;而在HVDC电缆设计时,要特别关注温度梯度效应和极性反转过程中的暂态电场分布问题。 展开更多
关键词 HVDC电缆 温度梯度 暂态电场 非线性电导率
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直流叠加冲击电压下HVDC电缆暂态电场分布特性研究 被引量：14
8
作者 郑欢 刘乐乐 李忠华 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第24期6682-6692,共11页
运行中的HVDC电缆除了承受正常工作电压作用外,同时可能承受雷电和操作冲击电压的作用,因此在进行电缆绝缘结构设计时既要考虑稳态直流电场分布又要考虑冲击电压下暂态电场分布。由于HVDC电缆绝缘的电导率是电场及温度的函数,使得HVDC... 运行中的HVDC电缆除了承受正常工作电压作用外,同时可能承受雷电和操作冲击电压的作用,因此在进行电缆绝缘结构设计时既要考虑稳态直流电场分布又要考虑冲击电压下暂态电场分布。由于HVDC电缆绝缘的电导率是电场及温度的函数,使得HVDC电缆在遭受雷电、操作冲击电压冲击时暂态电场分布更为复杂。为此,该文采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics仿真研究了温度梯度、施压方式以及绝缘材料非线性电导属性对直流叠加冲击电压下电缆绝缘中暂态电场的影响规律。研究结果表明:直流叠加冲击电压时,暂态最大场强始终出现在电缆绝缘内屏蔽表面;当电缆结构、绝缘材料非线性属性和外加冲击电压幅值确定时,随绝缘内温度梯度的提高,直流叠加同极性冲击电压时暂态最大场强减小,而叠加反极性冲击电压时暂态最大场强却逐渐增大;降低材料电导活化能和提高电场依赖系数可有效改善暂态电场分布,降低暂态最大电场波的幅值并缩短波头和波尾时间。 展开更多
关键词 HVDC电缆 温度梯度 冲击电压 暂态电场 非线性电导率
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钛酸铜钙-氮化硼掺杂EPDM复合介质的电学和力学性能研究 被引量：4
9
作者 迟庆国 杨蒙 +2 位作者 张天栋 张昌海 陈庆国 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期223-230,共8页
非线性电导材料的应用是解决高压直流电缆附件内部电场集中问题的一种有效方案。因此,通过掺杂钛酸铜钙(calcium copper titanate,CCTO)纳米填料对三元乙丙橡胶(ethylene-propylene-diene monomer,EPDM)进行改性,在较低的掺杂体积分数(2... 非线性电导材料的应用是解决高压直流电缆附件内部电场集中问题的一种有效方案。因此,通过掺杂钛酸铜钙(calcium copper titanate,CCTO)纳米填料对三元乙丙橡胶(ethylene-propylene-diene monomer,EPDM)进行改性,在较低的掺杂体积分数(2%CCTO)下,复合介质展现出较好的非线性电导率;当掺杂10%CCTO时,非线性系数可达到5.40。但同时发现,高掺杂含量复合介质的击穿场强劣化严重。基于此,选择具有良好绝缘及导热特性的六方氮化硼(boronnitride,BN)与CCTO共同掺杂至EPDM中,研究发现,共掺杂复合介质的击穿场强有明显改善,φ=10%CCTO/ω=9%BN/EPDM的特征击穿场强为90.1 kV/mm(φ为体积分数,ω为质量分数),相比10%CCTO/EPDM(66.3 kV/mm)提高了35.9%,此时,共掺杂复合介质仍然表现出明显的非线性电导特征。此外,探讨了温度对复合介质非线性电导和击穿特性的影响,并对掺杂复合介质的力学性能进行测试分析,研究发现,2种无机填料的掺杂对EPDM力学性能的改善效果较为显著,随着CCTO掺杂含量增加,复合介质的拉伸强度以及断裂伸长率逐渐增加。 展开更多
关键词 三元乙丙橡胶 电缆附件 非线性电导率 击穿场强 力学性能
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500kV直流XLPE海缆的热场及电场仿真研究 被引量：16
10
作者 刘英 张申冬 +1 位作者 曹俊平 王少华 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期7-15,共9页
由于交联聚乙烯的电导率受温度和场强的影响,计算高压直流电缆绝缘在实际工况下的电场分布时,需要综合考虑热场与电场。另外,在实际运行中,电缆绝缘不仅需要耐受稳态直流电压,还需要经受连续升压、极性反转及叠加操作冲击等暂态电压的... 由于交联聚乙烯的电导率受温度和场强的影响,计算高压直流电缆绝缘在实际工况下的电场分布时,需要综合考虑热场与电场。另外,在实际运行中,电缆绝缘不仅需要耐受稳态直流电压,还需要经受连续升压、极性反转及叠加操作冲击等暂态电压的作用。文中采用有限元计算软件Comsol Multi-physics,首先对500 kV直流海缆XLPE绝缘中的稳态温度分布进行计算;然后通过对XLPE绝缘电导率实测数据进行拟合,获得电导率随温度及场强的变化公式,并在此基础上,仿真研究了绝缘中的稳态及暂态电场分布。研究结果表明:绝缘介质发热功率远小于线芯焦耳损耗功率;海底电缆的载流量瓶颈为其登陆段,可能导致线路允许载流量达不到设计要求;XLPE绝缘的稳态场强沿径向近似呈线性分布,且在额定负载下电场分布较为均匀;连续升压下绝缘内侧会产生较高的暂态电场,该值与电压上升速率以及绝缘的松弛时间常数有关;极性反转直流电压下的场强分布可根据叠加原理,采用阻性及容性场强叠加的方式进行估计;在相同的复合电压幅值下,直流叠加异极性操作冲击相比于叠加同极性冲击在绝缘内侧引发的暂态场强幅值更高。 展开更多
关键词 直流XLPE海底电缆 温度分布 非线性电导率 稳态及暂态电场
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