【摘 要】
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在高压直流电缆中,内半导电屏蔽层能够消除金属导电线芯和绝缘层之间存在的气隙,使二者的连接更加紧密,还能够防止电缆长期在高压直流场作用下引起的局域性电场畸变。除此之外,内半导电屏蔽层在防止绝缘层温升,防止空间电荷的注入也起到了令人不可忽视的作用。一直以来,空间电荷在绝缘层中的积聚是阻止高压直流电缆发展的重要因素。半导电屏蔽层自身的正温度系数效应也会导致屏蔽料在高温下出现电阻过高的情况,从而限制了电缆
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在高压直流电缆中,内半导电屏蔽层能够消除金属导电线芯和绝缘层之间存在的气隙,使二者的连接更加紧密,还能够防止电缆长期在高压直流场作用下引起的局域性电场畸变。除此之外,内半导电屏蔽层在防止绝缘层温升,防止空间电荷的注入也起到了令人不可忽视的作用。一直以来,空间电荷在绝缘层中的积聚是阻止高压直流电缆发展的重要因素。半导电屏蔽层自身的正温度系数效应也会导致屏蔽料在高温下出现电阻过高的情况,从而限制了电缆运行温度的提高,最终导致高压直流电缆的输送能力下降。因此,本文选择多种不同物质,从不同角度对半导电屏蔽层进行了研究,提升了半导电层抑制空间电荷向绝缘层注入的能力,并且显著降低了半导电屏蔽层的正温度系数效应。以下是主要研究内容:1.使用溶胶凝胶法制备了钴酸锂颗粒。通过调整制备过程中柠檬酸的用量以及XRD测试,得到了制备钴酸锂所需柠檬酸的最佳用量。通过球磨,降低其粒径,并通过扫描电镜和透射电镜对其形貌及尺寸进行了表征,球磨后的样品大小均匀且粒径在几百纳米左右。将制备好的钴酸锂与LDPE/EVA/CB通过密炼机共混以及平板硫化机压制成型,得到掺杂钴酸锂比例为0 wt%、0.5 wt%、1 wt%、3wt%和5 wt%的Li Co O2/LDPE/EVA/CB的半导电屏蔽层。通过对其断面进行扫描观察,发现钴酸锂粒子能够良好的分散在聚合物基体中。测试了其拉伸强度和断裂伸长率,发现掺杂后的样品性能皆有所降低。测试了复合材料的温度-电阻率曲线,随着钴酸锂的掺杂,样品的电阻率发生了明显的下降,通过计算得到了不同样品的PTC强度,当掺杂钴酸锂含量为0.5 wt%时,PTC强度最低,相对于未掺杂钴酸锂的样品,PTC强度下降了接近20%。使用了热刺激电流法和电声脉冲法两种测试手段测量了不同样品作半导电层时绝缘层中的空间电荷。测试结果表明,掺杂钴酸锂含量为0.5 wt%的样品具有最优异的性能。与未改性的半导电层相比,绝缘层中的空间电荷量下降了70%,说明钴酸锂在半导电屏蔽层中发挥了至关重要的作用。2.使用高温烧结法制备了β"-Al2O3粒子,粒径约10个微米。通过XRD测试,发现它的结晶性良好,含有部分β-Al2O3相。将制备出来的β"-Al2O3与LDPE/EVA/CB基体共混,并经过模压交联,得到掺杂不同比例β"-Al2O3的半导电屏蔽层。本次实验所制备样品掺杂β-Al2O3的比例为0 wt%、2 wt%、4 wt%、6wt%和8 wt%。研究了β"-Al2O3对复合材料PTC效应的影响,成功使PTC强度降低了21%。分别测量了在场强为10 k V/mm和20 k V/mm时的绝缘层的空间电荷量,发现当掺杂β"-Al2O3比例为4 wt%时,绝缘层中的空间电荷量最少。3.使用不同目数的砂纸对制备的半导电屏蔽层的表面进行处理。通过扫描电镜对其表面进行了观察,并进行了空间电荷的测试。发现半导电屏蔽层表面的孔洞会使空间电荷向绝缘层中的注入减少,这可能与半导电层与电极和绝缘层的接触面积有关。为研究空间电荷向绝缘层的注入提供了新的研究角度。
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