非線性復(fù)合材料對(duì)不均勻電場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)

高壓輸變電系統(tǒng)中的絕緣設(shè)備或部件存在電場(chǎng)分布不均勻的問題，這給高壓設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造帶來了很大的技術(shù)難度。對(duì)于目前高壓輸變電系統(tǒng)絕緣廣泛采用的有機(jī)聚合物類電介質(zhì)材料(硅橡膠、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂等)，不均勻電場(chǎng)還將導(dǎo)致其局部老化速度加快、程度加重，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來更大威脅。改善絕緣設(shè)備或部件整體電場(chǎng)分布均勻程度的傳統(tǒng)方法有：改變電極形狀、采用均壓元件、并聯(lián)均勻電容等。這些措施對(duì)于降低絕緣設(shè)備或部件局部電場(chǎng)強(qiáng)度具有一定效果，但都具有比較明顯的局限性，均壓效果也并不理想。與傳統(tǒng)方法相比，通過各種手段調(diào)節(jié)絕緣電介質(zhì)材料自身的性能參數(shù)來改善絕緣設(shè)備或部件電場(chǎng)的分布均勻程度是另一條可行的技術(shù)路線。目前可以用于改善絕緣設(shè)備或部件電場(chǎng)分布均勻程度的復(fù)合材料主要包括：恒定參數(shù)的高電導(dǎo)或高介電復(fù)合材料，以及具有非線性壓敏電導(dǎo)或介電特性的復(fù)合材料。采用電導(dǎo)或介電特性隨外加電場(chǎng)改變的非線性壓敏復(fù)合材料，可以實(shí)現(xiàn)材料性能參數(shù)與空間電場(chǎng)強(qiáng)度的自適應(yīng)匹配，從而智能改善絕緣介質(zhì)空間電場(chǎng)分布的均勻性，其效果較為理想。

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?圖1 采用非線性復(fù)合材料改善針-板電極不均勻電場(chǎng)的高壓試驗(yàn)裝置

針-板電極電場(chǎng)具有很高的不均勻性。在前期的高壓試驗(yàn)過程中，先在針-板電極間放置純硅橡膠樣品，再分別采用具有不同 ZnO 壓敏陶瓷填料體積配比(簡(jiǎn)稱填料配比）(10%、20%、 30%)的非線性復(fù)合材料樣品替換上層的純硅橡膠樣品，觀測(cè)針-板電極空間在外加高電壓作用下的電暈放電現(xiàn)象，如圖1 所示。隨著非線性復(fù)合材料樣品中 ZnO 壓敏陶瓷填料配比的增大，尖電極端的電暈放電現(xiàn)象呈現(xiàn)明顯的減弱趨勢(shì)；當(dāng)填料配比達(dá)到 20%時(shí)，電暈放電現(xiàn)象已經(jīng)非常微弱，如圖 2 所示。由于電暈放電現(xiàn)象與針-板電極空間的電場(chǎng)大小密切相關(guān)，因此上述試驗(yàn)結(jié)果能夠證明 ZnO 壓敏陶瓷/硅橡膠體系非線性復(fù)合材料對(duì)針-板電極不均勻電場(chǎng)具有顯著的改善效果。

圖2采用非線性復(fù)合材料改善針-板電極不均勻電場(chǎng)的高壓試驗(yàn)現(xiàn)象

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圖3放置硅橡膠的針-板電極沿軸線方向的電場(chǎng)分布和介質(zhì)損耗