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我国发展直流海底电力电缆的前景应启良【摘要】例举世界重要的海底电缆工程,表明其中大部分为直流海底电缆工程.叙述直流输电特点,着重以不同类型的直流和交流海缆载流量计算,证明直流海底电缆在输电容量、输电损耗和电缆线路长度限制方面显著优于交流海底电缆.肯定了我国发展直流海底电缆的必要性.有些运行条件下直流海底电缆会是优先的方案,甚至是唯一的选择.提出以发展直流交联聚乙烯(XLPE)海底电缆作为主要目标,并在比较不同类型海缆绝缘中的空间电荷对电场分布和电气绝缘性能影响和深入研究空间电荷积聚、抑制和移去机理基础上,积极研发抑制空间电荷积聚的XLPE绝缘料,作为关键技术突破,用于开发直流XLPE绝缘海底电缆,推进我国直流海底电力电缆的技术发展.【期刊名称】《电线电缆》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】8页(P1-7,10)【关键词】直流海底电缆输电;直流XLPE海缆;Bahder系数;空间电荷;抑制空间电荷绝缘料【作者】应启良【作者单位】上海电缆研究所,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TM247.90 引言海底电力电缆是海底输电工程中最重要的设备之一。
海底电力电缆跨越海峡、江河，连接国际、国内区域电网，以平衡电力供需，进行电力贸易，或用以连接近海岛屿与大陆电网，提高独立岛屿电网运行的可靠性和稳定性。
迅速发展的近海风电场输出电力与大陆电网并网亦需要采用海底电缆。
国际、国内对海底电缆的需求日益增长。
海底电缆是电力电缆中综合电气和机械性能要求最高的产品。
海底电力电缆工程亦是最困难和技术要求最高的输电工程。
世界各国已经建成数量很大的海底电力电缆工程。
其中重要的海底电力电缆工程概要见表1所示。
从表1可见，世界上海底电力电缆线路最长、电压等级最高、输电容量(或功率)最大的海底电力电缆工程均是直流海底电力电缆。
直流海底电力电缆最主要的电缆类型为粘性浸渍纸绝缘电缆、充油电缆和交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆。
试析温度对高压直流电缆电场分布的影响一、引言直流电缆接头与交流电缆接头在设计原理和结构上有很大相似性，但也存在较大的差异。
交流电压作用下，接头绝缘中的电场呈容性分布，并且可以认为材料的电容率是常数，即不随电场强度、温度等外界因素的变化而变化。
同时，电缆本体交联聚乙烯绝缘与接头硅橡胶增强绝缘的介电常数ε相差不大，一般可认为εXLPE/εSR≈1，该双层复合介质中的电场分布比较均匀。
直流电压作用下，绝缘中的电场呈阻性分布，且绝缘材料的电导率ã受场强、温度影响较大，表现出严重的非线性。
同时，XLPE 与SR 的电导率差别也很大，ãXLPE/ãSR≈1/100，双层复合介质中电场分布严重不均匀。
更为重要的是在直流电压作用下，聚合物绝缘以及电缆主绝缘和接头增强绝缘交界面上会积累空间电荷，这些空间电荷会严重畸变绝缘中的电场分布，当电压发生突变时，空间电荷与突变电压产生的叠加电场极易引起接头绝缘的放电甚至击穿。
目前，国内外对高压直流电缆中间接头的研究主要集中在聚合物绝缘材料的空间电荷问题上。
许多学者开展了聚合物绝缘内空间电荷的形成和无机纳米添加剂对空间电荷的抑制机理的研究，考虑到高压直流电缆在运行中可能承受的不同电压形式及绝缘内的温度梯度分布，本文采用COMSOL- Multiphysics 软件仿真分析了不同温度梯度作用时，直流电压、直流叠加冲击电压下250 kV 直流电缆接头中的电场分布情况，以期为高压直流电缆中间接头的设计提供指导。
二、分析（一）直流电压下的电场仿真分析直流电压作用下，复合绝缘中的场强按照材料的电导率分布，考虑到XLPE 与SR 双层介质的电导率差异及其他条件对 2 者的影响，本文分析了XLPE 与SR 在不同电导率之比下的等位线分布，当双层介质的电导率相差很大时，介质中的直流电场分布极不均匀，且电场集中部位随着绝缘材料参数的变化而变化。
若ãXLPE ãSR，高压屏蔽端部电场严重集中，而应力锥根部处的场强极低；若ãXLPEãSR，应力锥根部处的电场严重集中，而高压屏蔽端部的场强较低；若ãXLPE=ãSR，高压屏蔽端部的电场仍有集中现象，但相比于ãXLPE/ãSR=1/100 时的电场集中程度已有明显改善，绝缘结构中的电场分布较为均匀，因此，在设计高压直流电缆接头时，应首先确保所用的XLPE 与SR 材料的电导率差异在允许范围内，然后再根据 2 者电导率比值確定接头中可能出现的电场集中区域，并采取相应措施来调整电场分布，使之尽可能均匀分布。
电极材料表面改性对聚乙烯内空间电荷注入的影响赵文博;郝春成;于庆先【摘要】采用磁控溅射法在铜片上镀Cr,Mo膜,用扫描电子显微镜(SEM)分析铜片上Cr膜和Mo膜的表面形貌.将镀Cr,镀Mo铜做电极,半导电层与交联聚乙烯(XLPE)样片组合为复合结构.采用电声脉冲法(PEA)测量XLPE内空间电荷分布情况,与铜做电极时聚乙烯内空间电荷比较,发现:电场强度分别为10,30,50 kV·mm-1时,铜电极镀Cr改性对抑制空间电荷效果不明显;镀Mo铜做电极时在外部场强为50 kV·mm-1时,在阴极附近,注入XLPE样品内部的空间电荷量小于铜做电极时的电荷量.所以镀Mo铜做电极有利于抑制空间电荷注入.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(036)005【总页数】4页(P497-500)【关键词】电极材料;交联聚乙烯;空间电荷;电声脉冲法【作者】赵文博;郝春成;于庆先【作者单位】青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TM215随着电力工业的发展，高压、超高压、特高压直流输电技术的研究和应用发展迅速[1-3]。
在输电工程中，直流电缆由于其传输容量大，损耗小的特点，已经在长距离直流输电中得到广泛应用。
直流高压电缆由导电线芯、半导电屏蔽层、绝缘层构成。
在电场作用下，直流电缆内易积聚空间电荷，导致局部电场畸变，使局部电场比平均电场高5～11倍[4]，加速聚合物绝缘老化进程，导致直流电缆击穿。
减少空间电荷的方法是目前研究高压直流电力电缆应用的焦点。
根据空间电荷的来源及类型，抑制空间电荷的思路及途径主要有两种[5-7]：一是从注入电极材料表面入手，抑制同极性空间电荷；二是从改变材料本身的性质入手，抑制异极性空间电荷。
±1000kV直流穿墙套管的电场分布研究特高压直流穿墙套管作为特高压直流输电系统的重要设备,在电力的经济传送、灵活分配和安全使用中具有关键的作用。
然而高压套管也有双刃性的特点,如果它的绝缘性破坏,不但无法起到保护作用,还会对其他设备乃至其周围的电力运行起到破坏作用。
目前我国已可制造整流变压器等高端设备,但是±800kV及以上等级(如±1000kV和±1100kV)的高压直流套管等其他高端设备仍大部分依赖于进口,究其原因是这些特高压直流高端设备存在着诸如局部放电、介电性能、耐热性能等难以解决的绝缘问题,使得特高压直流穿墙套管的绝缘优化设计一直是一个难题。
研究特高压直流穿墙套管的困难之一是空间电荷问题,在运行过程中套管会承受直流、交流、极性反转等多种激励条件,无论何种工况下,空间电荷的存在、转移、甚至是消失都会畸变绝缘介质内部的电场分布,极易导致材料的绝缘破坏甚至击穿。
在直流电压下空间电荷更容易积累,特别是对于极性反转等特殊工况条件,空间电荷效应最为明显,空间电荷的积累会造成局部电场强度急剧增高,畸变的电场极易使绝缘结构发生破坏和击穿,严重威胁高压套管的安全稳定运行。
因此,有必要对特高压直流穿墙套管在强电场环境下的电场分布和空间电荷效应展开深入研究。
探究解决高压直流穿墙套管的绝缘问题的办法,除了研制和分析新的绝缘材料之外,还有必要对套管进行电场分布分析,在此基础上再展开绝缘结构的优化。
本文利用有限元电场分析软件对±1000kV直流穿墙套管的电场分布进行了研究。
首先,以±1000kV特高压直流穿墙套管为研究对象,利用有限元分析软件ElecNet建立了考虑空间电荷分布的特高压穿墙套管的结构模型。
然后,研究分析了直流稳态、交流稳态和极性反转瞬态过程中空间电荷与电场变化的内在关系,用空间电荷理论解释了不同工况下电场强度分布的变化。
针对温度场对电场分布的影响,本文将温度梯度加载到特高压直流穿墙套管的电场计算模型中,分析了温度因素对套管内部电场强度分布的影响。
温度对聚乙烯材料力学性能的影响摘要：根据聚乙烯不同温度条件下的比较分析，研究温度与其力学性能的关系，通过研究发现，温度上升，聚乙烯拉伸屈服应力下降、弯曲强度下降，韧性较强，刚性减弱，简支梁冲击强度增加，氧化诱导时间缩短。
关键词：聚乙烯；温度；力学性能。
1前言聚乙烯的力学性能较为优秀，为了优化其性能，还需要加强研究，使其更方便加工，通过研究发现，聚乙烯作为高分子材料，其力学性能状态会受到温度因素的影响，笔者采用的材料主要为高密度挤出管材类聚乙烯树脂DGDB-2480，此种牌号的聚乙烯材料市场上主要用于生产水管、煤气管和大直径的管道（如油管，淤浆管，消防管等），具有良好的耐热性和耐寒性，且有较高的刚性和韧性[1]。
不过目前关于该材料在不同温度的状态的研究不多，因此本文致力于分析其在不同温度条件下的力学性能状况，从而明确其性能属性与影响状况。
2实验笔者主要采用的实验仪器有ENGEL塑料注射成型机、Zwick万能材料试验机、KBF240恒温恒湿箱、CEAST 9050简支梁冲击试验机、METTLER TOLEDO差示扫描量热仪等仪器。
采用的主要参照方法有：GB/T 17037 热塑性塑料材料注塑试样的制备GB/T 2918-2018 塑料试样状态调节和实验的标准环境GB/T 9341-2008 塑料弯曲性能的测定GB/T 1040-2018 塑料拉伸性能的测定GB/T 1043-2008塑料简支梁冲击性能测定GB/T 19466.6-2009 塑料差示扫描量热法（DCS）第6部分氧化诱导时间（等温OIT）和氧化诱导温度（动态OIT）的测定3结果与讨论本实验基于除试验温度外其余均相同的试验条件下，分析不同温度下高密度DGDB-2480聚乙烯材料的部分力学性能。
分析指标主要包括拉伸屈服应力、弯曲模量、简支梁缺口冲击强度，氧化诱导时间等方面有关规律。
首先是拉伸屈服应力的指标分析，在对应温度设置下，高密度DGDB-2480其数值如表1：表1 不同温度下该聚乙烯材料屈服应力的测定作为关键力学性能标准，拉伸屈服应力的数据反映聚乙烯材料的性能状况，拉伸屈服应力越高则聚乙烯表现为脆性，反之则为韧性，从而也是设计使用的重要参考标准。
温度对直流电压下油纸绝缘空间电荷特性的影响周亦君【摘要】油纸绝缘是直流输电设备的主要绝缘材料,其空间电荷特性变化会引起局部电场发生畸变,从而影响材料的介电强度,降低直流输电设备的运行可靠性和稳定性.使用电声脉冲法( PEA)测量装置,分析油纸绝缘中空间电荷的注入、迁移、消散规律,搭建试验平台,通过升压试验获得试品空间电荷注入的参考电压,然后对试品加3 kV的直流电压,分别在15℃、30℃、50℃温度下对油纸介质的空间电荷的特性进行分析.试验结果证明:在不同条件下发生空间电荷的注入,温度会对去压时空间电荷的消散产生很大的影响;温度会影响油纸绝缘介质内电场的大小和分布,使空间电荷严重畸变电场,引起绝缘的进一步破坏.【期刊名称】《内蒙古电力技术》【年(卷),期】2012(030)004【总页数】5页(P30-34)【关键词】油纸绝缘;电声脉冲法;温度;绝缘介质;空间电荷【作者】周亦君【作者单位】包头供电局,内蒙古包头014030【正文语种】中文0 引言高压直流输电技术的发展对直流输电系统中的电力设备提出了更高的要求。
其中，油纸绝缘是高压直流输电系统中许多重要设备的主要绝缘材料[1-3]。
在直流电场的作用下，固体绝缘的表面会积聚空间电荷，在极性反转及电压突变时容易造成设备绝缘的损坏。
极性反转时电压会导致设备中产生较大的应力，称为极性反转效应，产生该效应的直接原因就是空间电荷在绝缘介质中的积累[4-5]。
本文采用电声脉冲法（PEA）研究油纸绝缘介质的空间电荷特性，研究内容主要包括两方面：根据试验要求搭建试验平台，编写数据处理程序；使用变压器纤维素纸，分别在15℃、30℃、50℃温度下测量试品内空间电荷的分布，分析温度对油纸绝缘介质中空间电荷特性的影响规律。
1 试验平台搭建及试验流程1.1 空间电荷测量方法PEA是一种普遍的空间电荷测量方法。
其测量装置的基本原理如图1所示。
图1 PEA测量装置原理PEA基于库仑力定律原理，在试品上施加窄脉宽高压电脉冲，试品中的空间电荷在此脉冲的作用下会产生压力波脉冲，该压力波脉冲与试品中的空间电荷的体密度分布是相关的，此时从另一侧电极的压电传感器中采集和测量压力波脉冲，就可以得到试品内部空间电荷的分布信息[6]。
直流预压对针板电极下XLPE 中空间电荷及电树枝的影响徐晓彬1，刘爱静1，乐彦杰2，刘贺晨1，郭展鹏1，刘云鹏1(1. 华北电力大学 河北省输变电设备安全防御重点实验室，河北 保定 071003；2. 国网浙江省电力公司 舟山供电公司，浙江 舟山 316000)摘 要：空间电荷是影响高压直流电缆绝缘电树枝特性的主要原因之一。
基于双极性载流子输运模型，对±20 kV 、±22.5 kV 和±25 kV 直流预压下3 600 s 内二维针板电极模型空间电荷分布进行仿真分析，并对比分析空间电荷分布与直流接地电树枝引发特性。
结果表明：空间电荷浓度及注入深度随预压幅值及时间的增加而增大；直流接地电树枝引发长度随预压时间及幅值的增加而增加。
空间电荷注入深度与电树枝引发长度两者之间高度相似。
接地电树枝引发特性存在差异的主要原因是针尖附近空间电荷的分布特性。
关键词：空间电荷；直流预压；交联聚乙烯；双极性载流子输运模型；COMSOL ；极性效应DOI ：10.11930/j.issn.1004-9649.2020062700 引言随着高压直流输电的进一步发展，高压直流电缆在海底电缆等方面有广泛的应用前景[1-4]。
相关研究及经验表明，电树枝是导致电缆绝缘失效的主要原因[5]，而聚合物材料内部空间电荷的积聚是影响电树枝引发及生长的主要原因[6-7]。
研究普遍认为直流电压下介质内部会注入大量同极性电荷，部分电荷被介质内部陷阱捕获，形成空间电荷积聚在介质内部。
当外界环境突然改变时，如突然短路等，积聚的空间电荷迅速脱陷，并对绝缘分子链不断撞击，使其在强烈的撞击下断裂，产生电树枝[8]。
此外，直流电压下交联聚乙烯（cross-linked polyethylene, XLPE ）绝缘电缆会发生严重的电荷积聚现象，积聚的空间电荷使得电缆内部电场强度发生畸变，导致局部场强明显增加[9]。
当局部场强超出材料的本征电场击穿强度时，易导致电缆绝缘的局部击穿，形成放电通道，产生电树枝。
试论空间电荷效应对直流电缆及附件绝缘界面电场分布的影响作者：刘菲来源：《科技风》2018年第11期摘要：设备的元件、终端与接头等通常都会带有绝缘界面，但这一绝缘界面通常为绝缘的薄弱环节。
受到直流电压的影响，绝缘界面会产生温度梯度效应，进而导致空间电荷数量的增加。
因此，本文将探析空间电荷效应对直流电缆及附件绝缘界面电场分布的影响，旨在实现高压直流输电在各领域的适用。
关键词：空间电荷效应；直流电缆；电场分布随着科学技术的发展，大功率设备逐渐被运用到工业生产中，高压直流输电技术也逐渐的取代传统电力运输，成为推动现代生产的重要能源，但受到技术条件的影响，与高压直流输电配套的电缆附件发展却相对落后，为此需要加强对高压直流输电的特性研究，进而推理出空间电荷对电缆内电场分布的影响。
一、直流电缆及附件相关内容综述（一）运行特点与交流电缆不同，直流電缆的运行与材料介电常数和材料电导率有关。
在电缆运行过程中，受到电荷的影响，电缆线芯发热，并与外侧的绝缘层产生温差，致使温差呈现梯度分布，而电缆内部的电场强度也会随着温度的变化而发生改变。
在直流电压的环境下，空间电荷的注入、迁移、复合等都会对电场产生畸变的作用。
此外，夹层介质界面极化也会影响到电缆及附件的长期稳定运行。
（二）温差分布对于直流电缆及附件温差的计算，可运用以下公式。
其中U为外加直流电压；θ1与θ2分别为正负电极的温度，在正常条件下，符合界面的接触热阻Rth，c约为0.2mK/W，通过这些已知条件，最终算出流过SR/XLPE双层介质的热流量：Φ=T1-T2dXLPEλS+Rth，c+dSRλS在公式中，正电极的热力学温度为T1=θ1+273.15，负电极的热力学温度为T2=θ2+273.15。
为了保证试验结果的有效性，笔者将电极间温差设定为Δθ=40℃，XLPE温度值为θ1=60℃，SR电极温度为θ2=20℃，最终得出实验结果为：TXLPE（χ）=T1-ΦχλS而橡胶层内部温度分布为：TSRy=T2+ΦyλS在公式中，XLPF的内部热力学温度为TXLPEx=θXLPEx+273.15，SR的内部热力学温度为TSRy=θSRy+273.15。
