本書介紹了電介質(zhì)絕緣材料技術(shù)的基本概念，固體電介質(zhì)中空間電荷產(chǎn)生、發(fā)展和消散的基本理論和仿真分析方法，電聲脈沖法空間電荷測量技術(shù)及幾種典型的測量系統(tǒng)，納米粒子表面接枝技術(shù)和電介質(zhì)復(fù)合技術(shù)在絕緣電介質(zhì)改性中的應(yīng)用，凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、納米界面調(diào)控、絕緣材料老化對低密度聚乙烯、聚酰亞胺、硅橡膠和油紙等典型絕緣材料空間電荷特性的影響規(guī)律，常溫、高溫和強(qiáng)電場等條件下空間電荷對聚乙烯、油紙等絕緣材料電場畸變效應(yīng)和對電氣擊穿過程、電介質(zhì)電導(dǎo)特性的影響機(jī)制，空間電荷在典型電力設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行特性分析中的應(yīng)用，電介質(zhì)空間電荷在理論研究、測量技術(shù)、暫態(tài)特性、數(shù)值仿真和電氣絕緣應(yīng)用方面的發(fā)展方向等。
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目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 電介質(zhì)材料與絕緣技術(shù) 1
1.1.1 電介質(zhì)材料及電氣性能 1
1.1.2 絕緣問題與絕緣技術(shù)研究發(fā)展方向 1
1.2 固體電介質(zhì)中的空間電荷現(xiàn)象 4
1.2.1 空間電荷的定義 4
1.2.2 高壓電力設(shè)備絕緣的空間電荷問題 5
1.2.3 預(yù)電壓極性效應(yīng) 6
1.2.4 空間電荷包現(xiàn)象 7
1.3 固體電介質(zhì)空間電荷測量技術(shù)的發(fā)展 8
1.3.1 空間電荷測量技術(shù)簡介及歷史回顧 8
1.3.2 空間電荷測量方法綜述 9
1.3.3 空間電荷測量技術(shù)的發(fā)展方向 11
1.4 空間電荷研究進(jìn)展分析 12
1.4.1 凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)對空間電荷特性的影響 12
1.4.2 電介質(zhì)老化對空間電荷特性的影響 12
1.4.3 空間電荷與電介質(zhì)電氣性能的關(guān)系 13
1.4.4 基于空間電荷對絕緣材料的開發(fā)和評估 14
1.4.5 空間電荷的仿真研究 14
1.4.6 其他相關(guān)研究 15
參考文獻(xiàn) 15
第2章 電介質(zhì)電荷運(yùn)動(dòng)理論與分析 20
2.1 電介質(zhì)電荷運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)理論 20
2.1.1 電極與電介質(zhì)界面處的載流子注入 20
2.1.2 電介質(zhì)內(nèi)部載流子的電導(dǎo) 21
2.2 空間電荷輸運(yùn)過程建模與仿真 21
2.2.1 載流子輸運(yùn)過程數(shù)學(xué)模型 21
2.2.2 Splitting方法處理對流-反應(yīng)方程 24
2.2.3 RKDG方法求解載流子對流-反應(yīng)方程 26
2.2.4 RKDG+LDG方法求解載流子對流-反應(yīng)方程 35
2.3 不同參數(shù)下空間電荷輸運(yùn)過程仿真結(jié)果 38
2.3.1 電場強(qiáng)度的影響 38
2.3.2 注入勢壘的影響 41
2.3.3 載流子遷移率的影響 43
2.3.4 陷阱捕獲系數(shù)的影響 46
2.3.5 復(fù)合系數(shù)的影響 48
2.4 基于載流子遷移率計(jì)算的空間電荷包形成機(jī)理 50
2.4.1 準(zhǔn)費(fèi)米能級的確定 51
2.4.2 不同電場強(qiáng)度下遷移率與載流子濃度的關(guān)系 52
2.4.3 不同最深陷阱深度下遷移率與載流子濃度的關(guān)系 53
2.4.4 不同最深陷阱比例下遷移率與載流子濃度的關(guān)系 53
2.4.5 不同載流子濃度下遷移率與電場強(qiáng)度的關(guān)系 55
2.4.6 “陷阱填充”效應(yīng)與空間電荷波包現(xiàn)象分析 56
參考文獻(xiàn) 57
第3章 電介質(zhì)中空間電荷的測量 59
3.1 PEA法空間電荷測量原理及測量系統(tǒng) 59
3.1.1 PEA法空間電荷測量原理 59
3.1.2 PEA法測量系統(tǒng) 63
3.1.3 PEA法關(guān)鍵參數(shù) 67
3.2 PEA法空間電荷測量信號的恢復(fù)處理 70
3.2.1 理想空間電荷測量信號的處理 71
3.2.2 PEA法測量信號的畸變現(xiàn)象 72
3.2.3 壓力波衰減因子和色散因子 73
3.2.4 PEA系統(tǒng)沖激響應(yīng)函數(shù)與反卷積方程 76
3.2.5 PEA法測量信號恢復(fù)的反卷積算法 79
3.3 帶孔隙的油紙絕緣PEA測量信號校正處理 82
3.3.1 絕緣紙表面粗糙度的影響 82
3.3.2 絕緣紙孔隙的影響 87
3.3.3 油紙絕緣PEA信號的校正結(jié)果 90
3.4 PEA法空間電荷測量系統(tǒng)的改進(jìn) 93
3.4.1 小型化、高耐壓測量系統(tǒng) 94
3.4.2 高速動(dòng)態(tài)空間電荷測量系統(tǒng) 95
3.4.3 溫控型空間電荷測量系統(tǒng) 96
3.4.4 傳導(dǎo)電流和空間電荷聯(lián)合測量系統(tǒng) 97
參考文獻(xiàn) 99
第4章 凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)對空間電荷特性的影響 102
4.1 凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及其對電介質(zhì)電氣性能的影響 102
4.1.1 物質(zhì)的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu) 102
4.1.2 凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)對電氣性能的影響 108
4.2 聚乙烯材料的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)與表面形貌 111
4.2.1 聚乙烯材料的冷卻方式與形態(tài)結(jié)構(gòu) 111
4.2.2 聚乙烯材料的基底材料與表面形貌 111
4.3 空間電荷與空間電荷包現(xiàn)象 114
4.4 不同形態(tài)結(jié)構(gòu)LDPE的空間電荷及空間電荷包特性 115
4.4.1 不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的LDPE空間電荷特性 115
4.4.2 不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的LDPE空間電荷包特性 130
4.5 不同表面形貌聚乙烯的空間電荷及空間電荷包特性 138
4.5.1 不同表面形貌的LDPE的空間電荷特性 138
4.5.2 不同表面形貌的LDPE的空間電荷包特性 140
參考文獻(xiàn) 145
第5章 界面調(diào)控對納米電介質(zhì)空間電荷特性的影響 148
5.1 納米電介質(zhì)空間電荷的研究現(xiàn)狀 148
5.1.1 納米電介質(zhì)的研究歷程 148
5.1.2 納米粒子-聚合物界面及理論 149
5.1.3 納米電介質(zhì)抑制空間電荷 150
5.2 納米粒子表面接枝和納米復(fù)合XLPE 151
5.2.1 小分子接枝納米粒子 151
5.2.2 聚合物刷接枝納米粒子 157
5.2.3 納米復(fù)合XLPE中聚合物刷接枝密度的調(diào)控 161
5.2.4 納米復(fù)合XLPE中聚合物刷分子量的調(diào)控 161
5.2.5 納米復(fù)合XLPE中功能基團(tuán)接枝的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 162
5.2.6 納米復(fù)合XLPE 169
5.3 小分子接枝納米復(fù)合XLPE的空間電荷特性 171
5.3.1 小分子接枝密度的影響 172
5.3.2 小分子極性的影響 177
5.3.3 納米粒子形貌的影響 181
5.4 聚合物刷接枝納米復(fù)合XLPE的空間電荷特性 183
5.4.1 聚合物刷接枝密度的影響 184
5.4.2 聚合物刷分子量的影響 190
5.4.3 功能基團(tuán)的影響 193
5.5 優(yōu)選參數(shù)的納米復(fù)合XLPE陷阱特性與電學(xué)性能 194
5.5.1 陷阱特性 194
5.5.2 直流電導(dǎo)特性 199
5.5.3 直流擊穿特性 201
5.6 界面調(diào)控對納米電介質(zhì)空間電荷特性的影響機(jī)制 203
參考文獻(xiàn) 205
第6章 電老化對固體電介質(zhì)空間電荷特性的影響 208
6.1 電老化與空間電荷 208
6.2 直流電老化下LDPE的空間電荷特性 209
6.2.1 直流電老化后LDPE的微觀結(jié)構(gòu)和陷阱特性 209
6.2.2 直流電老化時(shí)間對空間電荷積聚特性的影響 213
6.2.3 直流電老化時(shí)間對空間電荷消散特性的影響 215
6.2.4 直流高場強(qiáng)下電老化后LDPE中的空間電荷包現(xiàn)象 217
6.3 交流電老化下LDPE的空間電荷特性 222
6.3.1 交流電老化對LDPE微觀結(jié)構(gòu)和陷阱特性的影響 223
6.3.2 交流電老化時(shí)間對空間電荷積聚特性的影響 224
6.3.3 交流電老化時(shí)間對空間電荷消散特性的影響 228
6.3.4 電老化過程中LDPE空間電荷仿真計(jì)算 231
6.4 電老化對固體電介質(zhì)的空間電荷特性的影響 233
6.4.1 電老化下聚酰亞胺的空間電荷特性 233
6.4.2 電老化下油紙絕緣的空間電荷特性 237
6.5 熱老化對固體電介質(zhì)空間電荷的影響 238
6.5.1 熱老化下聚酰亞胺的空間電荷特性 238
6.5.2 熱老化對硅橡膠空間電荷特性的影響 244
6.5.3 熱老化對油紙絕緣空間電荷特性的影響 246
參考文獻(xiàn) 247
第7章 空間電荷對固體電介質(zhì)電氣絕緣性能的影響 249
7.1 高壓電力電纜絕緣材料發(fā)展歷程中對空間電荷的認(rèn)識 249
7.1.1 高壓電力電纜絕緣材料的發(fā)展歷程 249
7.1.2 高壓電力電纜技術(shù)研究熱點(diǎn) 251
7.2 空間電荷對電場的畸變效應(yīng) 253
7.2.1 常溫下空間電荷對電場畸變的影響 253
7.2.2 高溫下空間電荷對電場畸變的影響 255
7.2.3 電場畸變的暫態(tài)過程 259
7.2.4 強(qiáng)電場下空間電荷包對局部電場畸變的影響 260
7.3 空間電荷對電氣擊穿過程的影響 262
7.3.1 不同預(yù)電壓場強(qiáng)處理后LDPE的擊穿強(qiáng)度 262
7.3.2 不同冷卻方式下LDPE預(yù)擊穿過程中空間電荷對電場的影響 264
7.4 空間電荷對電導(dǎo)特性的影響 273
參考文獻(xiàn) 278
第8章 空間電荷對油紙絕緣電氣性能的影響 280
8.1 變壓器及油紙絕緣中的空間電荷問題 280
8.1.1 換流變壓器的應(yīng)用現(xiàn)狀 280
8.1.2 油紙絕緣中的空間電荷問題 281
8.2 極性反轉(zhuǎn)電壓下油紙絕緣的空間電荷特性 282
8.2.1 極性反轉(zhuǎn)電壓 282
8.2.2 極性反轉(zhuǎn)方向的影響 283
8.2.3 極性反轉(zhuǎn)后電壓幅值的影響 289
8.2.4 極性反轉(zhuǎn)時(shí)間的影響 291
8.3 油紙絕緣界面處的空間電荷特性 293
8.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 293
8.3.2 半導(dǎo)體-介質(zhì)界面處的空間電荷特性 294
8.3.3 介質(zhì)-介質(zhì)界面處的空間電荷特性 300
8.4 老化后油紙絕緣的空間電荷輸運(yùn)特性 305
8.4.1 老化對空間電荷特性的影響 305
8.4.2 老化過程中陷阱的形成 309
8.4.3 孔洞與正電荷積聚現(xiàn)象 313
參考文獻(xiàn) 314
第9章 空間電荷的應(yīng)用 316
9.1 空間電荷與絕緣材料性能及評價(jià) 316
9.1.1 絕緣老化程度評價(jià) 316
9.1.2 空間電荷抑制技術(shù) 320
9.2 空間電荷對直流電力設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 323
9.2.1 空間電荷對直流電力電纜絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響 323
9.2.2 空間電荷在換流變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 325
9.2.3 空間電荷在其他電力設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 326
9.3 空間電荷在設(shè)備絕緣試驗(yàn)中的應(yīng)用 327
9.3.1 空間電荷的現(xiàn)場測量 327
9.3.2 空間電荷對現(xiàn)場試驗(yàn)的影響 329
9.3.3 現(xiàn)場試驗(yàn)的建議 330
9.4 空間電荷與其他設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行特性評估 332
9.4.1 電力電容器 332
9.4.2 駐極體 333
9.4.3 飛行器 335
9.4.4 GIL 336
9.4.5 等離子體表面處理 337
9.5 空間電荷研究的發(fā)展方向 338
9.5.1 空間電荷理論研究的發(fā)展 338
9.5.2 空間電荷測量技術(shù)研究的發(fā)展 339
9.5.3 空間電荷暫態(tài)特性研究的發(fā)展 340
9.5.4 空間電荷數(shù)值仿真研究的發(fā)展 345
9.5.5 空間電荷應(yīng)用研究的發(fā)展 345
參考文獻(xiàn) 346
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