电气工程

纳米填充浓度对LDPE/Silica 纳米复合介质中空间电荷行为的影响

吴建东，尹毅，兰莉，等

摘要：目的：聚合物内部的空间电荷积累问题，一直是限制其作为主要绝缘材料在电力设备中推广应用的关键。纳米技术的出现，为解决聚合物内部空间电荷积累问题提供了较经济的技术解决方案。当纳米颗粒较均匀地分散于聚合物基体内时，即使填充的纳米颗粒的浓度非常少，也能有限抑制空间电荷的形成和积累，并且改善聚合物在其他电气、机械、化学等各方面的性能。然而深入到物理、化学机制层面，纳米颗粒对传统绝缘的性能改良，特别是抑制空间电荷形成和积累的具体机制并不清晰，因此有必要作进一步的实验研究和理论分析。纳米颗粒填充浓度是影响纳米复合材料介电性能的重要因素之一，而很多文献仅选择某一典型浓度值进行介电性能分析，对不同填充浓度范围介质性能分析的研究显见报道，因此有必要对不同填充浓度范围的复合介质介电性能进行深入分析。方法：本文以低密度聚乙烯（low-density polyethylene，LDPE）为基料，纳米二氧化硅（Silica）为填充颗粒，制备了浓度在0%～5%范围的纳米LDPE/Silica 复合介质；采用电声脉冲法原理测量了复合介质内部的空间电荷分布；采用高场电导测量系统测量了复合介质的准稳态高场电导；最后基于复合介质中空间电荷分布和准稳态直流电导的比对分析，研究了纳米颗粒浓度对复合介质中空间电荷特性的影响，并在此基础上提出相应的性能改良方法。结果：本文经过LDPE/Silica 复合介质的空间电荷检测，发现当LDPE内填充不同浓度的纳米silica 后，复合介质内部的平均体空间电荷密度均得到有效抑制，其平均衰减速度随填充浓度的升高而下降。当纳米silica 填充浓度为0%～0.1%时，试样内表面侧的异极性空间电荷量随填充浓度升高而下降；当填充浓度为0.5%～2%时，试样内表面侧积累同极性电荷，并随填充浓度升高而增大；当填充浓度高于2%时，同极性空间电荷量下降。复合介质的准稳态直流电导的检测发现，在填充浓度低于0.5%时比纯LDPE 时要大，当填充浓度高于0.5%时，准稳态直流电导随着填充浓度的升高而快速下降。最低空间电荷密度和准稳态直流高场电导对应的纳米填充浓度分别为0.5%和5%。结论：经过对纯LDPE 和填充浓度在0%～5%内的LDPE/Silica 复合介质的空间电荷去极化特性和准稳态电导性能分析，可以得出如下结论：1）当LDPE基料内填充不同浓度的纳米Silica 后，LDPE/silica 复合介质内部积累的平均体空间电荷密度均比纯LDPE 中的量小，且其平均衰减速度随填充浓度的升高而下降。但当纳米Silica 填充浓度低于0.5%时，复合介质的稳态直流电导比纯LDPE 大，仅当浓度高于0.5%时，稳态直流电导随着填充浓度的升高而快速下降。2）当纳米Silica填充浓度从0 升至5%时，空间电荷分布存在3 种趋势：浓度为0%～0.1%，试样表面侧的异极性空间电荷随浓度升高而下降；浓度为0.5%～2%，靠近上下电极的试样内表面侧积累同极性电荷，并随浓度升高而增大；浓度高于2%时，同极性空间电荷量下降。3）最低稳态直流高场电导和最低空间电荷密度相对应的纳米Silica 填充浓度不同，分别为5%和0.5%。在实际应用纳米颗粒对聚合物的绝缘电性能改良中，为获得最佳的介电性能，应根据实际需求选择适当的填充浓度。

来源出版物：中国电机工程学报,2012,32(28):177-183

入选年份：2017

磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展

赵争鸣，张艺明，陈凯楠

摘要：目的：近些年，无线电能传输技术受到了越来越广泛的关注。作为一种中等距离无线电能传输技术，自从美国麻省理工学院于2007年发表其研究成果后，磁耦合谐振式无线电能传输技术就成为了研究热点问题。该文在对无线电能传输技术进行总体介绍的基础上，主要对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行概括论述，介绍当前磁耦合无线电能传输技术的发展水平和发展趋势。方法：本文首先分析了磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本结构和工作原理，介绍了目前运用于分析该技术的主要理论；接着对该技术目前的传输水平和热点问题进行了分类阐释，主要分为传输特性、新材料的应用、干扰问题和实际应用，介绍了目前的研究现状；最后在当前研究热点问题的基础之上，对该技术有待研究的问题以及发展趋势进行了展望。结果：本文在对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行结构介绍和工作原理阐释的基础之上，综述了当前磁耦合谐振式无线电能传输技术研究的几个热点问题，即：概述了当前磁耦合谐振式无线电能传输的传输水平（包括功率、效率和距离等）；分析了该技术的传输特性问题，包括：频率分裂及其抑制技术，传输结构研究（增加中继谐振线圈和多发射端／多接收端的研究）以及传输途径的研究；新材料的应用；干扰问题的研究；以及实际应用中遇到的其他问题等。在这些热点问题分析的基础之上，讨论了该项技术有待研究的问题以及发展趋势。结论：本文分析综述了目前磁耦合谐振式无线电能传输技术的现状和发展情况。在对磁耦合谐振式无线电能传输技术进行结构介绍和工作原理阐释的基础之上，综述了当前磁耦合谐振式无线电能传输技术研究的几个热点问题，即：概述了当前磁耦合谐振式无线电能传输的传输水平（包括功率、效率和距离等）；分析了该技术的传输特性问题，包括：频率分裂及其抑制技术，传输结构研究（增加中继谐振线圈和多发射端／多接收端的研究）以及传输途径的研究；新材料的应用；干扰问题的研究；以及实际应用中遇到的其他问题等。在这些热点问题分析的基础之上，讨论了该项技术有待研究的问题以及发展趋势。可以看到，磁耦合谐振式无线电能传输技术正在得到深入研究，同时可以预计，该项技术将会有一个广泛的应用，并且将带动更长距离、更大功率的无线电能传输技术的研究和发展。

来源出版物：中国电机工程学报,2013,33(3):1-13

入选年份：2017