交联聚乙烯绝缘直流电寿命反幂模型参数获取及影响因素研究

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反幂模型(Inverse power model,IPM)是工程中最常用的交联聚乙烯(Crosslinked polyethylene,XLPE)电缆绝缘电寿命模型。现有IPM模型获取方法包括恒定应力法和步进应力法,其中,步进应力法由于其耗时短、效率高等优势,已被证实在电缆绝缘寿命评估领域中具有较大潜力。然而,步进应力法试验结果受试验参数的影响较大,与恒定应力法等效性较难评判,加之温度、电老化和热老化等因素对交联聚乙烯IPM模型影响尚不明确,制约了该技术在电缆绝缘寿命预测领域的发展和应用。因此,研究步进应力法参数设置,分析IPM模型影响因素具有重要的工程实际应用价值。本文以直流下XLPE绝缘的电寿命模型为对象,研究了步进应力试验数据分析方法,并验证了与恒定应力法的等效性;基于该分析方法所得的试验结果,进一步研究了IPM模型中电寿命指数n和临界累积损伤量Dc的影响因素和变化规律。得到的主要结论包括:(1)提出一种步进应力试验的数据分析方法。该方法针对难以获得准确D-t图分区从而判断步进应力法与恒定应力法等效性的问题,以相同失效机理下IPM参数相等作为判断依据,对试验数据进行筛选后计算获得正确的IPM模型。该算法降低了参数设置对实验结果的影响,简化了试验前对试验参数的选取。(2)研究了温度对电寿命模型参数的影响,n和Dc均随着温度的上升而增大。引入过渡态理论,结合反幂模型,引入外施场强导致的绝缘活化能增量ΔW,推导出n值的物理表达式,温度升高使得空间电荷导致的场强畸变增大,ΔW增大,从而导致直流下n变大。累积损伤D与电气强度下降幅度存在正相关关系,高温环境下XLPE样品内电老化程度更深,电老化造成电气强度下降更多,因此临界累积损伤Dc更大。(3)研究了电、热老化对电寿命模型参数的影响,随着老化程度的加深,XLPE的电寿命指数n和临界累积损伤Dc均逐渐减小,且下降趋势随电老化程度加深而变缓。从过渡态出发,老化使得XLPE内部分子聚合度下降,自由能增量ΔW随聚合度的上升而上升,且n与ΔW正相关,因此电寿命指数随老化程度的加深而减小。
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