非线性电介质介电特性与空间电荷特性

摘要

由于聚合物具有优良的工艺特性和绝缘特性，因此在电气以及电子绝缘方面得到了极大的推广。而非线性绝缘介质有抑制空间电荷产生的作用，且对绝缘结构中的电场分布有改善作用，因此研究其介电性能，无论是在理论上还是工程上都具有一定的意义。本文选取基料为低密度聚乙烯(LDPE)，填料为不同粒径的碳化硅(SiC)，将其混合制备成非线性复合材料。然后测试其介电特性和空间电荷特性，并对测试结果进行初步分析研究。
　　 考虑到非线性绝缘与线性绝缘组合应用的可能，将非线性复合材料与纯LDPE制备成为多层复合试样，并进行进一步实验研究。首先对其直流伏安特性进行了测试。对两层结构的复合试样而言，将非线性绝缘材料分别放于高压极侧和放于测量极侧进行测试。通过实验发现:将非线性材料放于不同电极侧，对于测试用微米非线性材料组合的复合试样的直流伏安特性影响不大;而测试用纳米非线性材料组合的复合试样的直流伏安特性时，在低电场段，将非线性材料放于测量极侧的非线性系数比放于高压极侧的非线性系数大，在高电场段，将其放于测量极侧的非线性系数比放于高压极侧的非线性系数小。测量三层结构的复合试样时发现，在双对数坐标下，纳米三层复合试样的电导率与电场强度的关系呈现两个转折点，而微米三层复合试样的电导率与电场强度的关系呈现一个转折点，表明纳米三层复合试样的电导率比微米三层复合试样对电场的依赖程度大。
　　 为了研究多层试样组合后的复合结构内的微观变化，在不同极化电场下，测量了多层复合试样的热刺激电流。在不同的升温速率条件下进行测试发现:以升温速率为1℃/min进行升温时，得到的此复合结构的TSC谱不完善，以致于所表达的退极化信息也有所缺陷;而以0.5℃/min的速率进行热刺激电流测量时，得到了较为完善的TSC谱，能够比较全面的反映退极化的信息。原因可能是复合结构的界面极化的影响，材料内部的陷阱深度增加，活化能变大，导致在退极化过程中放电过程变慢，因此放电过程需要较长的时间才能够完成。
　　 最后将非线性复合材料作为屏障层，研究其抑制空间电荷注入的作用。在不同外加电场、不同加压时间下，测量了多层复合试样的空间电荷分布。在恢复空间电荷测量数据时，由于多层复合试样测试的数据波形与数据恢复口软件的恢复设置不一致，因此本文通过原始电压信号图来分析复合试样中空间电荷的注入情况。实验结果发现:微米非线性材料屏障对空间电荷的注入有一定的抑制作用，而纳米非线性材料屏障对空间电荷的抑制效果不好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 题研究的背景、目的和意义

1．2 非线性复合材料国内外研究现状

1．3 聚合物电介质空间电荷的研究现状

1．4 课题来源及主要研究内容

第2章 LDPE／SiC复合材料的介电性能

2．1 实验原料及样品制备

2．1．1 实验原料

2．1．2 样品制备

2．2 介电谱

2．2．1 实验仪器与试样预处理

2．2．2 实验结果

2．3 直流伏安特性测试

2．3．1 实验方法

2．3．2 单层试样的测试

2．3．3 多层复合试样的测试

2．4 本章小结

第3章 LDPE／SiC复合材料的热刺激电流测试及结果分析

3．1 热刺激电流基本理论

3．2 试样的预处理与测试过程

3．3 实验结果与分析

3．3．1 单层试样的测试

3．3．2 多层复合试样的测试

3．4 本章小结

第4章 空间电荷的测试与结果分析

4．1 测量装置

4．2 试样的预处理

4．3 测量结果与分析

4．3．1 单层试样的测量

4．3．2 多层复合试样的测量

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢