非线性复合材料对不均匀电场测试系统

高压输变电系统中的绝缘设备或部件存在电场分布不均匀的问题，这给高压设备的设计、制造带来了很大的技术难度。对于目前高压输变电系统绝缘广泛采用的有机聚合物类电介质材料(硅橡胶、聚氯乙烯、环氧树脂等)，不均匀电场还将导致其局部老化速度加快、程度加重，进而对系统的长期安全稳定运行带来更大威胁。改善绝缘设备或部件整体电场分布均匀程度的传统方法有：改变电极形状、采用均压元件、并联均匀电容等。这些措施对于降低绝缘设备或部件局部电场强度具有一定效果，但都具有比较明显的局限性，均压效果也并不理想。与传统方法相比，通过各种手段调节绝缘电介质材料自身的性能参数来改善绝缘设备或部件电场的分布均匀程度是另一条可行的技术路线。目前可以用于改善绝缘设备或部件电场分布均匀程度的复合材料主要包括：恒定参数的高电导或高介电复合材料，以及具有非线性压敏电导或介电特性的复合材料。采用电导或介电特性随外加电场改变的非线性压敏复合材料，可以实现材料性能参数与空间电场强度的自适应匹配，从而智能改善绝缘介质空间电场分布的均匀性，其效果较为理想。

 

 图1 采用非线性复合材料改善针-板电极不均匀电场的高压试验装置

针-板电极电场具有很高的不均匀性。在前期的高压试验过程中，先在针-板电极间放置纯硅橡胶样品，再分别采用具有不同 ZnO 压敏陶瓷填料体积配比(简称填料配比）(10%、20%、 30%)的非线性复合材料样品替换上层的纯硅橡胶样品，观测针-板电极空间在外加高电压作用下的电晕放电现象，如图1 所示。随着非线性复合材料样品中 ZnO 压敏陶瓷填料配比的增大，尖电极端的电晕放电现象呈现明显的减弱趋势；当填料配比达到 20%时，电晕放电现象已经非常微弱，如图 2 所示。由于电晕放电现象与针-板电极空间的电场大小密切相关，因此上述试验结果能够证明 ZnO 压敏陶瓷/硅橡胶体系非线性复合材料对针-板电极不均匀电场具有显著的改善效果。

图2采用非线性复合材料改善针-板电极不均匀电场的高压试验现象  

 

图3放置硅橡胶的针-板电极沿轴线方向的电场分布和介质损耗