• ISSN 0258-2724
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车载电缆终端应控管热老化特性及对绝缘性能影响研究

孙传铭 刘凯 张鹏鹏 辛东立 高波 李广建 吴广宁

孙传铭, 刘凯, 张鹏鹏, 辛东立, 高波, 李广建, 吴广宁. 车载电缆终端应控管热老化特性及对绝缘性能影响研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220164
引用本文: 孙传铭, 刘凯, 张鹏鹏, 辛东立, 高波, 李广建, 吴广宁. 车载电缆终端应控管热老化特性及对绝缘性能影响研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220164
SUN Chuanming, LIU Kai, ZHANG Pengpeng, XIN Dongli, GAO Bo, LI Guangjian, WU Guangning. Research on Thermal Aging Characteristics of Vehicle Cable Terminal Strain Control Tube and Its Influence on Insulation Performance[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220164
Citation: SUN Chuanming, LIU Kai, ZHANG Pengpeng, XIN Dongli, GAO Bo, LI Guangjian, WU Guangning. Research on Thermal Aging Characteristics of Vehicle Cable Terminal Strain Control Tube and Its Influence on Insulation Performance[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220164

车载电缆终端应控管热老化特性及对绝缘性能影响研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220164
基金项目: 中国自然科学基金项目(52007158),牵引动力国家重点实验室开发课题(J0220602042102-41)
详细信息
    作者简介:

    孙传铭(1981—),男,高级工程师,博士研究生,研究方向为绝缘性能机理分析,E-mail:sunchuanming@cqsf.com

    通讯作者:

    刘凯(1990—),男,副教授,主要从事高速铁路和电力系统电气设备故障评估研究。E-mail:liukai@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TM854

Research on Thermal Aging Characteristics of Vehicle Cable Terminal Strain Control Tube and Its Influence on Insulation Performance

  • 摘要:

    车载电缆终端应控管性能对电缆终端绝缘性能至关重要,为确定应控管热老化特性及其对电缆终端绝缘性能的影响,首先,通过试验研究确定车载电缆终端应控管宏观介电特性及微观老化规律;其次,基于对热老化下应控管材料电导、极化和损耗特性测试进行分析,得到不同老化周期下介电特性曲线;最后,建立考虑应控管老化特性的车载电缆终端电场有限元模型,并基于热老化下介电参数计算应控管电缆终端电场分布. 研究表明:140 ℃老化条件下电导率上升趋势最为显著,50 kV/m场强下电导率达到最大值1.1 × 10−10 S/m,高温(140 ℃)老化20 d时,相对介电常数达到最小值14,此外热解反应过程中聚合物长链折叠、断裂等陷阱阻碍作用增强,介质损耗有所增大;在应控管官能团特性及微观形貌上,热老化导致应控管材料烯烃类聚合物发生热解聚反应,形成化学立体缺陷,且加剧应控管试样表面聚合物球晶的裂解以及无机氧化产物的生成,试样表面理化特性发生变化. 仿真发现,在热老化条件下电缆终端内部电场畸变区域呈现扩大的趋势,由xx0=265 mm处至x3=495 mm处沿白色箭头方向不断爬伸,最终稳定在乙丙橡胶主绝缘层与应控管的交界处. 研究结果对掌握电缆终端绝缘状态具有重要工程参考价值.

     

  • 图 1  三电极测试系统

    Figure 1.  Three-electrode test system

    图 2  不同老化条件下电导率与场强的关系

    Figure 2.  The relationship between electrical conductivity and field strength under different aging conditions

    图 3  介电频谱响应变化图

    Figure 3.  Dielectric spectrum response change graph

    图 4  介质损耗正切tanδ频率响应变化图

    Figure 4.  Frequency response change diagram of dielectric loss tangent tanδ

    图 5  应控管试样红外光谱

    Figure 5.  Infrared spectra of samples of controllable tube

    图 6  C-Ba 键断裂

    Figure 6.  C-Ba bond break

    图 7  不同老化条件下试样扫描电镜图

    Figure 7.  SEM images of samples under different aging conditions

    图 8  网格剖分

    Figure 8.  Mesh division

    图 9  终端内部电场分布

    Figure 9.  Electric field distribution inside the terminal

    图 10  终端电场分布情况

    Figure 10.  Terminal electric field distribution

    表  1  热老化试验温度及取样测试周期安排

    Table  1.   Thermal aging test temperature and sampling test cycle arrangement d

    试样-老化
    温度
    第1次取样 第2次取样 第3次取样 第4次取样
    C(140 ℃) 5 10 15 20
    B(125 ℃) 5 10 15 20
    A(100 ℃) 5 10 15 20
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    表  2  热老化应控管典型基团红外光谱吸收峰

    Table  2.   Infrared spectrum absorption peaks of typical groups of thermally aging stress tubes

    谱带位置/cm−1 基团/产物
    30002750 C-H
    17501600 C=C
    15001400 C=O
    13001250 -CH2-
    12001000 C-O
    750~600 Ti-O/Ba +
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    表  3  电缆终端材料参数

    Table  3.   Cable terminal material parameters

    名称 电导率/(S·m−1 相对介电常数
    缆芯 5.7 × 107 1.00
    半导体层 2.0 100.00
    绝缘层 1.0×10−18 2.50
    应控管 1.00−8 25.3
    屏蔽层 5.7 × 107 1.00
    7.7 0.50 × 10−8
    热缩管 2.5 × 10−11 3.34
    护套 1.0×10−18 2.60
    伞裙 0.8 × 10−18 0.85
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    表  4  应控管老化特征参数

    Table  4.   Aging characteristic parameters

    老化时间/d 相对介电常数 电导率/( S·m−1 频率/Hz
    5 32.8 2.6 × 10−11 50
    10 18.3 5.8 × 10−11 50
    15 17.7 8.2 × 10−11 50
    20 15.3 1.1 × 10−10 50
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-14
  • 修回日期:  2022-06-29
  • 网络出版日期:  2024-08-16

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