固体电介质空间电荷与电气绝缘

本书介绍了电介质绝缘材料技术的基本概念，固体电介质中空间电荷产生、发展和消散的基本理论和仿真分析方法，电声脉冲法空间电荷测量技术及几种典型的测量系统，纳米粒子表面接枝技术和电介质复合技术在绝缘电介质改性中的应用，凝聚态结构、纳米界面调控、绝缘材料老化对低密度聚乙烯、聚酰亚胺、硅橡胶和油纸等典型绝缘材料空间电荷特性的影响规律，常温、高温和强电场等条件下空间电荷对聚乙烯、油纸等绝缘材料电场畸变效应和对电气击穿过程、电介质电导特性的影响机制，空间电荷在典型电力设备绝缘结构设计及运行特性分析中的应用，电介质空间电荷在理论研究、测量技术、暂态特性、数值仿真和电气绝缘应用方面的发展方向等。本书可以为电力、电工及其他行业的工作者以及科研院所和高校提供高电压、电介质材料与电气绝缘等方面的参考。

序
前言
第1章绪论1
1.1电介质材料与绝缘技术1
1.1.1电介质材料及电气性能1
1.1.2绝缘问题与绝缘技术研究发展方向1
1.2固体电介质中的空间电荷现象4
1.2.1空间电荷的定义4
1.2.2高压电力设备绝缘的空间电荷问题5
1.2.3预电压极性效应6
1.2.4空间电荷包现象7
1.3固体电介质空间电荷测量技术的发展8
1.3.1空间电荷测量技术简介及历史回顾8
1.3.2空间电荷测量方法综述9
1.3.3空间电荷测量技术的发展方向11
1.4空间电荷研究进展分析12
1.4.1凝聚态结构对空间电荷特性的影响12
1.4.2电介质老化对空间电荷特性的影响12
1.4.3空间电荷与电介质电气性能的关系13
1.4.4基于空间电荷对绝缘材料的开发和评估14
1.4.5空间电荷的仿真研究14
1.4.6其他相关研究15
参考文献15
第2章电介质电荷运动理论与分析20
2.1电介质电荷运动基础理论20
2.1.1电极与电介质界面处的载流子注入20
2.1.2电介质内部载流子的电导21
2.2空间电荷输运过程建模与仿真21
2.2.1载流子输运过程数学模型21
2.2.2Splitting方法处理对流-反应方程24
2.2.3RKDG方法求解载流子对流-反应方程26
2.2.4RKDG+LDG方法求解载流子对流-反应方程35
2.3不同参数下空间电荷输运过程仿真结果38
2.3.1电场强度的影响38
2.3.2注入势垒的影响41
2.3.3载流子迁移率的影响43
2.3.4陷阱捕获系数的影响46
2.3.5复合系数的影响48
2.4基于载流子迁移率计算的空间电荷包形成机理50
2.4.1准费米能级的确定51
2.4.2不同电场强度下迁移率与载流子浓度的关系52
2.4.3不同*深陷阱深度下迁移率与载流子浓度的关系53
2.4.4不同*深陷阱比例下迁移率与载流子浓度的关系53
2.4.5不同载流子浓度下迁移率与电场强度的关系55
2.4.6“陷阱填充”效应与空间电荷波包现象分析56
参考文献57
第3章电介质中空间电荷的测量59
3.1PEA法空间电荷测量原理及测量系统59
3.1.1PEA法空间电荷测量原理59
3.1.2PEA法测量系统63
3.1.3PEA法关键参数67
3.2PEA法空间电荷测量信号的恢复处理70
3.2.1理想空间电荷测量信号的处理71
3.2.2PEA法测量信号的畸变现象72
3.2.3压力波衰减因子和色散因子73
3.2.4PEA系统冲激响应函数与反卷积方程76
3.2.5PEA法测量信号恢复的反卷积算法79
3.3带孔隙的油纸绝缘PEA测量信号校正处理82
3.3.1绝缘纸表面粗糙度的影响82
3.3.2绝缘纸孔隙的影响87
3.3.3油纸绝缘PEA信号的校正结果90
3.4PEA法空间电荷测量系统的改进93
3.4.1小型化、高耐压测量系统94
3.4.2高速动态空间电荷测量系统95
3.4.3温控型空间电荷测量系统96
3.4.4传导电流和空间电荷联合测量系统97
参考文献99
第4章凝聚态结构对空间电荷特性的影响102
4.1凝聚态结构及其对电介质电气性能的影响102
4.1.1物质的凝聚态结构102
4.1.2凝聚态结构对电气性能的影响108
4.2聚乙烯材料的凝聚态结构与表面形貌111
4.2.1聚乙烯材料的冷却方式与形态结构111
4.2.2聚乙烯材料的基底材料与表面形貌111
4.3空间电荷与空间电荷包现象114
4.4不同形态结构LDPE的空间电荷及空间电荷包特性115
4.4.1不同形态结构的LDPE空间电荷特性115
4.4.2不同形态结构的LDPE空间电荷包特性130
4.5不同表面形貌聚乙烯的空间电荷及空间电荷包特性138
4.5.1不同表面形貌的LDPE的空间电荷特性138
4.5.2不同表面形貌的LDPE的空间电荷包特性140
参考文献145
第5章界面调控对纳米电介质空间电荷特性的影响148
5.1纳米电介质空间电荷的研究现状148
5.1.1纳米电介质的研究历程148
5.1.2纳米粒子-聚合物界面及理论149
5.1.3纳米电介质抑制空间电荷150
5.2纳米粒子表面接枝和纳米复合XLPE151
5.2.1小分子接枝纳米粒子151
5.2.2聚合物刷接枝纳米粒子157
5.2.3纳米复合XLPE中聚合物刷接枝密度的调控161
5.2.4纳米复合XLPE中聚合物刷分子量的调控161
5.2.5纳米复合XLPE中功能基团接枝的设计与实现162
5.2.6纳米复合XLPE169
5.3小分子接枝纳米复合XLPE的空间电荷特性171
5.3.1小分子接枝密度的影响172
5.3.2小分子极性的影响177
5.3.3纳米粒子形貌的影响181
5.4聚合物刷接枝纳米复合XLPE的空间电荷特性183
5.4.1聚合物刷接枝密度的影响184
5.4.2聚合物刷分子量的影响190
5.4.3功能基团的影响193
5.5优选参数的纳米复合XLPE陷阱特性与电学性能194
5.5.1陷阱特性194
5.5.2直流电导特性199
5.5.3直流击穿特性201
5.6界面调控对纳米电介质空间电荷特性的影响机制203
参考文献205
第6章电老化对固体电介质空间电荷特性的影响208
6.1电老化与空间电荷208
6.2直流电老化下LDPE的空间电荷特性209
6.2.1直流电老化后LDPE的微观结构和陷阱特性209
6.2.2直流电老化时间对空间电荷积聚特性的影响213
6.2.3直流电老化时间对空间电荷消散特性的影响215
6.2.4直流高场强下电老化后LDPE中的空间电荷包现象217
6.3交流电老化下LDPE的空间电荷特性222
6.3.1交流电老化对LDPE微观结构和陷阱特性的影响223
6.3.2交流电老化时间对空间电荷积聚特性的影响224
6.3.3交流电老化时间对空间电荷消散特性的影响228
6.3.4电老化过程中LDPE空间电荷仿真计算231
6.4电老化对固体电介质的空间电荷特性的影响233
6.4.1电老化下聚酰亚胺的空间电荷特性233
6.4.2电老化下油纸绝缘的空间电荷特性237
6.5热老化对固体电介质空间电荷的影响238
6.5.1热老化下聚酰亚胺的空间电荷特性238
6.5.2热老化对硅橡胶空间电荷特性的影响244
6.5.3热老化对油纸绝缘空间电荷特性的影响246
参考文献247
第7章空间电荷对固体电介质电气绝缘性能的影响249
7.1高压电力电缆绝缘材料发展历程中对空间电荷的认识249
7.1.1高压电力电缆绝缘材料的发展历程249
7.1.2高压电力电缆技术研究热点251
7.2空间电荷对电场的畸变效应253
7.2.1常温下空间电荷对电场畸变的影响253
7.2.2高温下空间电荷对电场畸变的影响255
7.2.3电场畸变的暂态过程259
7.2.4强电场下空间电荷包对局部电场畸变的影响260
7.3空间电荷对电气击穿过程的影响262
7.3.1不同预电压场强处理后LDPE的击穿强度262
7.3.2不同冷却方式下LDPE预击穿过程中空间电荷对电场的影响264
7.4空间电荷对电导特性的影响273
参考文献278
第8章空间电荷对油纸绝缘电气性能的影响280
8.1变压器及油纸绝缘中的空间电荷问题280
8.1.1换流变压器的应用现状280
8.1.2油纸绝缘中的空间电荷问题281
8.2极性反转电压下油纸绝缘的空间电荷特性282
8.2.1极性反转电压282
8.2.2极性反转方向的影响283
8.2.3极性反转后电压幅值的影响289
8.2.4极性反转时间的影响291
8.3油纸绝缘界面处的空间电荷特性293
8.3.1实验设计293
8.3.2半导体-介质界面处的空间电荷特性294
8.3.3介质-介质界面处的空间电荷特性300
8.4老化后油纸绝缘的空间电荷输运特性305
8.4.1老化对空间电荷特性的影响305
8.4.2老化过程中陷阱的形成309
8.4.3孔洞与正电荷积聚现象313
参考文献314
第9章空间电荷的应用316
9.1空间电荷与绝缘材料性能及评价316
9.1.1绝缘老化程度评价316
9.1.2空间电荷抑制技术320
9.2空间电荷对直流电力设备结构设计指导323
9.2.1空间电荷对直流电力电缆绝缘结构设计的影响323
9.2.2空间电荷在换流变压器绝缘结构设计中的应用325
9.2.3空间电荷在其他电力设备结构设计中的应用326
9.3空间电荷在设备绝缘试验中的应用327
9.3.1空间电荷的现场测量327
9.3.2空间电荷对现场试验的影响329
9.3.3现场试验的建议330
9.4空间电荷与其他设备绝缘结构设计和运行特性评估332
9.4.1电力电容器332
9.4.2驻极体333
9.4.3飞行器335
9.4.4GIL336
9.4.5等离子体表面处理337
9.5空间电荷研究的发展方向338
9.5.1空间电荷理论研究的发展338
9.5.2空间电荷测量技术研究的发展339
9.5.3空间电荷暂态特性研究的发展340
9.5.4空间电荷数值仿真研究的发展345
9.5.5空间电荷应用研究的发展345
参考文献346