非线性电导绝缘复合材料的设计与性能优化研究.pdf

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1、非线性电导绝缘复合材料的设计与性能优化研究第十一届输电技术大会汇报人：张道铭时间：2024.8.23目 录电力设备中的电场畸变问题总结低渗流阈值非线性电导材料金属纳米粒子调控势垒高度010203041.电力设备中的电场畸变问题高电压/强电场下绝缘系统的放电破坏改善电场分布的方法非线性电导复合材料GIS盆式绝缘子局部放电导致烧毁炸裂绝缘子高压端穿墙套管胡军等，高电压技术,2017,43(02):398-404.；图片来自网络电缆终端电场分布p 固体绝缘的沿面闪络及内部击穿发生在某些绝缘设备中，例如绝缘子高压端、发电机定子绕组、变压器套管、高压电缆终端等p 提高设计难度、制造成本 电场分布极不均匀

2、，局部电场畸变，最大场强远远超出平均电场3/18页1.电力设备中的电场畸变问题高电压/强电场下绝缘系统的放电破坏改善电场分布的方法非线性电导复合材料何金良等，高电压技术,2014,40(3):11.；GJ.Zhang,et al.IEEE TDEI.2019,26(4):1172-1180；王天宇等.中国电机工程学报,2022,42(8):14.结构设计设置电缆应力锥电缆终端高介电常数套管材料优化叠层梯度介电材料绝缘子表面功能涂层4/18页1.电力设备中的电场畸变问题高电压/强电场下绝缘系统的放电破坏改善电场分布的方法非线性电导复合材料Donzel L,Greuter F,Christen T

3、.IEEE Electrical Insulation Magazine,2011,27(2):18-29.10(1(/)dcbE E,Eb不同应用场景下的电场畸变情况复杂SiC(5 m)-25 vol%ZnO(30 m)-15 vol%非线性电导根本原因：载流子非线性输运 载流子能量势垒能量 跨越势垒 载流子能量势垒能量 被势垒阻碍提升填量至渗流阈值填充大量填料导致机械性能差、成本提高非线性电导性能评价标准5/18页目 录电力设备中的电场畸变问题总结低渗流阈值非线性电导材料金属纳米粒子调控势垒高度010203042.低渗流阈值非线性电导材料降低填料含量的关键问题：高效构建填料渗流网络（利用气

4、凝胶结构）海藻提取物，经济且易于获得7/18页连通性优异比表面积大渗流阈值降至1vol%2.低渗流阈值非线性电导材料海藻酸钠气凝胶骨架负载碳化硅结构负载体积分数提高注：此体积分数为填料体积相对骨架所制备复合材料体积求得8/18页轻负载准负载过负载2.低渗流阈值非线性电导材料非线性电导导热性能阈值场强快速变化阶段与负载结构特征变化一致为阈值场强调控提供指导气凝胶负载的填料复合材料导热系数最高至3.79/18页目 录电力设备中的电场畸变问题总结低渗流阈值非线性电导材料金属纳米粒子调控势垒高度010203043.金属纳米粒子调控势垒高度肖特基势垒11/18页需解决问题：渗流路径上存在尽可能多的金属-

5、半导体界面 金属物质孤立存在，保证低电场下的绝缘性能3.金属纳米粒子调控势垒高度填料能带结构表征与计算通过费米能级筛选半导体与金属材料定制势垒高度12/18页紫外光电子能谱价带底、费米能级紫外可见光谱禁带宽度3.金属纳米粒子调控势垒高度复合材料性能及调控仿真模拟结果不同粒径金属粒子电场分布结果库伦阻塞效应13/18页3.金属纳米粒子调控势垒高度电荷自适应消散能力14/18页目 录电力设备中的电场畸变问题总结与展望低渗流阈值非线性电导材料金属纳米粒子调控势垒高度010203044.总结与展望总结n 提出了一种低渗流阈值的非线性电导材料，以及一种基于相对负载结构调控阈值场强的方法n 提出了通过金属

6、纳米粒子制备高灵敏非线性电导材料的方法，及其势垒高度调控策略仍存在的问题n 目前所研制的非线性电导材料阈值场强偏低，在高压输配电系统中难以广泛应用。n 无机复合半导体材料的制备方法使导致材料的介电损耗较高。探索全有机非线性电导聚合物材料：通过分子结构设计或有机半导体开发的方法实现非线性电导材料性能参数的按需调控16/18页课题组介绍可回收环保绝缘材料超疏水与防覆冰涂料高温储能薄膜华南理工大学电力学院先进电工材料团队：负责人谢从珍教授，目前在读博士9人、硕士8人，近三年在Ene