[發(fā)明專利]基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111153339.1
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113777455B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂澤鵬;王政鈞;吳鍇;曹丹;王世棟
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估方法，其特征在于，包括：

對XLPE絕緣材料試樣進行不同溫度不同時間步長逐級升壓實驗；

采用Weibull分布求解獲取XLPE絕緣材料試樣的特征時間、特征電壓和最后一步時間；

XLPE絕緣材料試樣的特征電壓和最后一步時間通過以下公式獲得：

式中，t_f為最后一步時間，η為特征時間，t_i為時間步長，U_f為特征電壓，U_i為電壓步長，U₁為起始電壓；

對XLPE絕緣材料老化壽命作三個假設(shè)，包括：

第一，在電場作用下，電極會向電極與XLPE絕緣材料界面處的微腔中注入電子；

第二，進入微腔的電子會在電場作用下脫陷或?qū)Ψ肿渔溤斐蓚Γ?/p>

第三，微腔被破壞，老化初始缺陷的形成所需時間為老化缺陷發(fā)展所需時間；基于三個假設(shè)，得到改進Crine模型，確定XLPE絕緣材料老化壽命與電導(dǎo)電流密度關(guān)系；

改進Crine模型公式如下：

式中，t為老化壽命；T為開爾文溫度；k為玻爾茲曼常數(shù)；h為普朗克常數(shù)；J為電導(dǎo)電流密度；ΔG為活化自由能；Wd為陷阱深度；r為XLPE絕緣材料微腔半徑；

測量在不同溫度、不同電壓等級下的電導(dǎo)電流密度，通過擬合曲線推導(dǎo)更高電場強度下的電導(dǎo)電流密度；

根據(jù)XLPE絕緣材料樣品特征時間、特征電壓和最后一步時間，和更高電場強度下的電導(dǎo)電流密度，采用改進Crine模型求解XLPE絕緣材料試樣的活化自由能ΔG；

XLPE絕緣材料試樣的活化自由能ΔG公式如下：

式中，A為常數(shù)；

根據(jù)XLPE絕緣材料樣品的老化特征參數(shù)活化自由能ΔG，確定不同溫度下隨電場變化XLPE絕緣材料的老化壽命。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估方法，其特征在于，升壓實驗起始電壓為10kV，時間步長1min，5min，25min分別為，電壓步長為5kV，升壓速率為1000V/s。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估方法，其特征在于，Weibull分布公式如下：

式中，t為擊穿時間；m為形狀參數(shù)；η為特征時間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估方法，其特征在于，假設(shè)進入微腔的電子會在電場作用下脫陷或?qū)Ψ肿渔溤斐蓚ΓO(shè)電子在微腔內(nèi)存留的時間為t₁，電極注入的下一個電子到達時間為t₂：

當t₁t₂時，微腔大部分時間存在電子，絕緣材料的壽命由單一電荷決定；

當t₂t₁時，微腔大部分時間空閑，老化壽命由電導(dǎo)電流密度決定。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估方法，其特征在于，當電子能量大于陷阱深度Wd，小于活化自由能ΔG時，電子脫陷，不造成損傷。

6.一種權(quán)利要求1-5任一項所述方法采用的基于Crine模型XLPE絕緣材料老化壽命評估裝置，其特征在于，包括電極、硅油、絕緣材料樣品、環(huán)氧樹脂材料的實驗箱和上、下高/低溫恒溫循環(huán)浴；實驗箱箱體分隔為上下兩層，電極包括上電極和下電極，絕緣材料樣品置于上電極與下電極之間；上電極和下電極分別在上、下高/低溫恒溫循環(huán)浴中。