基于XLPE粘弹特性的水树生长非线性损伤特性

• 作者: 李康乐 周凯 张宏亮 陈伟 朱宝军 焦可明
• 来源期刊: 高电压技术
• 关键词: XLPE 水树 非线性 疲劳 损伤 粘弹性
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 电介质与电气绝缘|Dielectric and Electrical Insulation
• 页码范围: 4207-4215
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20201225

摘要

为了明确水树生长过程中XLPE材料的损伤特性,研究了不同生长时期的水树微观结构变化特征,并结合XLPE材料力学疲劳损伤特性,揭示了水树生长中材料疲劳损伤非线性增加的原因.制备A、B、C、D 4组XLPE薄片样本,并对4组样本在7.5 kV、400 Hz下分别进行为期240、480、720、1440 h的加速水树实验.实验结束后,用光学显微镜观测水树形态及尺寸,用SEM(scanning electron microscopy)观测水树区域微观形貌.另外制备1组XLPE哑铃型样本(E组),对该组样本在应力比为0.1,应力幅值为0.45 MPa,应力频率为1 Hz的条件下进行4 h的力学疲劳实验,实验中记录样本应力–应变曲线.水树实验结果表明,随着老化时间增加,水树生长速率先增大后减小,而水树微孔密度呈非线性增加.老化480 h前微孔密度较小,而老化720 h后微孔密度显著增大.力学疲劳实验结果表明,随着疲劳时间增长,材料在一个疲劳周期的耗能率增加.分析认为,水树生长中材料的非线性疲劳损伤主要是由材料粘弹特性变化所导致的.在水树生长中,材料受到交变的电机械疲劳应力作用而发生损伤.随着老化时间增长,材料弹性模量和粘度均减小,但弹性模量下降速率远高于粘度下降速率,导致材料在一个疲劳周期的粘性能量(即损耗能量)相对上升而弹性能量相对下降,从而导致材料出现非线性损伤特性.