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基于多物理场耦合计算,结合电渣重熔(ESR)工艺,开发了应用于ESR全过程数值模拟的数学模型。模型涵盖了熔炼过程的电磁场、流动、传热、熔化及凝固多个物理过程,给出了熔炼过程温度及液相体积分数分布、熔池及糊状区形状尺寸等过程控制所相关的特征信息。利用铸锭温度分布历史,该模型可以计算与铸锭质量密切关联的多种凝固参数信息。该模型可以实现对未知ESR过程的稳态模拟预测,也可以针对实际过程进行熔炼全程(包括模冷阶段)的瞬态模拟分析。模型计算的熔池形状及深度与剖锭分析的结果接近,预测的二次枝晶臂间距分布与枝晶组织分析照片相符合。本模型可应用于过程分析及优化,并为新产品和工艺研发提供重要的技术支撑。

关键词: 电渣重熔 , 数值模拟 , 多物理场 , 二次枝晶间距

有限元法分析交联聚乙烯电缆水树生长机理

陶文彪 , 马振国 , 宋述勇 , 周凯 , 黄明 , 杨明亮

绝缘材料 doi:10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2016.12.014

为了研究交联聚乙烯(XLPE)电缆中水树的生长机理，采用水针电极、高频高压的方法对XLPE薄片试样进行加速水树老化实验，通过显微镜观察经硅油加热处理前后的水树形态，构建有限元仿真模型，分析水树生长与电-机械应力的关系，并建立了水树生长的数学模型。结果表明：电-机械应力是导致水树生长的主要原因。在交变电场的作用下，环境中的水分在电缆绝缘中的杂质或缺陷处聚集，形成一系列充水微孔，并对其周围XLPE材料形成交变的Maxwell应力，导致XLPE分子链因应力疲劳而发生断裂，疲劳断裂的累积导致微孔体积增大、数量增多，这些微孔通过水树通道相连形成树枝状的水树形态。

关键词: 水树 , XLPE电缆 , 有限元仿真 , 电-机械应力 , 屈服强度

用有限元分析交联聚乙烯电缆中水树成长行为的研究

金天雄 , 黄兴溢 , 江平开 , 马芝森 , 李哲凡

绝缘材料 doi:10.3969/j.issn.1009-9239.2008.02.019

水树是电缆主绝缘的主要劣化现象之一,严重影响电缆的使用寿命.正确评价长有水树的材料的电场分布,对于理解水树的生长机理以及水树引起的介质击穿是非常重要的.采用具有不同物理化学性能的热老化XLPE电缆绝缘和与外加电场梯度方向成一定角度的非常规的水针电极结构进行水树枝加速老化实验,用有限元方法对水树加速老化实验中采用的结构模型进行数值电场分析,研究了水树尖端处电场增强对水树枝老化发展的影响.

关键词: 交联聚乙烯电缆 , 水树枝 , 电场分布 , 有限元分析 , 劣化机理

有限元法与田口方法相结合模拟研究交联聚乙烯电缆绝缘中的水树现象

金天雄 , 金石男 , 江平开 , 金惠日 , 玄胜日

绝缘材料 doi:10.3969/j.issn.1009-9239.2008.03.014

聚合物中水树的引发与生长不仅与多个内部、外部参数有直接的关系,还与这些参数之间的协同作用有关.在研究水树生长的过程中,采用统计方法是非常必要的,这些统计方法首先要包括可靠的重要变量,还要能够对大量的试验结果进行合理的解释.运用田口方法和有限元法相结合的模拟方法可以在短时间内找到诱发水树的原因,还可以表征水树的危险性并采取适当的方法加以抑制其生长.数值分析及水树培养试验结果显示,水树内部的介电常数及介电常数分布是影响水树诱发的主要原因,而水树本身的几何尺寸的作用则相对次要.

关键词: 交联聚乙烯电缆绝缘 , 水树枝 , 电场分布 , 有限元法 , 田口方法

XLPE电缆中水树区域干湿状态下的电场特性研究

陶文彪 , 周凯 , 沈智飞 , 张圣博 , 武拥建

绝缘材料

为研究交联聚乙烯(XLPE)电缆中水树区域介电常数与电场特性的关系，采用水针电极、高频高压对交联聚乙烯电缆试样进行加速水树老化实验，通过显微镜观察水树形态，根据观察到的水树形态构建有限元仿真模型，仿真分析水树区域介电常数变化对水树周围电场强度的影响规律。结果表明：当水树区域相对介电常数或电导率增加时，水树末梢的场强增大，而针尖场强减小，水树末梢尖端易成为电树引发的起点；当水树区域相对介电常数或电导率减小时，针尖场强增大，而水树末梢的场强减小，针尖易成为电树引发的起点。

关键词: 交联聚乙烯电缆 , 水树 , 相对介电常数 , 电导率 , 电场强度

基于非线性的水树老化XLPE电缆绝缘状态评估

张涛 , 雷勇 , 朱英伟 , 王鹏 , 周凯 , 涂国强 , 黄明

绝缘材料 doi:10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2017.02.009

为研究XLPE电缆的绝缘特性,用极化-去极化电流(PDC)法对新电缆和经改进水针法制备的不同老化程度的电缆进行实验.实验发现:在极化电压相同的情况下,水树老化电缆的泄漏电流值和去极化初期电流值比新电缆高出至少一个数量级;随着极化电压的升高,新电缆的泄漏电流值基本上呈线性增大,而经过水树老化实验的电缆泄漏电流值呈非线性增大,且老化时间越长,非线性程度越大.定义了快速非线性(FNL)因子,以获取不同绝缘状态电缆非线性程度的差异,从而评估电缆的老化程度.同时,根据实验电缆的实际参数建立了水树老化电缆有限元模型,仿真结果很好地验证了由XLPE水树引起的水树老化电缆绝缘非线性变化的特性.

关键词: XLPE电缆 , 绝缘 , 极化 , 去极化 , 水树老化 , 非线性 , 有限元模型

交联聚乙烯电缆中水树研究的现状

豆朋 , 文习山

绝缘材料 doi:10.3969/j.issn.1009-9239.2005.02.017

在14篇文献的基础上综述了交联聚乙烯(XLPE)电缆中水树研究现状,介绍了水树的定义、分类、特征及在水树产生和发展过程中的一些影响因素及抑制方法等,并且对水树研究中提出的新机理等做了简要的概括.

关键词: 交联聚乙烯 , 电缆 , 水树 , 降解 , 水针法 , 在线检测

XLPE电缆绝缘中水树的形成机理和抑制方法分析

何军 , 屠德民

绝缘材料 doi:10.3969/j.issn.1009-9239.2008.06.015

叙述了交联聚乙烯电缆中的水树对中高压XLPE电缆的危害性;介绍了水树的本质、水树生长特性,引发水树的电 - 机械理论和化学反应理论;分析了影响水树生长的因素和国内外抗水树电缆料的研究情况.

关键词: XLPE电缆 , 水树 , 形成 , 抑制

高频电压加速XLPE电缆绝缘水树老化研究

李鑫 , 陈晓科 , 彭发东 , 叶刚 , 李化 , 林福昌 , 张钦

绝缘材料

在原有水浴法的基础上，采用高频电压对XLPE电缆进行加速老化试验，对老化后的电缆切片样品进行光学显微镜观察，并对不同老化时间电缆样品中的水树进行了统计分析。结果表明：XLPE电缆在高频电压下老化后，在人为孔洞附近会产生水树缺陷，随着老化时间的增加，水树数目增多，水树平均长度逐渐增加，其中电缆老化250 h后的水树平均长度为857μm。

关键词: 电树 , 水树 , 高频电压 , 加速老化试验 , 生长率