Ключові слова
semiconductor screen
percolation process
conduction current
interphase polarization
absorption current
dielectric parameters силовий кабель
напівпровідний екран
процес перколяції
струм провідності
міжфазна поляризація
струм абсорбції
діелектричні параметри
Як цитувати
Анотація
Запропоновано методологію моделювання процесу перколяції у напівпровідних екранах силових високовольтних кабелів. Напівпровідний екран представлено двовимірною решітчастою моделлю з полімерною матрицею, що наповнена провідними частинками сажі. Модельні матриці композиту в залежності від ймовірності заповнення та концентрації провідного наповнювача узгоджуються з мікрофотографіями розподілу сажі у поліетиленовій матриці напівпровідного екрану силового кабелю. Визначено з урахуванням стохастичності процесу перколяції діапазон критичної концентрації провідного наповнювача, що обумовлює поріг протікання у представленій моделі. На експериментальній часовій залежності струму абсорбції силового кабелю спостерігаються збурення, що є опосередкованим свідченням накопичення поверхневих зарядів на межі поділу напівпровідний екран – високовольтна полімерна ізоляція. Часові залежності електричної ємності та тангенсу кута діелектричних втрат на частоті 120 Гц підтверджують стохастичний характер процесу накопичення поверхневих зарядів. Цей процес обумовлює уповільнену у часі міжфазну поляризацію у силових високовольтних кабелях. Бібл. 36, рис. 5.
Посилання
Shidlovsky A.K., Shcherba A.A., Zolotarev V.M., Podoltsev A.D., Kucheryavaya I.N. Cables with polymer insulation for ultra-high voltage. Kyiv: Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013. 550 p. (Rus)
Mazzanti G., Marzinotto M. Extruded Cables For High–Voltage Direct–Current Transmission: Advances in Research and Development. Wiley-IEEE Press, Hoboken, 2013, 384 p. DOI: https://doi.org/10.1002/9781118590423.
Tanaka T., Montanari G.C., Mülhaupt R. Polymer nanocomposites as dielectrics and electrical insulation —Perspectives for processing technologies, material characterization and future applications. IEEE Transaction Dielectric Electrical Insulation. 2004. No 11. Pp. 763–784. DOI: https://doi.org/10.1109/TDEI.2004.1349782.
Polymer Insulation Applied for HVDC Transmission. Editor Prof. Boxue Du. 2021. 674 p. Springer Singapore. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-15-9731-2.
Huang X., Zhang J., Jiang P. Thermoplastic insulation materials for power cables: History and progress. High Voltage Engeniering. 2018. Vol. 44. Pp. 1377–1398. DOI: https://doi.org/10.13336/j.1003-6520.hve.20180430001.
Pleşa I., Noţingher P.V., Sumereder C., Muhr M. Properties of Polymer Composites Used in High-Voltage Applications. Polymers. 2016. Vol. 8(5). P. 173. DOI: https://doi.org/10.3390/polym8050173.
Adnan M., Abdul-Malek Z., Lau K.Y., Tahir M. Polypropylene-based nanocomposites for HVDC cable insulation. IET Nanodielectrics. 2021. Vol. 4. Issue 3. Pp. 84-97. DOI: https://doi.org/10.1049/nde2.12018.
Roy M., Nelson J.K., Schadler L.S., Zou C., Fothergill J.C. The influence of physical and chemical linkage on the properties of nanocomposites. Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP). Nashville, TN, USA, 16–19 October 2005. Pp. 183–186. DOI: https://doi.org/10.1109/CEIDP.2005.1560651.
Balasubramanian N., Ramesh K.B. Role, effect, and influences of micro and nano-fillers on various properties of polymer matrix composites for microelectronics: A review. Polymer Adventure Technology. 2018.Vol. 29. Pp. 1568−1585. DOI: https://doi.org/10.1002/pat.4280.
Bezprozvannykh G.V., Mirchuk I.A. Synthesis of technological modes of cooling and radiation exposure of electrical insulation of cables. Monograph. Kharkiv: Madrid, 2021. 179 p. (Ukr)
Xu J.C., Ou H.X., Shan X.Y., Liu B., Jiang J.C., Xu G.G. Investigation of novel intumescent flame retardant low-density polyethylene based on SiO2@MAPP and double pentaerythritol. Journal of Applied Polymer Science. 2020. No.137 (11), P. 49242. DOI: https://doi.org/10.1002/app.49242.
Bezprozvannykh G.V., Rogynskyi O.V. Structural and technological solutions for improving the electrical characteristics of the high-voltage composite electrical insulation system of electric machines. Monograph. Kharkiv: Madrid, 2023. 137 p. (Ukr)
Zolotaryov V.V., Chulieieva O.V., Chulieiev V.L., Kuleshova T.A., Suslin M.S. Influence of doping additive on thermophysical and rheological properties of halogen-free polymer composition for cable insulation and sheaths. Electrical Engineering & Electromechanics. 2022. Issue 2. Pp. 35-40. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2022.2.06.
Porowski R., Kowalik P., Ramiączek P., Bąk-Patyna P., Gawdzik J. Application Assessment of Electrical Cables during Smoldering and Flaming Combustion. Applied Sciences. 2023. No 13(6). P. 3766. DOI: https://doi.org/10.3390/app13063766.
Ji M., Min D., Wu Q., Liu W., Li S., Qin S., Zhu S. Ultra-low electrical conductivity originated from ordered and tightly aggregated interfacial regions in polymer nanocomposites. Composites Part B: Engineering. 2022. Vol. 233. Pp. 109649. DOI: https://doi.org/10/1016/j.compositesb.2022.109649.
Spahr M., Gilardi R., Bonacchi D. Carbon Black for Electrically Conductive Polymer Applications. Polymers and Polymeric Composites: A Reference Series. Springer, Berlin, Heidelberg. 2016. Pp 1–26 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-37179-0_32-2.
Brzhezytskyi V.O., Mykhaylov V.M., Isakova A.V., Rudakov V.V., Guryn A.G., Naboka B.G. et al. Technique and electrophysics of strong electric fields. Kharkiv, NTU KhPI LLC Tornado, Kyiv NTUU KPI, 2004. 930 p. (Rus)
Guo C., Li J., Gao Y., Liu B., Du B. Effect of Nanoparticle Type on Charge Transport Characteristics of LDPE/Micro-BN composite with High Thermal Conductivity. IEEE 4th International Conference on Electrical Materials and Power Equipment (ICEMPE), IEEE. 2023. Pp. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEMPE57831.2023.10139611.
Bezprozvannykh A.V., Naboka B.G., Moskvityn E.S. Justification of the electrophysical characteristics of semiconducting shields of high-voltage power cables with cross-linked insulation. Electrical Engineering & Electromechanics. 2010. No 3. Pp. 44–47. (Rus)
Kucheriava I. M. Power cable defects and their influence on electric field distribution in polyethylene insulation. Tekhnichna Elektrodynamika. 2017. No 2. Pp. 19–24. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.02.019.
Nadolny Z. Electric Field Distribution and Dielectric Losses in XLPE Insulation and Semiconductor Screens of High-Voltage Cables. Energies. 2022. Vol. 15 (13). P. 4692. DOI: https://doi.org/10.3390/en15134692.
Zolotarev V.M., Zolotarev V.V., Buzko S.V., Antonets T.Yu., Naumenko A.A. Effect of shield conductivity on dielectric losses in cables. Bulletin of the National Technical University KhPI. 2014. No 21. Pp. 50–54. (Rus)
Liu T., Fothergill J., Dodd S.J., Nilsson U.H. Influence of semicon shields on the dielectric loss of XLPE cables. Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. IEEE CEIDP. 2009. Pp. 395–398. DOI: https://doi.org/10.1109/CEIDP.2009.5377792.
Bezprozvannych G.V., Grynyshina M.V. Efficient parameters of dielectric absorption of polymeric insulation with semiconductor coatings of power high voltage cables. Electrical Engineering & Electromechanics. 2022. No 3. Pp. 39-45. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2022.3.06.
Lau K.Y., Vaughan A.S., Chen G., Hosier I.L., Holt A.F. Absorption current behaviour of polyethylene/silica nanocomposites. Journal of Physics Conference Series. 2013. No 472. Pp. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/472/1/012003.
Stauffer D., Aharony A. Introduction to Percolation Theory. Taylor, London, 2017. 192 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9781315274386.
Rothon R. Fillers for polymer applications. Springer, 2017. 317 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-28117-9.
Dykhne A.M., Snars A.A., Zhenirovsky M.I. Sustainability and chaos in two-dimensional random media and LC chains. The successes of physical sciences. 2004. Vol. 174. No 8. Pp. 887–894. (Rus)
Emets Yu.P. Modeling electrophysical characteristics of the dielectric environment with a periodic structure. Journal of Technical Physics. 2004. Vol. 74. No 12. Pp. 1–9. (Rus)
Mamunya E.P., Davidenko V.V., Lebedev E.V. Relationship between critical concentration and geometric parameters of filler particles in electrically conductive polymer compositions. Doklady Arfdemii nauk USSR, seriia B. 1991. No 5. Pp. 124–127. (Rus)
Dykhne A.M. Conductivity of a two -dimensional two -phase system. Journal of experimental and technical physics. 1970. Vol. 59. Pp. 110–114. (Rus)
Yemets Yu.P. Dispersion of the dielectric constant of two-component media. Journal of Experimental and Technical Physics. 2002. Vol. 121. No 12. Рp. 1339–1351. (Rus)
Bunde A., Havlin S. Fractals and isordered systems. Springer Verlag, Heidelberg, 1996. 350 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-51435-7.
Rahaman M., Gupta P.,•Hossain N., Periyasami G.,•Das P. Effect of carbons’ structure and type on AC electrical properties of polymer composites: predicting the percolation threshold of permittivity through different models. Colloid and Polymer Science. 2023. Vol. 301. Pp. 1001–1019. DOI: https://doi.org/10.1007/s00396-023-05120-2.
Bezprozvannykh A.V., Boyko A.N. Distribution of surface charge density at the interface of contacting insulated conductors of cables. Tekhnichna Elektrodynamika. 2014. No 6. Pp. 18–23. (Rus)
Bezprozvannykh A.V., Boyko A.N., Roginsky A.V. The influence of the dielectric barrier on the distribution of the electric field in the high-voltage composite insulation of electric machines. Electrical Engineering & Electromechanics. 2018. No 6. Pp. 63–67. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2018.6.09. (Rus)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2024 Array