絕緣材料擊穿電壓研究所存在的問題

絕緣特性研究所存在的問題

1、擊穿機(jī)理不清晰

對(duì)聚合物的動(dòng)態(tài)擊穿過程仍缺乏深入認(rèn)知，目前大部分學(xué)者仍是針對(duì)擊穿前后的聚合物狀態(tài)進(jìn)行研究，擊穿瞬間的空間電荷、電導(dǎo)、陷阱以及自由體積等各項(xiàng)參數(shù)的變化及其相互間的耦合關(guān)系仍需要進(jìn)一步探索，且各項(xiàng)參數(shù)與絕緣擊穿電壓仍停留在定性分析階段，如何從定性分析轉(zhuǎn)向定量分析，是學(xué)者們需要關(guān)注的重點(diǎn)問題。

2、反映絕緣特性的表征手段不足

如何準(zhǔn)確表征在復(fù)雜環(huán)境下絕緣材料特征參數(shù)，如擊穿瞬間聚合物本征參數(shù)的變化，也是學(xué)者們需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。目前關(guān)于聚合物的一些重要參數(shù)，如陷阱、空間電荷等的傳統(tǒng)測(cè)試手段已經(jīng)不能滿足學(xué)者們的研究需求，在不同溫度、不同應(yīng)力，甚至在電力設(shè)備運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)對(duì)各參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)試與表征，是制約我們深入研究聚合物擊穿機(jī)制的一大難題。

3、缺乏在特殊工況下的應(yīng)用研究

目前，研究者們對(duì)聚合物絕緣擊穿電壓的研究大多集中于本征特性，缺乏對(duì)外部因素如高溫、高濕度、高鹽霧以及機(jī)械作用力等復(fù)雜工況的考量，以至于新型材料始終停留在實(shí)驗(yàn)室階段，得不到大范圍推廣。電力設(shè)備在運(yùn)行過程中往往會(huì)受到復(fù)雜的環(huán)境作用力，如何在環(huán)境與內(nèi)部因素協(xié)同作用下，實(shí)現(xiàn)絕緣強(qiáng)度的穩(wěn)定提升仍需要進(jìn)一步深入研究。

4、結(jié)論與展望

通過對(duì)上述研究現(xiàn)狀的分析，目前新型強(qiáng)絕緣聚酰亞胺復(fù)合電介質(zhì)材料的研究工作已取得了很大進(jìn)展，但大部分仍以犧牲某種性能為代價(jià)，無法做到在平衡各方面性能的同時(shí)強(qiáng)化其絕緣特性，距離實(shí)際應(yīng)用仍有一定差距。尤其是新型電力系統(tǒng)的建設(shè)需要高比例新能源的接入，部分電氣設(shè)備需要在高海拔地區(qū)、海洋地區(qū)以及沙漠地區(qū)等特殊環(huán)境下運(yùn)行，承受惡劣的環(huán)境應(yīng)力。另一方面，大量電力電子器件和大規(guī)模儲(chǔ)能裝置的接入也使得電氣設(shè)備的運(yùn)行工況愈加復(fù)雜，對(duì)高壓電氣設(shè)備的絕緣系統(tǒng)提出了更高的要求。因此，筆者認(rèn)為，未來新型強(qiáng)絕緣聚酰亞胺電介質(zhì)材料的發(fā)展需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1）繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)聚合物擊穿機(jī)制的探索，在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上，考慮復(fù)雜工況疊加的影響，完善不同場(chǎng)景下的擊穿模型。

2）重視數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，通過分子模擬可先行得出分子鏈介電、導(dǎo)熱等信息；通過有限元仿真則可計(jì)算出電場(chǎng)、熱場(chǎng)分布，以模擬仿真指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，可節(jié)省大量時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本，且更有助于我們對(duì)聚合物微觀參數(shù)的理解。

3）開發(fā)環(huán)境友好型聚酰亞胺電介質(zhì)材料，保證強(qiáng)絕緣的同時(shí)實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)、可回收性能。

4）加強(qiáng)對(duì)聚酰亞胺電介質(zhì)材料長(zhǎng)期環(huán)境耐受性、老化性能的研究，探明其在多物理場(chǎng)下的劣化機(jī)制，可有利于新型聚酰亞胺電介質(zhì)材料的大范圍推廣應(yīng)用。