納米改性變壓器油中載流子遷移率的研究.pdf

1、納米改性變壓器油，由于其優(yōu)良的導(dǎo)熱和絕緣性能受到廣泛的關(guān)注和研究。針對納米改性變壓器油優(yōu)異的絕緣特性，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量宏觀擊穿性能的研究并提出了相應(yīng)的機(jī)理解釋。但這些機(jī)理解釋都是基于對納米油中載流子遷移特性的仿真或者間接實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，目前，尚缺乏直接的實(shí)驗(yàn)證明。因此，有必要開展納米改性變壓器油中載流子在電場作用下遷移特性的研究，為揭示納米粒子對變壓器油的改性作用提供基礎(chǔ)。
　　載流子遷移率是直接反映載流子遷移特性的參數(shù)，具體包

2、括離子遷移率和電子遷移率。本文采用極性反轉(zhuǎn)法，即對試樣施加直流電壓，經(jīng)歷兩次極性反轉(zhuǎn)過程，通過電流的時變特性，計(jì)算得到純變壓器油和納米改性變壓器油中的離子遷移率值，根據(jù)不同溫度下遷移率數(shù)值獲得試樣中離子躍遷勢壘等參數(shù);采用擊穿時延法，即通過階躍電壓對小間隙、稍不均勻電場下試樣作用時的擊穿截斷時間，分別推算出純凈變壓器油和納米改性變壓器油中電子遷移率的數(shù)值。
　　離子遷移率的研究發(fā)現(xiàn)，在5kV/m～150kV/m場強(qiáng)下，純變壓器油中

3、的離子遷移率不受場強(qiáng)的影響，均約1×10-9m2V-1s-1;變壓器油經(jīng)二氧化鈦和四氧化三鐵納米粒子改性后，油中離子遷移率則隨場強(qiáng)的增大，呈現(xiàn)出非線性降低的趨勢。通過分析油樣勢壘參數(shù)、納米顆粒的尺寸以及油中離子遷移過程的物理建模和數(shù)值仿真，確認(rèn)納米改性變壓器油中的離子遷移率值為1.2～2.5×10-10m2 V-1s-1，與純油相比降低了一個數(shù)量級。
　　電子遷移率研究發(fā)現(xiàn)，純變壓器油中的電子遷移率為1.02×10-7 m2 V-

4、1s-1，試樣中微水含量的增大會顯著降低電子遷移率，而納米顆粒的添加，可以將電子遷移率提高至1.54×10-7m2V-1s-1。通過對比純凈變壓器油和納米改性變壓器油的載流子遷移率數(shù)值，可以發(fā)現(xiàn)納米顆粒降低了變壓器油中的離子遷移率，卻提高了電子遷移率，我們推測這與納米顆粒吸附帶電離子在變壓器油中形成雙電層結(jié)構(gòu)有關(guān)。納米帶電顆粒作為導(dǎo)電介質(zhì)降低了油中離子的遷移率數(shù)值，而其在油中形成的雙電層界面結(jié)構(gòu)則可以提高油中電子的傳輸速率。納米油中載流