超導(dǎo)直流電纜低溫絕緣材料的研究進(jìn)展

桑文舉，滕玉平，張 東，陳曉剛，邱清泉，張國(guó)民，肖立業(yè)

（1.中國(guó)科學(xué)院電工研究所，北京 100190；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國(guó)科學(xué)院應(yīng)用超導(dǎo)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；4.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江 杭州 310007）

0 引言

高溫超導(dǎo)(HTS)電纜導(dǎo)體選用近似零電阻、高電流密度的超導(dǎo)材料，具有損耗低、傳輸容量大的特點(diǎn)，是解決電網(wǎng)損耗突出、提高輸電容量的有效途徑[1-2]。HTS交流電纜的輸送容量是同電壓等級(jí)常規(guī)直流電纜的4～6倍，HTS直流電纜的輸送容量是同電壓等級(jí)常規(guī)直流電纜的2～10倍[3-4]，兩者相比，HTS直流電纜優(yōu)勢(shì)明顯。HTS直流電纜正常運(yùn)行時(shí)，其絕緣中只有電導(dǎo)損耗，沒(méi)有高壓交流傳輸時(shí)的介質(zhì)損耗。因此，在進(jìn)行絕緣材料選型時(shí)，電氣性能方面主要考慮其在直流電壓、直流疊加脈沖電壓下的電氣強(qiáng)度，而介質(zhì)損耗因數(shù)不再是關(guān)鍵影響因素；力學(xué)性能方面主要考察絕緣材料在低溫下的應(yīng)力、彈性模量等。隨著近年來(lái)新能源的大量引入、交直流換流器性能的改進(jìn)和價(jià)格的降低，HTS直流電纜的應(yīng)用需求量有望超過(guò)HTS交流電纜[5-7]。

低溫絕緣是HTS直流電纜穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵保障。直流電纜的電場(chǎng)分布不同于交流電纜，通電起始時(shí)刻，電場(chǎng)強(qiáng)度與介電常數(shù)成反比分布；穩(wěn)態(tài)時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度與電導(dǎo)率成反比分布。直流電壓下聚合物絕緣材料容易發(fā)生極化，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，絕緣體內(nèi)會(huì)逐漸聚集空間電荷，導(dǎo)致局部電場(chǎng)畸變，有可能造成絕緣老化、性能下降甚至絕緣擊穿。因此，對(duì)HTS直流電纜絕緣材料在液氮溫區(qū)直流高壓下的電導(dǎo)率、介電常數(shù)等電氣性能及力學(xué)性能的研究尤為關(guān)鍵。

本文在查閱大量文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，從直流電壓下絕緣材料的電場(chǎng)分布規(guī)律入手，分析直流電纜中電場(chǎng)的分布特點(diǎn)，介紹HTS直流電纜的結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)綜述低溫絕緣結(jié)構(gòu)HTS直流電纜絕緣材料的研究進(jìn)展及存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)等，以期為HTS直流電纜的選型提供參考。

1 直流電場(chǎng)下絕緣介質(zhì)中的電場(chǎng)特點(diǎn)

恒定電場(chǎng)作用下，由于電極電荷的注入、介質(zhì)中偶極子的取向和介質(zhì)內(nèi)部基團(tuán)的解離，陷阱電荷開(kāi)始產(chǎn)生并形成介質(zhì)內(nèi)部的空間電荷。根據(jù)麥克斯韋方程組，介質(zhì)中的空間電荷密度（ρ）和電場(chǎng)強(qiáng)度()滿(mǎn)足式（1）所示關(guān)系。

式（1）中：表示電位移；ε表示介質(zhì)的絕對(duì)介電常數(shù)。

恒定電場(chǎng)下，穩(wěn)態(tài)電流為恒定值，電導(dǎo)電流()與電場(chǎng)強(qiáng)度()存在式（2）所示關(guān)系[8]。

式（2）中：γ是介質(zhì)電導(dǎo)率。

介質(zhì)中的空間電荷密度可表示為式（3）。

恒定電場(chǎng)下，根據(jù)電通量定理，介質(zhì)中的電流連續(xù)，存在式（4）～（5）所示關(guān)系。

對(duì)于聚合物，其電導(dǎo)率與溫度、電場(chǎng)存在式（6）所示關(guān)系[9]。

式（6）中：q為單位電荷量，其值為1.6×10-19C；k為玻爾茲曼常數(shù)；T為絕緣介質(zhì)溫度。

可見(jiàn)恒定電場(chǎng)下的介質(zhì)電導(dǎo)率不僅與溫度有關(guān)，而且與所加電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。

2 常規(guī)直流電纜絕緣介質(zhì)

早期常規(guī)直流電纜主要包括充油電纜和浸漬紙絕緣電纜，隨著有機(jī)聚合物材料如交流聚乙烯（XLPE）等的發(fā)展，充油電纜逐漸被以XLPE絕緣直流電纜為代表的聚合物擠包固體絕緣電纜替代[10]。

根據(jù)固體電介質(zhì)能帶理論[11]，由于聚合物材料的禁帶寬、導(dǎo)帶窄[12]，載流子在禁帶中傳導(dǎo)困難，只能在導(dǎo)帶與價(jià)帶中傳導(dǎo)[13]，在恒定電場(chǎng)下極易產(chǎn)生空間電荷積聚，進(jìn)而導(dǎo)致局部電場(chǎng)畸變，嚴(yán)重時(shí)甚至引起絕緣擊穿，這是聚合物擠包絕緣用于直流電纜時(shí)存在的一個(gè)突出問(wèn)題。

聚合物絕緣用于直流電纜的另一個(gè)顯著缺陷是最大電場(chǎng)轉(zhuǎn)移問(wèn)題。在雷電沖擊或操作沖擊電壓等暫態(tài)情況下，其電場(chǎng)按介電常數(shù)(ε)分配。直流電場(chǎng)下，空載或者恒定溫度時(shí)，主絕緣介質(zhì)中的電場(chǎng)按E=U/rln(R/r)分布，其中r表示導(dǎo)體半徑，R表示絕緣層半徑，U表示絕緣層承受電壓，最大電場(chǎng)強(qiáng)度分布于導(dǎo)體表面；隨著半徑的增大，電場(chǎng)強(qiáng)度減小，絕緣表面的電場(chǎng)強(qiáng)度最小。負(fù)載時(shí)，根據(jù)式（6）可知，隨著載荷的增大，溫度上升，電導(dǎo)率變大，電導(dǎo)率最大可增大3個(gè)數(shù)量級(jí)[14]，最大電場(chǎng)可能轉(zhuǎn)移至絕緣表面[15]，而在超導(dǎo)電纜中，溫度變化通常在10 K之內(nèi)，甚至更小，溫度變化可以忽略。

3 HTS直流電纜基本結(jié)構(gòu)

HTS直流電纜和HTS交流電纜結(jié)構(gòu)類(lèi)似，從絕緣結(jié)構(gòu)方面，可以分為熱介質(zhì)絕緣HTS電纜和低溫介質(zhì)絕緣HTS電纜[16]，兩種HTS直流電纜的基本結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示[17]。

由于固體絕緣在低溫下的內(nèi)部應(yīng)力易引起開(kāi)裂問(wèn)題，低溫絕緣結(jié)構(gòu)HTS直流電纜無(wú)法采用超過(guò)一定厚度的固體絕緣結(jié)構(gòu)，只能采用絕緣薄膜繞包結(jié)構(gòu)。薄膜繞包結(jié)構(gòu)在層與層之間存在間隙，當(dāng)絕緣層浸漬在液氮中時(shí)，液氮滲入絕緣層間隙，構(gòu)成固-液復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)。

圖1 熱介質(zhì)絕緣HTS直流電纜Fig.1 Warm dielectric insulated HTS DC cable

圖2 低溫介質(zhì)絕緣HTS直流電纜Fig.2 Cold dielectric insulated HTS DC cable

根據(jù)前述麥克斯韋方程可知，HTS直流電纜通電瞬間，電場(chǎng)強(qiáng)度與介電常數(shù)成反比分布，有ε1·E1=ε2·E2，液氮的相對(duì)介電常數(shù)(ε=1.43)遠(yuǎn)大于空氣，而薄膜的相對(duì)介電常數(shù)通常在2.5左右，例如纖維素紙的介電常數(shù)為2.21，這就使得液氮和薄膜絕緣層分界面上的電場(chǎng)突變減小，有利于減少局部放電；當(dāng)HTS直流電纜穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度與電導(dǎo)率成反比分布，液氮的電導(dǎo)率為2×10-14S/m，絕緣薄膜的電導(dǎo)率通常在10-14S/m左右，例如牛皮紙的電導(dǎo)率為2.44×10-14S/m，兩者的電導(dǎo)率接近，邊界處電場(chǎng)突變小，因此有利于電場(chǎng)均勻分布。

根據(jù)物理學(xué)知識(shí)，分子能量分布符合式（7）所示玻爾茲曼分布函數(shù)[18]。

式（7）中：A為常數(shù)；k為玻爾茲曼常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；u為分子能量。

由式（7）可知，分子能量按指數(shù)函數(shù)分布，分子能量和溫度呈正相關(guān)，液氮環(huán)境中，絕緣材料分子的熱運(yùn)動(dòng)隨溫度降低呈指數(shù)關(guān)系衰減，根據(jù)固體擊穿電子崩理論[19]，絕緣薄膜中二次電子的產(chǎn)生概率降低，不利于電子倍增的形成，提高了絕緣介質(zhì)的電氣強(qiáng)度。

另外，對(duì)于固-液復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，鄭重等[20]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液氮垂直于放電方向流動(dòng)時(shí)，即使流速非常小（5.5 mm/s)，也可將放電產(chǎn)生的氣泡帶走，阻礙放電通道的進(jìn)一步形成，進(jìn)而減小放電過(guò)程中的放電量、放電重復(fù)率。其中，放電的放電量與放電重復(fù)率都減小了約1個(gè)數(shù)量級(jí)，極大地抑制了局部放電的產(chǎn)生與發(fā)展。

4 HTS直流電纜用低溫絕緣材料

4.1 聚丙烯層壓紙

聚丙烯層壓紙(PPLP)是日本住友公司開(kāi)發(fā)的以多孔紙漿材料、聚丙烯薄膜為原料壓制而成的絕緣材料。PPLP具有較高的電氣強(qiáng)度、較低的介質(zhì)損耗、良好的浸漬性能，且在-196℃條件下仍具有較好的力學(xué)性能，是目前低溫絕緣超導(dǎo)電纜中最常用的絕緣材料。PPLP在液氮溫度下的體積電阻率為2.9×1016Ω·cm，W J KIM等[21]研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的上升，PPLP的體積電阻率下降，300 K時(shí)體積電阻率為1014Ω·cm，充電時(shí)間對(duì)PPLP空間電荷聚集的影響不大，直流電壓下PPLP的壽命指數(shù)高于交流電壓下的壽命指數(shù)。液氮溫度下PPLP的介電常數(shù)為2.21，介質(zhì)損耗因數(shù)為8×10-4，直流擊穿強(qiáng)度為113.85 kV/mm，其中直流擊穿強(qiáng)度比工頻擊穿強(qiáng)度高50%左右[22]。

PPLP的擊穿強(qiáng)度與液氮壓力、PPLP層數(shù)、低溫拉伸應(yīng)力等多個(gè)因素有關(guān)，S H KIM等[23]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，和交流電壓下的情況類(lèi)似，直流高壓下PPLP絕緣紙樣品的擊穿強(qiáng)度隨著液氮壓強(qiáng)的增大而增大，在液氮壓強(qiáng)為0.3 MPa時(shí)達(dá)到峰值，最大正極性擊穿強(qiáng)度為120 kV/mm，最大負(fù)極性擊穿強(qiáng)度為130 kV/mm。用2 kV/s的直流步進(jìn)電壓對(duì)厚度為120 μm、層疊率為30%的PPLP材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著PPLP層數(shù)的增加，直流擊穿強(qiáng)度減小，當(dāng)厚度大于1.43 mm時(shí)，隨著厚度的增加，直流擊穿強(qiáng)度減小的速度變緩，逐漸趨于飽和[24]。另有研究表明[25]，在液氮中，隨著拉應(yīng)力的增加，PPLP材料的絕緣強(qiáng)度略有下降，但總體下降幅度較小。因此，PPLP是一種適用于液氮環(huán)境的良好繞包絕緣材料。目前業(yè)內(nèi)通過(guò)化學(xué)改性來(lái)改善PPLP空間電荷特性的研究較少，DU B X等[26]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)PPLP進(jìn)行表面氟化改性處理，能顯著減小陷阱的深度，抑制空間電荷的積聚。

PPLP為日本住友公司的專(zhuān)利產(chǎn)品，目前有小批量的研究應(yīng)用，但隨著超導(dǎo)電纜的實(shí)用化進(jìn)程加快，知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題將成為影響PPLP工業(yè)化應(yīng)用的一個(gè)重要制約因素。

4.2 聚酰亞胺

聚酰亞胺(PI)的介電常數(shù)為3.0～3.2，電阻率為2.0×1017Ω?cm，0.1%直流擊穿強(qiáng)度為380 kV/mm，是交流擊穿強(qiáng)度的1.9倍。J K SEONG等[27]研究發(fā)現(xiàn)，PI在均勻電場(chǎng)下的直流擊穿強(qiáng)度比非均勻強(qiáng)度下的直流擊穿強(qiáng)度高不到5%。直流擊穿強(qiáng)度數(shù)據(jù)分散性較小，其絕緣性能較穩(wěn)定；溫度下降，PI薄膜的擊穿強(qiáng)度顯著提高[28]。

沖擊電壓下，液氮中PI薄膜的擊穿強(qiáng)度變化規(guī)律和PPLP類(lèi)似，隨著拉伸應(yīng)力的增大而減小，但減小幅度很小。直流電壓作用下，液氮中PI薄膜在拉伸狀態(tài)下的擊穿強(qiáng)度隨著拉力的增加先增大后減小，但是變化不明顯，變化幅度明顯小于PPLP[29-30]。說(shuō)明PI對(duì)拉伸應(yīng)力的適應(yīng)能力優(yōu)于PPLP，是一種適用于液氮環(huán)境的良好繞包絕緣材料。

PI的絕緣性能優(yōu)異，但其低溫冷縮系數(shù)高于導(dǎo)體材料，李艷等[31]利用溶膠-凝膠法在PI體系中引入納米SiO2，提高材料常溫下的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)低溫（77 K）下雜化PI薄膜的拉伸強(qiáng)度隨著SiO2含量的增加而增加，在SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)達(dá)到最大值；在低溫條件下雜化PI薄膜的拉伸強(qiáng)度明顯高于室溫條件下，但其斷裂伸長(zhǎng)率相比室溫條件下明顯降低。李元慶等[32]研究發(fā)現(xiàn)液氮低溫環(huán)境下，隨著納米摻雜物含量的增加，PI/蒙脫土(MMT)復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度先增大后減小。劉志凱等[33]研究發(fā)現(xiàn)，液氮環(huán)境下，摻雜無(wú)機(jī)片狀納米材料的100CR型PI薄膜的直流擊穿強(qiáng)度為451.1 kV/mm，摻雜納米材料的100HN型PI薄膜的直流擊穿強(qiáng)度為422.9 kV/mm，均是純聚酰亞胺薄膜的1.1倍左右，說(shuō)明納米粒子的摻雜降低了材料中載流子的遷移率。PI具有較好的耐電暈性能，但是還不能滿(mǎn)足實(shí)際的應(yīng)用要求，M KATZ等[34]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)PI進(jìn)行納米摻雜可以明顯改善其耐電暈老化性能，但是對(duì)于改善機(jī)理尚不明確。王曉琳[35]制備了PI/SiO2-A12O3復(fù)合薄膜并對(duì)其性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，復(fù)合薄膜的耐電暈時(shí)間為26.4 h，為PI薄膜的14倍。DU Boxue等[36]對(duì)PI薄膜進(jìn)行氟化改性，發(fā)現(xiàn)隨著氟化時(shí)間的增加，薄膜的電阻變大，當(dāng)氟化時(shí)間超過(guò)45 min時(shí)，電阻減小。

電暈放電對(duì)PI薄膜的破壞，引起的微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化以及表面形貌的演化過(guò)程已有大量研究[37]，但PI薄膜發(fā)生電暈老化擊穿時(shí)擊穿位置的分布規(guī)律以及原因卻鮮有報(bào)道，有待于進(jìn)一步研究。綜上，納米摻雜改性是當(dāng)前PI材料的研究熱點(diǎn)。

4.3 Nomex紙

Nomex紙是以聚間苯二甲酰間苯二胺短纖維和漿粕纖維為原料，通過(guò)濕法抄紙、干燥熱軋制得，具有優(yōu)異的電氣性能和力學(xué)性能，耐局部放電性能優(yōu)良。Nomex紙的起始放電電壓低而閃絡(luò)擊穿電壓高，這是由于其表面電阻較大，一方面有利于電場(chǎng)集中，使放電容易發(fā)生；另一方面由于大量電荷堆積，對(duì)放電發(fā)展有阻礙作用，使其閃絡(luò)電壓升高[19]。在液氮溫度下，Nomex紙的介電常數(shù)為3.1，介質(zhì)損耗因數(shù)為1.0×10-3，0.08 mm厚的Nomex紙脈沖擊穿強(qiáng)度為150 kV/mm[38]，直流擊穿強(qiáng)度為238.55 kV/mm[39]，直流擊穿電壓高于交流擊穿電壓，表現(xiàn)出良好的電氣性能。液氮溫度下的絕緣性能比常溫下有數(shù)倍的提升?？傮w而言，Nomex紙具有良好的耐高、低溫性能，在液氮溫度下能保持良好的柔軟性和更高的絕緣性能。我國(guó)自主生產(chǎn)的間位芳綸絕緣紙（芳綸1313）生產(chǎn)技術(shù)基本成熟，但在均勻性和機(jī)械強(qiáng)度方面尚有不足[40]。吳振升等[41]研究表明，常溫下Nomex絕緣紙內(nèi)部空間電荷的注入量明顯低于Kraft絕緣紙，但Kraft絕緣紙的電荷消散速率和遷移率大于Nomex絕緣紙。上述研究對(duì)Nomex紙的力學(xué)性能、電氣性能進(jìn)行了報(bào)道，但是在低溫（77 K）直流下，Nomex紙的空間電荷積累、分布、遷移等對(duì)其擊穿強(qiáng)度影響的研究未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。2013年，杜邦公司推出了纖維素與芳綸混合編織的Nomex T910紙，其兼具優(yōu)良的理化性能和高耐熱性以及高經(jīng)濟(jì)性，作為新型耐高溫絕緣紙，T910紙的性能還有待在實(shí)際應(yīng)用中確認(rèn)。

目前，Nomex紙作為潛在的HTS直流電纜的絕緣備選材料，尚無(wú)實(shí)際應(yīng)用先例，其在低溫下的電氣、力學(xué)性能仍待進(jìn)一步研究。

4.4 纖維素紙

纖維素紙具有較好的浸漬性，在溫度為77 K的液氮浸漬條件下，其相對(duì)介電常數(shù)為2.21，介質(zhì)損耗因數(shù)為1.4×10-3，體積電導(dǎo)率為2.44×10-14S/m。隨著纖維素紙密度的增大，其體積電阻率減小，對(duì)于厚度為0.1 mm、密度為0.85 g/cm3的纖維素紙，其在球-板電極下的正極性直流擊穿強(qiáng)度為200 kV/mm。T KAWASHIMAL等[42]對(duì)纖維素紙進(jìn)行負(fù)極性直流電壓預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理前后纖維素紙的擊穿強(qiáng)度基本一致。K IK-SOO等[43]研究發(fā)現(xiàn)，液氮下纖維素紙的直流擊穿強(qiáng)度不隨纖維素紙層數(shù)的增加而增加，相同電場(chǎng)強(qiáng)度下，單層和多層纖維素紙的電導(dǎo)率一致。S HOLé等[44]研究發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到30 kV/mm時(shí)，纖維素紙的空間電荷積累情況和PPLP基本沒(méi)有區(qū)別。

廖瑞金等[45-47]利用納米Al2O3及納米ZnO對(duì)纖維素紙進(jìn)行改性處理，發(fā)現(xiàn)納米改性絕緣紙能有效地抑制空間電荷注入及積累，使得內(nèi)部電場(chǎng)分布更加均勻；當(dāng)納米Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，纖維素紙的空間電荷具有難聚集、快消散的特點(diǎn)。因此，通過(guò)無(wú)機(jī)納米顆粒填充改性，改善纖維素紙?jiān)谥绷麟妶?chǎng)下的空間電荷積累問(wèn)題，是絕緣材料的一個(gè)重要研究方向。他們還發(fā)現(xiàn)納米Al2O3摻雜可以提升纖維素絕緣紙的抗張強(qiáng)度等力學(xué)性能并改善其介電性能。此外，采用蒙脫土改性的絕緣紙擊穿電壓升高，其納米復(fù)合作用可能會(huì)阻擋電樹(shù)枝的發(fā)展[48]。但上述納米改性纖維素紙的電氣性能和力學(xué)性能測(cè)試均是常溫下進(jìn)行的，在液氮溫區(qū)的電氣性能、力學(xué)性能情況未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

此外，低溫薄膜絕緣材料還包括如聚酯薄膜、聚四氟乙烯薄膜等，常用于超導(dǎo)磁體或電機(jī)的匝間絕緣材料，對(duì)于其應(yīng)用于HTS直流電纜的可行性，本文未做深入探討。

綜上，對(duì)低溫薄膜絕緣材料進(jìn)行納米復(fù)合改性和氟化處理，改善其耐局部放電性能和電氣強(qiáng)度是低溫絕緣材料的研究熱點(diǎn)和重要方向[49]。關(guān)于低溫下空間電荷的產(chǎn)生、聚集、輸運(yùn)、消散等對(duì)材料絕緣性能的影響及規(guī)律性研究還處于材料研究階段，對(duì)其應(yīng)用于超導(dǎo)電力裝置后的空間電荷特性有待進(jìn)一步研究。

4.5 液氮

液氮作為冷卻介質(zhì)，同時(shí)也作為絕緣介質(zhì)，介電常數(shù)為1.43，電導(dǎo)率為2×10-14S/m。文獻(xiàn)[50-52]研究發(fā)現(xiàn)，在直徑為10 mm的不銹鋼球形電極下，間隙為0.3 mm，溫度為77 K時(shí)，液氮的直流擊穿強(qiáng)度為67 kV/mm，直流擊穿電壓明顯高于交流擊穿電壓，液氮的電氣強(qiáng)度隨著液氮壓力的升高而增大，直流擊穿強(qiáng)度隨著電極間距的增加而線(xiàn)性增大；液氮的電氣強(qiáng)度和所采用的電極材料有關(guān)，用鋼和不銹鋼做電極時(shí)其電氣強(qiáng)度大，而用軟的金屬材料如銅、鋁做電極時(shí)，其電氣強(qiáng)度最?。徽龢O性擊穿電壓高于負(fù)極性擊穿電壓。

低溫交流電壓下，含有氣泡的液氮存在體積效應(yīng)，擊穿強(qiáng)度小于本征擊穿強(qiáng)度，體積效應(yīng)隨電極距離的增大而減弱，當(dāng)電極距離增大至一定值時(shí)，擊穿強(qiáng)度和本征擊穿強(qiáng)度基本一致[53]，但對(duì)于含有氣泡的工業(yè)液氮的低溫直流擊穿特性未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）低溫絕緣HTS直流電纜是HTS電力電纜的發(fā)展方向，低溫絕緣結(jié)構(gòu)HTS直流電纜的本體絕緣可以選擇液氮浸漬絕緣薄膜的繞包復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)；對(duì)低溫絕緣材料進(jìn)行納米復(fù)合改性和氟化處理，改善其耐電暈性能、耐局部放電性能，提高其電氣強(qiáng)度是低溫絕緣材料的研究熱點(diǎn)和重要發(fā)展方向。

（2）HTS電纜絕緣薄膜材料中，PPLP是最常用的絕緣材料，雖然目前對(duì)其低溫電氣性能已經(jīng)有了一定的研究，但工業(yè)化應(yīng)用存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)障礙。

（3）以聚酰亞胺為基體的雜化改性和對(duì)PI材料的氟化處理是現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)，可以顯著提升薄膜的電氣性能和力學(xué)性能；纖維素紙用于HTS直流電纜可獲得更優(yōu)異的綜合性能，高電場(chǎng)強(qiáng)度下，纖維素紙的應(yīng)用前景更為廣闊。