纳秒脉冲真空绝缘沿面闪络机理研究

汇总了纳秒脉冲真空绝缘沿面闪络实验研究结果,实验表明,不同电压波形作用下闪络场强存在较大差异.纳秒脉冲闪络场强显著高于其它电压波形.分析认为纳秒脉冲闪络是一个不断向平衡状态逼近的过程,基于电子激励解吸附原理的二次电子崩理论(SEEA)适用于分析纳秒脉冲真空闪络问题.在纳秒脉冲闪络发生的微观过程中,阴极三结合点场致电子发射是真空闪络发生的必要条件,二次电子崩过程是闪络发展的必备环节.闪络过程在绝缘体表面脱附气体层中完成.     

真空绝缘堆的电场仿真

真空绝缘堆是脉冲功率系统的重要部件,承担着绝缘支撑以及不同氛围隔离的重要作用,往往也是整个系统的薄弱环节之一.笔者对真空中绝缘堆的不同绝缘结构进行了电场仿真分析,探讨了金属极板的层数、绝缘层与金属极板的位置、两者的比例、绝缘子的角度、电极嵌入对真空绝缘堆电场分布的影响.仿真结果表明:加入金属极板改变了绝缘子表面的电场分...     

高压气体绝缘输电设备用功能梯度材料研究进展

环氧树脂绝缘子作为高压气体绝缘输电设备的关键部件,其沿面电场分布的均匀度直接影响整个设备乃至电力系统的绝缘水平。为此在传统功能梯度绝缘子研究基础上,提出利用表层功能梯度材料(surface functionally gradedmaterials,SFGM)绝缘子来调控气固界面电场分布,达到提升气固绝缘系统耐电强度的目的。首先对FGM绝缘子的经典制备工艺(如离心法、3D打印和柔性浇注)及其电场调控效果进行简要汇总,然后重点介绍了应用于交直流系统的SFGM绝缘子的工作原理、制备工艺和电场调控效果。利用梯度磁控溅射、梯度氟化、涂覆和离心的手段在绝缘子表层构造介电参数梯度分布,相比于FGM绝缘子,SFGM绝缘子无需改变绝缘子原有的生产工艺和机械性能,方便构造任意表层介电梯度分布。在未来特高压输电工程中,SFGM绝缘子可以进一步提高气体绝缘输电设备的可靠性,且实现推广应用所需的成本更低。     

高梯度绝缘子初步研究及Kapton绝缘性能分析

为发展高梯度绝缘子,介绍了这种新型绝缘子的耐压机理,利用单电子理论对绝缘层厚度进行了初步的定量估计,从材料耐热性能、出气率、介电常数、耐辐射等几个方面对Kapton用于真空高压绝缘的优越性进行了讨论,利用经验公式绘制了Kapton材料的二次电子发射数量随能量的变化关系曲线图,对实际设计微堆层绝缘子具有参考价值。     

真空中典型沿面绝缘结构的电场分析

在高电压作用下,由复合绝缘介质构成的沿面绝缘结构的耐电强度远低于其绝缘材料自身的击穿场强,这一现象与其电场的分布特点密切相关。笔者针对真空中平行平板、平面和棒-板电极系统等多种典型沿面绝缘结构的电场分布进行了仿真计算,探讨了电极-介质结合处的间隙、圆台形绝缘子的圆锥角角度、平面电极的高度以及绝缘子介电常数等因素对电场分布的影响。仿真结果表明,接触间隙的存在导致局部电场的加强和电场方向的变化,间隙宽度越大、高度越小,间隙处电场畸变越大;圆锥角越大,绝缘子的介电常数越大,场强畸变也越大。该分析结果有利于真空中沿面绝缘结构的设计。     

真空绝缘沿面闪络特性实验研究现状

文中系统总结了目前高压真空绝缘闪络特性的实验研究成果,具体阐述了几种典型实验模型及研究方法,以及几种重要物理因素,即绝缘材料介电常数、绝缘体几何形状及长度、施加电场波形、绝缘体表面处理、绝缘体几何面积、绝缘体预放电处理、磁场作用、多层高梯度绝缘技术等等,对真空绝缘闪络特性的影响。     

二极管的径向绝缘设计及阴极特性研究

介绍了二极管真空绝缘中真空沿面闪络的理论、绝缘结构设计的要点以及沿面闪络域值的估算方法,提出了二极管结构优化设计的思路和方法,通过数值计算对二极管的径向绝缘结构进行了设计优化,一方面降低了三相点的电场强度和绝缘体沿面电场强度,另一方面提高了绝缘体表面的沿面击穿场强。实验结果表明,优化后的二极管绝缘结构满足设计指标,在正常工作电压下未发生击穿现象,并进一步对天鹅绒阴极二极管发射电流的幅值特性和脉宽特性进行了初步研究。     

中压开关设备复合绝缘及固体绝缘技术研究

针对中压开关设备产品在小型化过程中产品绝缘距离存在安全隐患的情况,研究了绝缘层外表面接地以及不同高压绝缘介质不同厚度对电场分布的影响,建立了数学模型,并采用电场有限元Infolytica Elec Net软件进行电场仿真。试验结果证明,使三相高压设备的单相高压导体外绝缘表面接地或合理设计多介质的不同厚度可以降低三相设备相间或对地的安全绝缘距离,达到了设计要求。     

冲击电压作用下真空间隙的绝缘特性研究

研究了真空间隙在标准雷电冲击电压作用下的绝缘特性,分析了击穿放电能量和加压时间间隔等因素对真空间隙伏秒特性的影响。     

真空绝缘子结构优化设计的理论和方法

根据二次电子发射崩(SEEA)理论,综述了真空绝缘子的绝缘介质材料、几何形状和电极结构对绝缘子沿面闪络的影响和机理过程,以及从这三方面优化设计真空绝缘子以提高其沿面闪络电压的方法。     

基于电子激励解吸附原理的二次电子崩假说

系统阐述了基于电子激励解吸附原理的二次电子崩假说的核心论点,即绝缘体表层气体解吸附是导致闪络发生的关键,分析了假说中的阴极三结合点场致电子发射、二次电子崩产生、二次电子发射系数δ、绝缘体表面电荷、绝缘体表面气体解吸附等因素在闪络过程中的作用。     

真空中绝缘子闪络前表面带电现象的仿真研究

真空中绝缘子发生沿面闪络之前存在绝缘子表面的带电现象,该现象对闪络的发展具有重要影响,到目前为止对该现象进行实时测量还存在很大的难度。基于二次电子发射雪崩(secondary electron emission avalanche,SEEA)模型,利用Monte Carlo法研究了真空中圆柱型和圆台型绝缘子在闪络前表面电荷密度的二维分布。仿真中采用了氧化铝陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等不同绝缘材料。考察了绝缘材料、施加电压以及圆锥绝缘子不同锥角对表面电荷密度和分布的影响。仿真结果表明,在靠近阴极处的绝缘子表面存在小区域的负电荷区,而后变为较大区域的正电荷区;二次电子发射系数较小的绝缘子表面的正电荷密度较小;随外施电压升高,负电荷的密度及区域减小,而正电荷的密度及区域增大,且正电荷区域的峰值向靠近阴极方向移动;圆台绝缘子的锥角为负时其表面正电荷密度大于锥角为正时的情况,当锥角在-22.5°~-30°之间时表面正电荷密度达到最大,而此时对应的闪络电压最低。仿真结果与实验结果有较好的对应关系。     

表面粗糙度对绝缘材料真空闪络特性的影响

在高电场作用下,在真空、气体或液体介质中常常会发生沿固体绝缘表面的破坏性放电现象,即表面闪络,而发生闪络的电压往往远低于固体和氛围介质本身的击穿电压,其中尤以真空中的闪络现象最为严重.本文针对真空条件下PTFE和可加工陶瓷在冲击电压下的沿面闪络现象进行了观测和研究.发现改变绝缘材料粗糙度对其闪络特性有明显的影响,并对这些现象进行合理解释.     

高速列车车顶绝缘子的研究进展

高速列车车顶绝缘子是车顶高压设备的机械支撑部件,同时实现接触网与车顶的高压电气隔离,车顶绝缘子闪络将会导致列车供电中断甚至停运。由于中国高铁运行环境的特殊性和严酷性,在高铁运营初期由车顶绝缘子闪络而引起的事故频发,严重影响了高铁的安全运行。随着对相关科学问题研究的持续深入,车顶绝缘子闪络而导致的事故大大减少,但是还未从根本上解决此类问题。综述了高速列车车顶绝缘子在材料与结构、高速气流和污秽条件下的积污闪络特性、强风沙条件下的闪络特性、绝缘状态在线监测、老化试验方法及老化试验平台等方面的研究进展,并对今后的研究工作重点提出了展望。     

高压瓷质绝缘子电场逆问题的研究及其应用

逆问题在实际工程中有着广泛应用,绝缘子电场逆问题的解可用来检测劣质绝缘子。对于三相高压瓷质绝缘子组成的系统,根据系统的尺寸、位置等参数和模拟电荷法的基本原理建立等效模型,并建市系统逆问题方程,根据测量点 (对于110kV,每相需要3个测量点)的电场强度,利用对分法和最小二乘法求解逆问题的近似解,即匹配点的电位矩阵,然后通过数据拟合、插值计算,得到绝缘子串的电位分布,将其与绝缘子串的标准电位分布值比较,就可判断有无劣质绝缘子及其位置,最后分析了在非接触式电场测量法中杆塔对电场分布的影响。     

多层均压结构可加工陶瓷真空沿面耐电特性的实验与仿真研究

真空中沿固体绝缘材料表面的闪络电压通常远低于绝缘材料自身及相同长度真空间隙的击穿电压,这一现象极大地限制了高压真空设备的发展。将一种具有优良可加工性能和良好耐电性能的可加工陶瓷引入真空绝缘领域,结合工程实际中的绝缘堆结构,加工制作了多层均压结构;在纳秒脉冲电压下对不同多层均压结构的样品进行了真空沿面耐电性能的测试,并分析了不同均压结构对样品沿面电场和电子运动轨迹的影响。结果表明：多层均压结构样品的耐压强度要高于圆柱形样品,且其闪络场强随着绝缘层与金属层比例的增大有增大的趋势,径向电场随该比例的增大而减小;使用圆台形绝缘子组成多层均压绝缘结构时,电子难以与样品表面发生碰撞,闪络的稳定性得到了一定程度的提高。     

新型可加工陶瓷真空中冲击闪络特性的研究

为了克服氧化铝陶瓷存在加工难度及脆性大等缺点,研制成功了一种新型低熔点可加工微晶玻璃陶瓷,它具有良好的力学、热学和可加工性能,但需进一步了解其电气性能。因此,测量了这种新型陶瓷的介电特性;考察了其在真空中脉冲电压下的沿面耐电特性;对比分析了氧化铝陶瓷和可加工陶瓷的表面耐电性能及不同添加剂成分与不同比例的添加剂对可加工陶瓷表面耐电性能的影响。结果发现,这种可加工陶瓷符合电工陶瓷的标准,其表面耐电性能优于氧化铝陶瓷,可替代现有的陶瓷材料,并获得了较好的配方设计。