直流真空断路器弧后介质恢复特性影响因素分析

直流真空断路器采用人工过零的方式实现故障开断,是当前直流系统兼具经济性与可靠性的控保方式之一,其弧后介质恢复特性是判定故障开断成功与否的关键条件。为探究直流真空断路器电磁与机电参数耦合作用下介质恢复特性的影响因素,本文基于连续过渡模型、能量守恒定律和电荷守恒定律,建立了零区带电粒子数密度计算模型,研究了触头型面参数和零前电流下降率影响下的零区带电粒子数密度分布;通过搭建12 kV直流真空断路器配永磁斥力机构运动特性测试平台,实验测得机构位移-时间特性曲线,研究了短路开断电流、零前电流下降率和换流投入时刻影响下的零区极间距分布。在此基础上,基于漂移扩散方程、Maxwell-Stefan方程和泊松方程,建立了弧后鞘层发展模型,以求得电磁与机电参数影响下的电场强度最大值;并与零区金属蒸气压和短路开断电流影响下的临界击穿电场强度进行对比分析,进而评估不同换流投入时刻、零前电流下降率、暂态电压上升率、触头直径下的弧后介质恢复强度。此外,求得了直流真空断路器可靠开断时零前电流下降率和换流投入时刻的极限安全域,以及电磁与机电参数耦合作用下的最小安全间隙与开断电流极限,为设计满足可靠开断要求的直流真空断路器灭弧系统结构参数与换流参数群组提供解决方案。     

具有高电流增益-击穿电压优值的新型应变Si/SiGe HBT

为了改善器件的高压大电流处理能力,利用SILVACOTCAD建立了应变Si/SiGe HBT模型,分析了虚拟衬底设计对电流增益的影响.虚拟衬底可在保持基区-集电区界面应力不变的情况下实现基区Ge组分的高掺杂,进而增大电流增益.但器件的击穿电压仍然较低,不利于输出功率的提高和系统信噪比的改善.考虑到集电区设计对电流增益影响不大但与器件击穿电压密切相关,在采用虚拟衬底结构的同时,对器件的集电区进行选择性注入设计.该设计可在集电区引入横向电场,进而提高击穿电压.结果表明:与传统的SiGe HBT相比,新器件的电流增益和击穿电压均得到显著改善,其优值β·V_(CEO)。改善高达14.2倍,有效拓展了微波功率SiGe HBT的高压大电流工作范围.     

先导通道粒子温度和击穿机理的分析与计算

本文从理论和电算两个方面分析了气体放电先导阶段中各种粒子的能量温度随时间和空间的变化规律和击穿机理;提出了适用于计算机分析用的气体放电击穿的微观判据;与已有实验结果进行比较,证明本文提出的方法是可行的,结果是正确可信的;提出了解释先导发展的“电子热游离”过程。本文是用电子计算机分析气体放电过程的又一尝试。     

真空开关管绝缘外壳的设计要点浅析

通过对绝缘外壳的空气击穿特性，固体介质沿面闪络特性的分析，给出了真空开关管绝缘外壳的设计要点，即绝缘外过壳的最小高度是由冲击电压决定的，而爬电距离是由工作电压及环境条件决定的。绝缘外壳要同时满足这两方面的要求。     

高压输电线破损的红外故障诊断系统

采用远红外热释电探测器、单片机数据实时采集装置及微机分析诊断装置,构成了高压输电线破损的故障诊断系统．本系统可对高压输电线进行在线检测,检测出导线的破损位置、破损程度及绝缘子的发热与故障情况,从而为高压输电线的故障诊断开辟了一个新途径．     

IGBT平面高压终端结构的研究

耐压是 IGBT的一个重要参数 ,所以其高压终端结构的研究一直受到人们的重视。针对常规采用的场限制保护环法和场板法高压终端结构的缺陷 ,本文提出了场板混合终端结构。此结构结合了场限制环和场板的各自优点 ,可使得击穿电压对环间距、氧化层厚度及氧化层电荷的敏感程度大大降低 ,从而简化了工艺的复杂性 ,并可获得最佳的耐压效果。本文首先对场板混合终端结构的优化设计进行了解析研究 ,提出了一套完整的设计理论 ,然后通过实验验证了此理论的正确性     

高温热解煤气放电性能的影响因素

为了提高电除尘器净化高温热解煤气时的除尘效率及稳定性，采用实验室高温放电系统研究电除尘器中温度、气氛、气体调质以及电源极性等因素对热解煤气放电性能的影响. 研究结果表明：提高温度，热解煤气的放电电流上升，起晕电压、击穿电压下降，不利于颗粒脱除. 对于高温热解煤气，降低CH₄的体积分数、提高H₂、CO₂的体积分数，使放电电流减小，起晕电压和击穿电压升高，更利于颗粒脱除. 添加水蒸气，起晕电压升高，放电电流减小，电晕放电区间更宽，伏安特性曲线向右偏移，优化了放电性能. 在高温下通过正极性电源施加电压，标准煤气及添加水蒸气调质后的热解煤气都具有较高的击穿电压及正电晕放电区域，性能优于负极性电源.     

Electrical Breakdown Characteristic of Nanostructured W-Cu Contacts Materials

Nanostructured （ NS ）W-Cu composite powder was prepared by mechanical alloying （ MA ）, and nanostructared bulk of W-Cu contact material was fabricated by hot press sintering in an electrical vacuum furnace. The rnicrostructure, electric conductivity, hardness and break down voltage of NS W- Cu alloys were measured and compared to those of conventional W-Cu alloys prepared by powder metallurg＇y. The experimental results show that microstructural refinement and uniformity can improve the breakdown behavior and the electric arc stability of nanostructared W- Cu contacts materials. Also, the wanostructured W- Cu contact material shows the characteristic of spreading electric arcs, which is of benefit to electric arc erosion.     

10kV真空负荷开关切断非全相空载变压器产生操作过电压暂态过程的分析

介绍了本校变电所两次发生10kV真空负荷开关切断非全相空载变压器发生操过电压的现象,通过对缺相后的电压正负序分量进行计算,同时对发生过电压的暂态过程、害进行了分析,提出了应采取的措施。     

纵向磁场对电弧带电粒子密度和电压噪声的影响

在稳态模型和局域热力学平衡的假设下，从动量方程出发，推导了施加纵向磁场后真空电弧带电粒子密度的数学表达式.在此基础上，分析了纵向磁场对真空电弧带电粒子密度和电弧电压噪声所产生的影响，得知施加纵向磁场之后电弧带电粒子密度增加了而电弧电压噪声减小了，由此抑制了真空电弧由扩散型向集聚型的转变，从而延缓了阳极斑点的生成，提高了真空开关的开断容量.     

基于超结结构的肖特基势垒二极管

在功率半导体器件中,高的反向击穿电压和低的正向导通电阻之间的矛盾关系是影响其发展的主要因素之一,选用超结结构替代功率半导体器件中的传统电压支持层能够有效缓解这一矛盾关系。该文设计和实现了一种超结肖特基二极管,其中的电压支持层采用P柱和N柱交替构成的超结结构。在器件的制作方面,选用成熟的单步微电子工艺,通过4次N型外延和4次选择性P型掺杂来实现超结结构。为便于对比分析,设计传统肖特基二极管和超结肖特基二极管的电压支持层厚度一致,且超结结构中P柱和N柱的杂质浓度均和传统肖特基二极管的电压支持层浓度一致。测试得到传统肖特基二极管的反向击穿电压为110 V,而超结肖特基二极管的反向击穿电压为229 V。表明采用超结结构作为功率半导体器件的电压支持层能够有效提高反向击穿电压,同时降低器件的正向导通电阻,并且当P柱区和N柱区内的电荷量一致时器件的击穿电压最高。     

空心电抗器匝间过电压试验用脉冲振荡电路

诸多标准已经允许对干式空心电抗器进行脉冲振荡匝间过电压试验.为了探讨其可实施性,本文对该脉冲振荡电路进行了分析和试验研究.由于要求快速重复对电容充电及通过球隙直接对电抗器放电,这个脉冲振荡电路与传统的冲击电压发生器不同.对电容充电可以采用半波整流电路实现;受空气电离影响,靠球隙自然放电的回路不能在电抗器上得到满足标准规...     

基于PEA原理的一种新型电缆绝缘空间电荷测量系统

聚合物电缆绝缘层中空间电荷的存在和积累对电缆的电导特性、老化、击穿等有很大的影响．采用电声脉冲（PEA）法开发了一套新型的空间电荷测量装置．该系统采用带有相位检测的高压脉冲发生器,使装置在交直流状态下可实现对电缆绝缘层空间电荷分布状态的测量．利用此装置分别对新出厂的电缆和已运行过的电缆试样进行了测试．研究发现：在试验条件相同的情况下,运行多年的XLPE电缆（交联聚乙烯电缆）中的空间电荷积聚要明显多于新电缆．     

复燃和截流过电压作用下真空断路器灭弧室内的电场分析

采用暂态电路模型对真空断路器开断空载变压器时由复燃和截流引起的过电压进行了数值模拟，并对暂态过电压的频率成分进行了离散的傅立叶分析，以此作为真空断路器的边界夺件，采用有限元法进行了计算，给出了灭弧室内的暂态电场分布和电场强度随时间变化的曲线，讨论了暂态电场的一些特征，为真空断路器的绝缘设计提供了参考.     

高导热BNNS/ANF复合绝缘纸的结构设计及性能分析

随着电力设备逐渐向高电压、大容量、高集成化方向发展，对其绝缘材料的导热性能提出了更高的要求。本文借鉴天然珍珠母的仿生结构，以耐高温的1维芳纶纳米纤维（ANF）组成骨架网络，以高导热的2维氮化硼纳米片（BNNS）为功能基元，构筑复合绝缘纸。首先，利用柠檬酸锂充当表面活性剂，将六方氮化硼（h-BN）通过超声与水热反应相结合的方法剥离成BNNS，并对其微观形貌及分散特性进行研究；然后，采用浓碱去质子化法剥离Kevlar 纤维（AF）制得（ANF）；分别以ANF、BNNS为纳米基元，通过真空辅助抽滤技术制备出BNNS/ANF复合绝缘纸，并对其微观形貌结构、导热性能、力学性能、击穿性能进行了分析。结果表明：所剥离制备的薄层BNNS具有高长径比，BNNS与ANF之间均匀堆积形成致密的砖泥结构，这种砖泥结构有助于改善复合绝缘纸的击穿性能和力学性能；当 BNNS 填充质量分数为20%时，BNNS/ANF 复合绝缘纸的标准击穿场强达到313.04 kV/mm，抗拉强度达到216.64 MPa，分别是纯 ANF绝缘纸的166.47%和126.38%；此外，BNNS在ANF网络中定向分布形成连续导热的桥联，显著提高了复合绝缘纸的导热性能，当BNNS填充质量分数为30%时，复合绝缘纸的热导率达到5.31 W/(m·K)，是纯ANF绝缘纸的211.55%。该复合绝缘纸具有高导热性、良好的力学性能以及优异的电绝缘性，能有效解决设备绝缘散热问题，有望在电气设备中推广应用。     

实施高压开关柜无油化改造的方法和措施

通过对用高压真空断路器对传统高压开关柜进行无油化改造方法的介绍，详细阐述了具体的实施措施。     

冰雪条件下户外绝缘子绝缘性能的测试与研究

采用试验的方法分别对悬挂式和支柱式绝缘子在各种覆冰和冠雪条件下进行了大量的工频闪络击穿试验，分别对绝缘子覆冰、冠雪、融冰、融雪在环境温度改变等多种不同情况下进行了耐压测试，通过大量的测试数据研究了冰雪条件下绝缘子的耐压水平、影响因素、击穿过程及其击穿机理等，如串长、环境温度、绝缘子形状、冰雪的干湿程度、闪络次数、冠雪量和积冰量雪的密度、气压和温度的影响等。     

Arc corrosion behavior of Cu-Ti_3AlC_2 composites in air atmosphere

The arc corrosion evolution of Cu-20 vol.% Ti_3 AlC_2 cathodes is presented here. After eroded by 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 kV DC voltage, respectively, the surface morphologies were characterized by field emission scanning electron microscope with craters and protrusions. Compared to small craters and dense protrusions of the morphology by high voltage, the eroded surface was covered with bigger craters and sparse protrusions at low voltage. No crack was discovered on the surface even at 10 kV. By means of energy dispersive spectroscopy and Raman spectroscopy, the decomposition of Cu-20 vol.% Ti_3 AlC_2 cathode to CuO,Al__2 O_3 and TiO_2 were proved. Meanwhile, W anode is oxidized to WO_2. The peak current increases with the increasing breakdown voltage, which is recorded by a digital memory oscilloscope.     

包覆MgO对BaTiO3基陶瓷性能的影响

采用均匀沉淀法将MgO均匀地包覆在BaTiO3基陶瓷粉体表面,制备包覆MgO的BaTiO3基陶瓷复合粒子,研究了不同包覆量对BaTiO3基陶瓷的微观结构、微观形貌、介电性能、绝缘性能和击穿电压的影响。实验表明：包覆剂MgO能有效抑制晶粒长大,从而获得晶粒均匀的陶瓷,此细晶效应是由于晶界区MgO的抑制作用;MgO有助于形成“壳-芯”结构晶粒,降低并展宽BaTiO3基陶瓷的ε峰,增加电阻率和击穿电压强度。     

具有高频高压大电流优值的超结集电区SiGe HBT

为了在兼顾特征频率( fT )和电流增益(β)的情况下有效提高器件的击穿电压( BVCBO/BVCEO ),利用SILVACO TCAD建立了npn型超结集电区SiGe异质结双极晶体管( heterojunction bipolar transistor,HBT)的器件模型.研究表明：通过在集电结空间电荷区( collector-base space charge region,CB SCR)内引入p型超结层可有效降低“死区”内的电场强度,使较高的电场强度转移至“死区”外较深的CB SCR内,进而在几乎不增加CB SCR宽度的情况下抑制碰撞电离,达到提高击穿电压、改善fT和β的目的.随着p型超结层厚度( dp )的增加,击穿电压BVCBO和BVCEO的改善也越明显.但dp值需优化,较大的dp值将引发Kirk效应,大幅降低器件的fT和β.进一步通过优化p型超结层的dp值,设计出一款dp为0.2μm且具有高频高压大电流优值( fT ×BVCEO ×β)的新型超结集电区SiGe HBT.结果表明：与传统SiGe HBT相比,新器件的fT ×BVCEO ×β优值改善高达35.5%,有效拓展了功率SiGe HBT的高压大电流工作范围.