1m棒–板间隙雷电冲击放电电场测量

放电区域电场的定量测量是研究长空气间隙放电机理的重要手段,也是近年国内外研究的热点。简要介绍了自主研制的光电集成电场测量系统,并将其应用于棒–板间隙在正极性雷电冲击电压作用下流注放电区域电场的测量。首先测量未发生放电时棒–板间隙轴线上的几何电场,并与计算结果进行对比;其次,测量流注产生后放电区域内、外的电场强度,并结合高速摄像机拍摄到的流注放电图片对测量结果进行分析。测量结果为流注通道与空间电荷的物理模型建立提供了依据。     

短空气间隙负极性操作冲击火花放电路径的初始方向统计特性

空气间隙火花放电路径具有曲折、分支的半随机发展特点。空间光电离过程光子数量和位置的随机性是导致空气间隙操作冲击火花放电路径具有随机性的主要原因,空间电荷和电场对放电路径的发展具有一定的约束。该文采用250/2500μs负极性操作冲击电压波分别开展了间隙距离为0.4~1.2m的三种不同空气间隙的放电试验,对比分析了间隙距离、负极性操作冲击电压幅值对火花放电路径初始方向角概率分布的影响。结果表明:棒–棒间隙、棒–双棒间隙火花放电路径初始方向角具有统计特性,且服从正态分布,该分布特性受间隙距离、棒电极形状及外施负极性冲击电压幅值影响。该研究结果可以加深对空气间隙火花放电过程的理论认识。     

棒尖端外形对低气压下棒-板间隙直流放电特性影响研究

为研究棒尖端外形对低气压下棒-板间隙直流放电特性的影响,利用低气压放电试验平台在2~20 k Pa气压下对锥尖头、半球头以及平头3种棒电极在100~300 mm间隙内进行直流电压放电试验,并通过仿真对不同棒尖端的放电特性试验结果进行验证。结果表明:棒尖端外形会对低气压下棒-板间隙的放电电压产生影响,击穿电压幅值从小到大依次为:锥尖头、半球头、平头;锥尖头棒和平头棒尖端存在局部电场极不均匀点,而半球头棒尖端电场分布较为均匀;随着气压的上升,棒-板间隙的U50%-P曲线呈稳定上升趋势。     

乙丙橡胶绝缘的表面击穿与沿面放电特性

为了探究乙丙橡胶绝缘的表面击穿特性和沿面放电行为,选择板–板电极、棒–环电极和针–板电极3种典型的电极结构来模拟不同电场分布,分别测量并分析了3种电极下外施交流和负极性直流电压时乙丙橡胶的表面击穿电压和击穿痕迹。在外施交流电压下,测量了不同电压下的沿面放电,分析了沿面放电起始和发展过程。试验结果表明:电场分布越均匀,表面击穿电压越大;板–板电极下的起始放电电压与电极间距成正相关性,而棒–环电极和针–板电极下的起始放电与起晕电压相关,其值在1.9~2.4 k V之间;在不同电场分布和放电阶段,发生的放电类型和放电谱图也有所差别,而且在沿面放电前期,放电脉冲幅值较小,约为1.2 V;但是在沿面放电后期,放电比较分散,放电脉冲幅值较大,最高可达43 V。据此可以对沿面放电发展的严重程度进行判断。     

正极性上行先导特性的模拟试验方法

开展负极性雷电地闪过程中地面物体正极性上行先导特性的模拟试验研究是完善雷电屏蔽分析模型的基础,选择正确的模拟试验方法十分必要。分析了采用棒–棒、棒–板及板–棒等典型放电间隙结构的模拟试验方法的电场特征,研究了各种方法获得的正极性先导特性,并通过与自然雷电下的电场特征及上行先导特性进行对比,评价了各模拟试验方法的等价性。结果表明:采用棒–棒间隙和棒–板间隙无法模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性;采用板–棒间隙可以模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性,但传统的冲击电压发生器无法产生与自然雷电下行先导趋近地面过程中电场时变规律相同的冲击电压。因此,提出了研发一种基于电力电子技术、能够模拟自然雷电下电场时变规律的高压任意波形发生器,并结合板–棒间隙结构,形成正确有效的正极性上行先导特性模拟试验方法。     

长空气间隙负极性操作冲击放电特性研究(Ⅰ)—试验研究

长空气间隙在负极性操作冲击电压下具有非线性放电特性。为了研究典型长空气间隙的负极性放电特性,利用7 500 kV冲击电压发生器产生20/2 500μs和80/2 500μs两种负极性操作冲击电压波,开展了间隙距离为1～10 m的棒–棒间隙、棒–板间隙和棒–线间隙的负极性放电特性试验研究,并与其他学者的试验结果进行对比分析。试验结果表明:随着间隙长度的增加,棒–棒间隙、棒–板间隙、棒–线间隙的50%放电电压都趋于饱和,但棒–板间隙的饱和趋势最为明显;当间隙长度为4 m时,棒–板间隙与棒–棒间隙的50%放电电压大小关系发生翻转;间隙的平均击穿场强随着间隙距离的增大而减小。该研究揭示了1～10 m长空气间隙的负极性操作冲击放电特性,加深了对长空气间隙放电特性的认识。     

空间电荷对球头棒-板间隙放电击中点的影响

雷电引起的输电线路事故中因绕击导致的故障所占比例很大,一些学者认为空间电荷的影响是导致屏蔽失效的原因之一。为此,通过试验研究了直流电压下球头棒-板间隙的电晕电流,以此来衡量一定电压下球头周围空间电荷的量;并试验研究了正极性操作冲击下球头棒-板间隙放电击中点的分布规律,且与尖头棒试验结果比较。试验结果和仿真结果表明:与尖头棒相比,球头棒更容易吸引放电;球头棒周围电场畸变不严重,没有形成有效屏蔽层,从而使放电点更容易发生在头部。     

毛刺缺陷影响下的球-板间隙流注放电特性

利用由光电倍增管和电场传感器组成的光电联合检测系统,进行正极性操作冲击电压下不同距离间隙带毛刺球-板电极间隙放电试验,并以棒-板与球-板放电试验进行对照,得到初始流注下的50%放电电压（U50%）和物理特征参数并进行对比。结果表明：在带有毛刺缺陷的球-板电极间隙中,初始流注起始时延、初始流注场强跃升幅值和光功率跃升幅值...     

不同海拔地区棒–板间隙临界半径的试验研究

在棒–板间隙的正极性操作冲击放电试验中,放电电压受到棒端部半径大小的影响。为得到放电电压随棒端部半径变化的规律,选择棒电极端部为半径19~475 mm的球面,得到2~5 m间隙距离下棒–板间隙的放电电压。试验数据表明,棒端部半径增大到某临界值时,放电电压开始明显增大,该临界值称为临界半径。提出新的临界半径计算方法,并分析临界半径现象产生的原因。为了解不同海拔下棒–板间隙临界半径的变化,分别在北京(海拔50 m)和西藏羊八井(海拔4 300 m)开展了相同棒–板间隙的临界半径试验研究,得到两地的临界半径。试验结果表明,临界半径的大小与棒–板间隙距离和所处海拔有关。     

正极性雷电冲击电压下流注起始特性研究

流注是长空气间隙放电的主要过程,其起始特性具有重要的理论价值与广泛的工程应用。以往对直流电压作用下流注起始特性的研究较多,对冲击电压特别是电压上升率较大的雷电冲击电压下流注起始特性研究很少。采用基于光电集成技术的高压侧电流测量系统与空间电场测量系统,对1 m棒–板间隙在正极性雷电冲击电压下流注起始特性进行研究,提出了新的流注起始观测手段,获得不同半径棒电极、不同电压上升率下的流注起始电压与场强,拟合得到考虑电压变化率的流注起始场强判据,并验证了所提出判据的广泛适用性。另外,还对正极性雷电冲击电压作用下流注起始时延的变化规律进行研究,定量测量了流注的起始时延,为研究流注起始时延的概率分布奠定基础。     

Measurement of space charge distributions in PLZT using Kerr effect

Kerr effect technique is an optical measurement technique used to determine space charge distributions of a dielectric liquid under applied electric stress. In other words, such measurement can be used to study the conduction mechanisms of a dielectric liquid, such as charge injection threshold, bulk electric field stress, and aging. In this study, an instrument was set up to measure the absolute value of the electric field distributions in lead–lanthanum–zirconium–titanium (PLZT). PLZT was selected for the study of the instrumentation because the material has a high Kerr constant. In the experiment, charge injection threshold and bulk field strength of PLZT were measured under low applied voltages. © 2012 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

冲击电压下不同温度油中空间电荷迁移对电场分布影响

冲击电压下油中空间电场分布对于变压器内部绝缘优化设计至关重要,现有设计方法没有考虑温度和空间电荷迁移对电场的影响。为了研究温度对空间电荷迁移特性的影响,搭建温度可控的冲击电压下油中电场测量平台,测量雷电冲击电压下25℃、50℃、60℃均匀电场的油中空间电场分布,分析空间电荷对油中电场的影响。实验结果表明:随着温度的增加,60℃时油中场强峰值比25℃时下降了5.2%;50℃时油中场强分布在0.60μs时提前达到稳定阶段。温度升高后,电子漂移速度最大是25℃下的1.8倍,迁移率最大是25℃下的2.0倍,温度升高引起电子迁移率、漂移速度的增加导致了上述现象。该文研究结果为变压器绝缘优化设计提供了实验依据。     

用电子束辐照注入电荷包研究低密度聚乙烯中的电荷迁移率

通过研究外加电场强度50k V/mm以下低密度聚乙烯中的空间电荷包行为,使用一种多层结构的受辐照的双面粘贴聚氟乙烯薄膜低密度聚乙烯样品,通过电子束辐照在样品内部形成"波包"分布,在外加电场强度较低时形成电荷包,使用激光压力波法监测电荷包迁移。结果表明,以电荷包峰值位置为参考点,在样品内实际电场下电荷包平均迁移率分布范围为(0.17~3.01)×10?15m2/(V·s)。通过对不同外加电场强度下的空间电荷包行为的研究得到,电荷包迁移速率与电场强度关系符合负微分迁移率假设模型,从而证明了在较低的电场强度下负微分迁移率模型的正确性。     

塑料绝缘直流高压电缆中空间电荷测量技术的研究

同轴型电缆空间电荷测量系统与片状试样空间电荷测量系统在测试原理上是基本一致的,但是有其特殊性.在分析同轴型直流塑料电缆的衰减和色散特性、脉冲电场耦合方式以及电极系统的基础上,研发出同轴型直流塑料电缆空间电荷测量系统.利用此测量系统测量了某直流塑料电缆在24h冷热循环条件下的空间电荷分布情况.直流塑料电缆空间电荷测量系统...     

基于Kerr电光效应的冲击电压下液体电介质空间电荷高速CCD测量

空间电荷的存在直接影响液体电介质的绝缘击穿性能,为了更好地研究空间电荷的动态变化过程,建立了基于Kerr电光效应的冲击电压下液体电介质空间电荷的高速电荷耦合器件(CCD)测量系统。运用高精度光电传感器的测量方法,得到了室温下液体碳酸丙烯酯的Kerr常数。进而通过高速CCD的动态光电测量,并结合图像处理技术,求取了冲击电压下平行板铜电极间电场和空间电荷的动态分布曲线。实验研究表明:在平行板铜电极间,当液体介质中电场达到一定程度时会出现空间电荷的注入与输运,使得极间电场呈现出中间高两边低的分布情况。另外还分析了空间电荷的分布和输运对液体绝缘特性的影响,该研究为分析冲击电压作用下液体介质中空间电荷的产生机制及空间电荷对流注放电的影响奠定了基础。     

基于改进电声脉冲测试系统的油纸绝缘混合体系空间电荷动态行为特性

目前国内外关于油纸绝缘介质空间电荷特性的研究全部基于油浸绝缘纸,且已有的电声脉冲测试系统无法实现对油隙与油浸纸组合而成的混合体系的空间电荷特性的测试。通过采用改进的电声脉冲测试系统首次对油隙与油浸纸板组合而成的混合体系的空间电荷动态行为特性进行研究,分析空间电荷积聚对油纸混合体系内部电场分布的影响。研究发现油纸绝缘界面处及油浸绝缘纸内部积聚的空间电荷和电场畸变程度与绝缘油和油浸纸板的电导率关系很大。由绝缘油劣化导致油纸绝缘系统的电导率提升更易引起油浸纸内部场强严重畸变,油浸纸内部最大场强约达到平均场强的2.5倍。而由油浸纸电导率增大引起的油纸绝缘系统的电导率提升减轻了油浸纸内部的电场畸变程度,但电荷快速迁移会导致介质热效应显著也易诱发击穿。消除绝缘结构界面引起的空间电荷积聚效应、限制空间电荷在绝缘介质内部的快速迁移或使电荷在介质内部分布更加均匀,从三方面出发将有助于抑制空间电荷的危害。     

基于克尔电光效应的新型CCD光电测试系统

根据克尔电光效应原理 ,用稳定性好、动态范围大、灵敏度更高的CCD 30 0 0光电接收装置建立的新测量系统动态测量了克尔常数较小的液体介质如变压器油中的电场分布 ,并得出在一定电压范围内 ,克尔试验盒中两电极间的光强分布和电场分布之间的对应关系 ,还通过分析光强的空间分布和变化规律得出电场的空间分布和变化规律 ,为液体介质中的电场及空间电荷分布测量提供了一条新途径     

形态对聚乙烯中空间电荷包运动特性的影响

空间电荷相关研究是直流电介质材料特性研究的重要领域,聚乙烯则是主要的内绝缘材料之一。为了对高压直流条件下聚乙烯中的空间电荷现象进行深入研究,应用电声脉冲法空间电荷测量系统对高场强下低密度聚乙烯中的空间电荷现象进行测量,观察到了空间电荷包现象。研究结合不同热处理方法得到了不同微观形态的聚乙烯试品,并在不同场强下结合微观形态的变化对低密度聚乙烯的空间电荷包运动速率进行了分析。结果表明,聚乙烯的微观形态对空间电荷包特性有显著的影响,也对空间电荷包运动速率有明显的影响,结晶度越高,空间电荷包运动速率越小。