玻璃陶瓷表面浅陷阱分布对其真空沿面闪络特性的影响

长期以来沿面闪络现象一直制约着真空绝缘系统的整体性能,极大地限制了高压电真空设备的发展进程。针对一种具有良好加工性能及表面耐电特性的低熔点可加工微晶玻璃陶瓷引入真空绝缘的背景,研究了不同制备工艺的可加工陶瓷试品在进行表面氢氟酸处理前后其电学特性的变化。利用表面电位衰减法测量了材料表层陷阱分布,分析了表面酸处理对其陷阱分布的影响;采用光电结合的方法,测量了不同表面处理的材料在真空中的表面耐电情况,分析了材料表面陷阱的密度和能级对闪络特性的影响。发现玻璃陶瓷材料表面存在的玻璃相结构是造成存在大量浅陷阱的重要原因,而浅陷阱对沿面闪络特性造成不利影响。得知通过氢氟酸处理可以腐蚀掉材料表面的玻璃相结构,从而降低浅陷阱密度,进而明显提高材料表面闪络的稳定性和降低分散性。     

真空冲击电压下氧化铝陶瓷沿面闪络现象的发展过程

真空沿面闪络的发生与发展的过程是电气与电子领域众多学者长期以来所关注的问题,这一复杂的放电现象至今还不能完全从机理上给予说明.本文采用电气、光学联合检测的方法,利用增强型电荷耦合器件(ICCD)对真空冲击电压下氧化铝陶瓷沿面闪络现象的动态发展过程进行了研究,考察了在试样表面溅射金属薄膜电极对闪络发光现象的影响.从闪络的电压、电流和发光波形看出,闪络发生时的电流和发光峰值出现时间一致,并滞后于电压截断点.从ICCD图像可以发现,在试样表面发生完全闪络之前其表面已经出现预闪络发光通道,而沿面闪络发光的最强阶段出现在闪络发生之后的几十纳秒,此时电流出现最大值,能够发现在电极的边缘位置发光最为强烈;溅射电极之后试样的沿面闪络电压有所降低,闪络发生时的发光强度提高,在闪络发生时电极之间的材料内部可能出现体内的复合过程.     

真空沿面闪络过程放电光谱分析

选取高压真空绝缘体系中常用的环氧树脂为研究对象,通过添加不同粒径的纳米无机填料,分析不同填料对沿面闪络过程的影响。利用闪络过程光谱实时测量系统分别研究红外光、可见光及紫外光范围内的闪络发光光谱的时域波形,从发光光谱的角度分析闪络过程的发生和发展机理。结果表明:闪络光谱强度并不随闪络电压的升高而增强,纳米无机氧化物的添加会引入更多的深陷阱能级,且会增加高能光子的发射。     

真空中绝缘子的沿面闪络现象

阐述了影响真空中绝缘子沿面闪络的主要因素及其规律;介绍了有关真空中绝缘子沿面闪络机理的研究现状、主要假说及今后的研究方向和趋势。     

真空中绝缘子沿面预闪络现象的研究

真空中绝缘子沿面闪络现象是制约真空系统电绝缘性能的一个重要因素。通过实时观察冲击电压作用下真空中绝缘子上的冲击电压波形,以及相应的冲击电流和绝缘子表面的发光信号,并在线测量真空中绝缘子的表面电荷分布,研究了高纯度Al2O3陶瓷绝缘子在真空中的沿面预闪络现象。研究结果表明,绝缘子预闪络现象与施加冲击电压的大小、施加次数等有关,同时,沿面预闪络现象也与表面电荷分布有关,根据试验结果提出了一种关于绝缘子预闪络现象的模型,该模型能够较好的用来解释真空中绝缘子沿面预闪络现象以及沿面闪络发展过程。     

表面电荷积聚对绝缘子沿面闪络影响的研究

通过对典型绝缘子表面电荷分布特点的分析，研究了表面电荷与放电起始间的关系。研究表明在表面电荷作用下绝缘子沿面闪络起始电压会发生变化。对110kV三相共箱式GIS绝缘子的闪络实验表明，表面电荷可使绝缘子沿面闪络电压下降23．4％。对位移电流作用下的绝缘子沿面闪络先导发展模型进行改进，补充了表面电荷对该模型的影响。指出表面电荷产生的附加电场会影响流注电晕内部正负电荷的分离速度及放电的进一步发展。     

陷阱分布对Al2O3陶瓷介质在真空中沿面闪络特性的影响

真空中绝缘介质的沿面闪络一直是制约真空中电绝缘强度的重要因素，文中采用等温衰减电流法（IDC）研究了在不同烧结温度和掺有不同添加剂情况下氧化铝陶瓷试样的陷阱分布，利用试验装置测量了陶瓷试样的沿面闪络特性，试验结果表明，烧结温度和添加剂显著影响了氧化铝陶瓷的陷阱分布；不同的陷阱分布影响着绝缘介质的沿面闪络特性，根据试验结果，笔者从固体能带理论出发，将陷阱分布和氧化铝陶瓷的沿面闪络特性联系在一起，解释了一些沿面闪络发展过程中的疑难问题。     

聚乙烯陷阱特性对真空直流沿面闪络性能的影响

介绍在低密度聚乙烯中添加成核剂酚酞,研究半结晶聚合物的结晶行为、显微结构、陷阱参数以及真空直流沿面闪络性能之间的关联。扫描电镜及差式扫描量热测试结果表明,酚酞掺杂明显改变了低密度聚乙烯的结晶行为及显微结构,增加了结晶度及片晶厚度,减小了球晶尺寸,并使球晶分布更加均匀。热刺激电流结果表明,酚酞掺杂在低密度聚乙烯中引入了更多的深陷阱,增加了α及γ陷阱的深度。分析聚乙烯结晶行为与陷阱之间的关系表明,低密度聚乙烯的陷阱深度随球晶尺寸减小而增大,陷阱密度随结晶度增大而减小。酚酞改性后试样的真空沿面闪络电压整体有所提升,最高提升了48.42%。分析陷阱深度及陷阱密度与闪络电压之间的“U”型关系,认为陷阱深度及陷阱密度在影响闪络性能过程中起着相互协调、配合及转化的作用。     

固体电介质真空沿面闪络研究进展

针对真空中复合绝缘体系的耐电强度受到沿面闪络现象限制问题,综述了国内外真空沿面闪络相关的研究进展。研究发现,真空中固体绝缘介质的沿面闪络性能受老练方式、介质的表面特性及体特性、介质表面沉积电荷、绝缘体系的电场分布等因素影响。机理分析认为真空中的沿面闪络现象实质上是高场下电荷在气-固界面的输运行为,其过程涉及到介质表层中的电荷捕获/脱陷特性、二次电子的发射特性、以及气相中的气体(或解吸附气体)分子的碰撞电离/电子倍增等过程,沿面闪络的发展和形成是以上几个因素相互耦合作用结果。基于以上分析及认识,认为可以从改变材料表面特性及体特性和改善整个绝缘体系的电场分布方面,来提升真空沿面闪络电压。     

表面处理对可加工陶瓷真空沿面闪络特性的影响

长期以来真空沿面闪络现象严重制约着电真空绝缘系统的整体性能,限制了高压电真空设备的发展,而绝缘材料的表面状况对其沿面耐电特性有极大影响。本文针对一种具有良好加工性能及表面耐电特性的低熔点可加工微晶玻璃陶瓷引入真空绝缘的背景,通过使用不同的砂纸对可加工陶瓷试品的表面进行打磨处理,使用超深度表面形态测定激光显微镜测定不同处理方式下试品表面形貌的变化,并对不同处理情况下的试品的真空沿面闪络特性进行测定。结果发现:使用砂纸打磨的方法能够有效改变试品的表面粗糙度,粗糙度变化规律明显,而随着试品表面粗糙度的增大,试品的真空沿面闪络电压提高。     

Ti02/环氧复合材料脉冲真空沿面闪络特性

为了揭示微米TiO2填料对环氧复合材料真空快脉冲作用下的沿面闪络特性的影响,并探讨相关影响因素的作用机理,制备了6种不同填料含量的TiO2/环氧复合材料,测试了各种试样在30 ns(脉冲前沿)/200ns(半高宽)脉冲作用下的真空沿面闪络电压,并测量了介电频谱和热刺激去极化电流(TSDC)。结果显示,TiO2质量分数(wt%)的变化对Ti02/环氧复合材料的闪络电压有显著影响,但两者之间并不是线性关系;随着填料质量分数的增加,复合材料的介电常数和电导率都逐渐增加;所有实验材料都存在深、浅两种不同的陷阱能级,深陷阱电荷量和浅陷阱电荷量随填料质量分数的变化呈现出不同的变化规律。分析认为,Ti02/环氧复合材料的真空快脉冲沿面闪络特性不能由介电常数和电导率等影响因素的变化趋势单独解释,而针对闪络的深浅陷阱共同作用模型可以很好地解释闪络电压的实验结果。同时,根据实验结果对闪络的深浅陷阱共同作用模型进行完善,提出了当填料质量分数较低时,浅陷阱将显著降低材料的闪络强度,而当填料质量分数较高时,深陷阱对闪络强度的增强作用更为明显。     

真空绝缘沿面闪络场强相关影响参数分析

根据现有物理学理论推导得出的闪络场强Et和闪络电压Vt的表达式显示,影响闪络场强和闪络电压的物理因素有:初始电子的出射状态(出射动能A o、出射角度0)、绝缘材料介电常数ε、绝缘体表面吸附气体分子脱附系数γ、绝缘长度L、绝缘体表面单位面积的脱附气体分子数M、脱附气体离开绝缘体表面的速率Vgas等等.利用MathCAD绘图软件绘制出Et和Vt随绝缘长度的变化趋势图证明,两曲线变化趋势及量级与所得实验结果一致.实验研究也证明,随着绝缘长度的增加,真空绝缘沿面闪络场强呈下降趋势;应用二次电子崩理论分析真空闪络的发生发展机理是合理的.     

影响真空中绝缘体沿面闪络特性因素研究综述

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

高真空条件下绝缘闪络机理研究的评述

实验研究了ns脉冲(10/30ns)下真空绝缘闪络电压随气压(10-5～10-1Pa)的变化趋势,结果表明高真空范围内的气压变化不影响绝缘闪络电压。剖析真空环境下的气体解吸附过程表明:高真空阶段时表面放气已成主 要气体负荷;气体解吸过程始于闪络发生前,且所释放气体均源于绝缘体表面的吸附气体而非背景环境;闪络时绝 缘表面已形成良好的气体放电环境,即真空中的闪络实为绝缘体表面气体解吸后形成的高气密环境中的放电过 程。