纳秒脉冲圆台形绝缘体真空沿面闪络特性实验研究

实验研究了纳秒脉冲(10／30ns)下圆台形绝缘体真空绝缘沿面闪络特性,结果表明锥角变化对闪络电压影响显著,45°锥角时闪络电压最高。与圆柱形绝缘体相比,脉冲电压下,±45°圆台形绝缘体闪络电压增幅较大,且脉宽越窄,增幅越大;直流和交流电压波形下,圆台形闪络电压增幅较小。分析认为,45°锥角时阴极三结合点处电场减弱幅度最大,初始场致发射电子数量受到抑制,电子沿绝缘体表面的倍增过程较难实现。预闪络期间直流、交流电压下正离子有时间积累起足够多的能量参与碰撞电离。而纳秒脉冲闪络过程中正离子数纳秒时间内积累起的能量非常有限,作用忽略不计。闪络电压与电压随时间的上升速率有关,纳秒脉冲电压上升速率极快,对应放电时延的电压增幅较大,因此纳秒脉冲闪络电压高于其它电压波形。     

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。     

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。     

不同掺杂对可加工陶瓷二次电子发射及沿面闪络特性的影响

固体绝缘材料的表面特性极大地影响着其真空沿面闪络特性,长期以来这一现象极大地制约着真空绝缘系统的整体性能,限制了高压电真空设备的发展进程.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,在不明显降低可加工性能的前提下,通过在可加工陶瓷原材料内掺杂不同的低二次电子发射系数金属氧化物...     

真空中固体电介质沿面闪络现象研究现状

真空中固体电介质沿面闪络现象是制约真空断路器等电真空器件整体性能的重要因素。通过分析真空中固体电介质沿面闪络现象的机理及影响因素,对目前研究工作中存在的问题进行讨论。     

冲击电压下真空中固体沿面闪络的试验研究

在分析真空中沿面闪络放电机理的基础上,综述了真空中绝缘子表面闪络的各种主要影响因素。选用尼龙材料在真空条件下施加冲击电压,采用平面平行电极,开展沿面闪络试验。试验结果表明,当气压在3×10－3 Pa到9.4×10－2 Pa范围内时,绝缘材料闪络电压在8~12 kV波动;气压在2×10－1 Pa变化到4.5×10－1 Pa时,绝缘材料闪络电压骤降。由此可见,在3×10－3Pa到4.5×10－1 Pa范围内,随着气压的变化,闪络电压先有一个小的波动,后下降再上升的变化趋势。该结果为相关的研究工作提供了试验数据。     

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。     

真空中绝缘材料沿面闪络实验研究的光学诊断方法

本文主要介绍了几种用于沿面闪络实验的光学诊断方法及其各自的特点 ,并给出了相应的实验结果和结论。     

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.     

吸附气体在真空绝缘沿面闪络过程中的作用

对纳秒脉冲(10/30ns)下真空绝缘闪络电压随气压的变化趋势进行了实验研究,结果表明当气压位于高真空区域(10?4Pa?10?1Pa)时,闪络电压与气压变化无关。分析认为,高真空条件下,背景环境气体分子平均自由程远大于极间距离,分子间碰撞电离已不可能发生。固体表面有大量吸附气体分子存在,吸附气体释放是导致闪络发生的关键。由于电子质量与分子质量间的巨大差异,气体分子脱附并非主要依靠电子能量和动量的直接转移,而是受到电子激励,从低能态被激发到高能态,进而克服固体表面位垒脱附到真空中。在初始电子激励下,气体脱附过程始于闪络发生之前。真空沿面闪络现象是一种在绝缘体表面气体脱附后形成一高气密环境中发生的贯穿性放电过程。     

优化绝缘结构提高有机材料真空沿面闪络特性的研究

从绝缘结构优化考虑提出了一种新的B/MB3层有机绝缘结构,通过控制B层介电常数来提高绝缘子的真空沿面闪络性能.以聚乙烯为研究对象,制备了B/A/B 3层有机绝缘结构,即聚乙烯基复合材料(炭黑半导电母料和聚乙烯)/聚乙烯/聚乙烯基复合材料的绝缘结构.通过实验发现,当B层介电常数在一定范围内变化,聚乙烯的真空沿面闪络性能得到了显著提高.同时采用数值仿真方法模拟了这种3层结构的电场分布,仿真结果表明这种结构通过改变B层介电常数调控绝缘子的电场分布可以有效地减小电极/绝缘予/真空3结合点处的电场强度,从而抑制了真空沿面闪络的发生.     

表面离子交换对可加工陶瓷真空沿面耐电特性的影响

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,长期以来这一现象极大地限制了高压电真空设备的发展进程。鉴于此,将一种具有优良的可加工性能及表面耐电特性的可加工陶瓷引入真空绝缘领域,进而通过离子交换的方式改变可加工陶瓷的表面元素分布,以降低其表面的二次电子发射系数。并采用Cu+置换可加工陶瓷表面的Na+,考察了经不同离子交换时间后试品的表面形貌、介电特性及沿面耐电特性。结果发现:Cu+离子交换Na+能够提高可加工陶瓷的沿面闪络电压,随离子交换时间延长试品的沿面闪络电压有提高的趋势,并且出现闪络电压最高点,当离子交换时间过长时,闪络电压会有所降低。这为通过表面改性无机材料提高其表面耐电强度提供了一种新的方法。     

绝缘子真空沿面闪络统计学模型常数的初步测量

利用一套平行平板型真空沿面闪络实验平台,测量了脉冲功率装置中常用绝缘材料在真空45.绝缘结构中的沿面闪络统计学模型常数.实验平台使用基于Marx-Blumlein方式产生高压方波脉冲的高压源,输出电压半高全宽120ns,前沿30ns,90％平顶80ns,电压幅度在180～280kV之间.按照相应的防止出现明显系统性缺陷...     

脉冲陡度对快脉冲下真空沿面闪络特性的影响

为了研究高压快脉冲下绝缘材料的真空沿面闪络机理,从脉冲陡度角度出发,在真空度5 mPa水平下,通过5种脉冲源形式,13种输出电压,测量了环氧试样在不同脉冲陡度下的真空闪络电压。通过数据的分段拟合,结合闪络时延特性以及在高脉冲陡度下洛伦兹力对电子运动的影响,讨论了脉冲陡度对闪络电压的作用机制。分析表明,脉冲陡度很低时(<1.5 kV/ns),闪络电压主要受闪络形成的统计时延的影响;脉冲陡度较高时(几kV/ns~10 kV/ns),闪络的形成时延也成为影响闪络电压的重要因素;脉冲陡度很高时(>十几kV/ns),闪络电压受闪络时延和洛伦兹力共同影响。     

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。     

氧化铝陶瓷绝缘子真空沿面闪络过程中的陷阱机制

采用热刺激电流法(TSC)研究了不同烧结温度和掺有不同添加剂的氧化铝陶瓷的陷阱能级密度分布特性以及在负脉冲电压作用下的真空中表面带电和沿面闪络特性。研究发现，氧化铝陶瓷的陷阱分布与其真空中的表面带电和沿面闪络特性之间存在一定的内在联系，即材料中的陷阱密度越大，其表面电荷密度越高，且沿面闪络电压越低。上述结果表明，氧化铝陶瓷在真空沿面闪络过程中，除了电介质的二次电子发射作用外，载流子的入陷、脱陷机制也起着相当重要的作用。     

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。     

真空中固体绝缘沿面闪络现象的研究进展

针对长期以来高电场下复合绝缘系统的耐电性能受绝缘材料的沿面闪络现象所限制,严重制约了很多电气电子系统的整体性能的现状,迫切需要深入研究真空中绝缘子沿面闪络现象,为此,综述了国内外相关研究现状和进展,认为此现象是一种发生在高电场下的复杂界面(电极与材料的交界面)和表面(材料的表面)的物理现象。闪络过程在本质上反映出高电场下的电荷行为,由体内(材料的表层内)和体外(材料的表面及表面以上)2过程支配。需综合考虑绝缘材料的介电常数、电阻率、二次电子发射特性、表面陷阱分布等影响因素,进而提出表征和改善真空中沿面闪络特性的综合评价体系,最终达到认识新的物理现象并将之有效调控的目的。