表面粗糙处理对可加工陶瓷冲击闪络特性研究

长期以来,复合绝缘系统的耐电性能受制于其绝缘材料表面的沿面闪络,尤以真空闪络最为严重,大大限制了电真空器件的整体性能。以一种具有良好耐电性能的低熔点可加工陶瓷引入真空绝缘,通过不同砂纸打磨研究不同表面粗糙度对其闪络性能的影响。结果发现,在冲击电压作用下,随着材料表面粗糙程度的增加其闪络电压有上升的趋势,打磨方向垂直于电极连线方向的效果要优于打磨方向平行于电极连线方向。     

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。     

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。     

氢氟酸腐蚀对可加工陶瓷表面耐电的影响

为了解决真空中的沿面闪络现象制约真空绝缘系统的整体性能的问题,提出将一种具有优良的可加工性能及表面耐电性能的微晶玻璃(又称可加工陶瓷)引入真空绝缘领域,研究了氢氟酸的体积分数φ(HF)不同时处理可加工陶瓷样品前后其电学特性的变化。利用X射线衍射(XRD)技术,定性分析了φ(HF)不同时处理样品后表面的玻璃相的体积分数φ(GP);采用光电结合的方法,测量了φ(HF)不同时处理样品在真空高压脉冲下的沿面闪络特性。φ(HF)不同时处理可加工陶瓷后,其表面φ(GP)和真空表面耐电性能均改变;φ(HF)越高,则样品表面的φ(GP)越低,真空耐电特性越好。通过氢氟酸处理可以腐蚀掉样品表面的玻璃相,从而改变了脱陷电子的"爬电高度",进而影响了可加工陶瓷的真空表面耐电性能。     

纳秒脉冲下圆台形可加工陶瓷真空沿面耐电特性测试与仿真分析

真空中绝缘子表面的沿面闪络现象极大地限制了电真空设备的发展进程。为此,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,结合工程实际中经常采用圆台形绝缘结构,将其加工成不同角度的圆台形绝缘子,在ns脉冲电压下对试品进行了真空沿面耐电性能的测试,并分析了锥角对阴极三结合点处电场、表面电荷分布和初始电子运...     

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...     

环氧树脂试品局部粗糙度处理对其直流绝缘性能的影响北大核心CSCD

环氧树脂材料在电场作用下会出现表面电荷积聚现象导致沿面放电。为改善环氧树脂材料的直流绝缘性能,文中对环氧树脂试品表面进行局部粗糙度处理,开展闪络实验,探究局部粗糙度处理在空气、C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和SF_(6)3种气体环境中对环氧树脂试样闪络特性的影响。建立二维仿真模型,通过有限元法分析局部粗糙度处理后环氧树脂材料的表面电荷特性以及陷阱分布。根据闪络实验结果,粗糙面位置不同的环氧树脂试品的沿面闪络电压在3种气体中均随表面粗糙度的增加呈现先上升后下降的趋势,并在粗糙面位于中心且表面粗糙度为1.3μm时达到最大值。仿真结果显示,对于指型电极,环氧树脂材料表面积聚双极性表面电荷,当粗糙面位于试品中心时空穴陷阱和电荷陷阱的密度较小。因此可认为对环氧树脂的局部粗糙度处理能够改变其沿面闪络特性与表面电荷特性,通过合理选择粗糙面的位置以及粗糙度的数值可改善环氧树脂的直流绝缘性能。     

表面粗糙度对有机玻璃材料真空沿面闪络特性的影响

目前国内外关于绝缘材料的表面粗糙度对其真空中沿面闪络特性的影响尚无定论。为此以有机玻璃材料为研究对象,采用不同目数的砂纸制备不同表面粗糙度的样品,并进行了真空沿面闪络实验研究。结果表明:随着表面粗糙度的增加,有机玻璃的闪络电压呈现U型变化规律,即先减小后增大的变化趋势。同时,研究了打磨方向对有机玻璃闪络特性的影响。在粗糙度较大的情况下,合适的打磨方向可以明显提高闪络电压,尤其是垂直于电极方向打磨时,材料表现出闪络电压高、分散性小的特点;但在粗糙度较小的范围内,闪络特性受打磨方向的影响不明显,甚至有略微下降的趋势。结合实验结果,基于二次电子发射雪崩理论,从宏观和微观2个角度讨论了粗糙度对于绝缘材料闪络特性的影响机理,提出了表面粗糙度对于闪络影响的博弈模型。     

表面粗糙度对变电站绝缘子冲击闪络特性影响

为了研究表面粗糙度对绝缘子闪络特性的影响,使用了不同目数的砂纸对绝缘子表面进行均匀打磨,并利用激光共聚焦显微镜对绝缘子表面粗糙度进行量化处理。利用陡前沿冲击试验装置产生标准雷电冲击,并对不同粗糙度的绝缘子施加正负标准雷电波,观察了在不同极性的标准雷电波的作用下绝缘子沿面闪络电压和表面粗糙度的关系,并从实验得随着绝缘子表面粗糙度的增大绝缘子50%闪络电压逐渐降低,在正、负极性的标准雷电波新绝缘子即未经过砂纸打磨的绝缘子的平均50%击穿电压最高,分别为424.9 k V,429.1 k V,各个粗糙度下的绝缘子的闪络电压与未打磨的绝缘子的闪络电压的比值在半对数坐标系下与粗糙度的关系呈线性关系。     

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.     

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。     

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。     

Correlation between trapping parameters and surface insulation strength of solid dielectric under pulse voltage in vacuum

As well known, the surface conditions of solid materials strongly affect the flashover phenomena under high electric field. The artificial doping ingredients could change the energy distribution and the density of electron and hole traps. The trapping parameters in the surface layer have some influences on the surface insulation strength. In order to adjust different trapping parameters, the composite materials of epoxy resin intermingled with aluminum hydroxide are prepared. The trapping parameters of the samples with different filler concentrations are investigated through the method of measuring the surface potential based on the isothermal current theory. The surface insulation performance in vacuum of each sample is tested according to the flashover voltage under pulsed excitation. Based on the experiment, the correlation between the trapping parameters and surface insulation strength is discussed and some novel models are presented     

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。     

复合材料的陷阱参数对其在真空中高压脉冲下沿面闪络特性的影响

长期以来真空沿面闪络现象一直制约着真空绝缘材料性能的提高，极大地限制了高功率脉冲设备的小型化和实用化进程。该文针对环氧基复合材料引入真空绝缘的背景，研究了脉冲电压作用下，复合材料的表面陷阱状况对其沿面绝缘特性的影响。通过对Simmons等温电流理论的进一步推导，完善了利用表面电位衰减测量材料表层陷阱能量分布的理论和方法，并分析了填料浓度对于材料表层陷阱的影响机制。在已有的二次电子发射雪崩(SEEA)闪络模型基础上，强调了深电子陷阱在沿面闪络过程中的作用，并定性分析了此过程中的物理机制和影响因素。复合材料中的深陷阱对于抑制材料表面的内二次电子发射有一定的作用，通过提高深陷阱的密度可以在一定程度上提高沿面闪络电压。     

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。     

Influence of sintering temperature on the flashover performance of alumina insulators in vacuum

This paper reports on the influence of sintering conditions on the flashover/pre-flashover characteristics of alumina insulators in vacuum under an impulse voltage. Four kinds of alumina insulator were studied, which were prepared using the same formula with different sintering conditions. The surface pre-flashover and flashover phenomena of different samples in vacuum have been observed under impulse voltage. Based on the experimental results, the characteristics of pre-flashover and flashover vary with different kinds of test samples. It was found that the insulators with a higher sintering temperature had a lower flashover voltage, and more active preflashover. From a scanning electron microscope (SEM) analysis of alumina insulators, we conclude that the methods of preparing alumina samples can affect their microstructure resulting in a change in the pre-flashover and flashover performance as alumina insulators.