交直流叠加电压下硅橡胶内电树枝特性

直流电缆附件在运行过程中不仅要承受直流电压,还要承受因整流器件而产生的交流电压,在这种工况下,电树枝的引发和生长将不同于纯直流和交流的情况。在直流叠加交流电压下对硅橡胶中的电树枝进行了实验,研究了不同直流电压幅值对电树枝起始、生长和击穿特性的影响。实验结果表明:固定交流电压下,直流电压幅值的增加使电树枝起始电压先上升后下降;电树枝长度随着直流电压幅值增长基本呈现单一增长趋势,扩展系数随直流电压幅值增长而下降;当直流幅值相同时,正直流电压下电树枝的扩展系数均小于负直流下电树枝的扩展系数;随着直流幅值的增加,正直流电压下电树枝形态结构的变化趋势与负直流电压下的情况类似,试样的电树枝击穿概率增加,并且正直流电压对试样的击穿概率的影响较为显著。     

重复脉冲电压下变频牵引电机绕组绝缘的电树枝特性

变频牵引电机在快速发展的轨道交通运输中起重要作用，其在运行时需要承受高频脉冲电压的冲击，且绕组的绝缘温升较高，需采用高耐热性绝缘浸渍漆和绝缘带构成的复合绝缘系统。为此选用了两种常用的C级耐热浸渍漆，配合3种绝缘带构成层状复合绝缘电树枝试样，在不同重复率的双极性方波脉冲电压下，试验实时观测了电树枝的引发、形态特征和生长过程，对比研究了不同层状复合绝缘的电树枝化特征和破坏机理。试验对比和研究分析表明：电树枝在聚丁二烯树脂浸渍漆中的引发时间较长，径向生长速率明显更快，而有机硅树脂浸渍漆中的电树枝更容易引发，但引发后生长速度较慢；随脉冲电压重复率提高，电树枝更易引发，径向生长速率更快，但两种浸渍漆中电树枝的形态变化不同；3种绝缘带对电树枝的生长都具有显著的界面阻碍作用，且玻璃布补强云母带与聚酰亚胺薄膜和聚酰亚胺薄膜补强云母带相比，对电树枝生长的抑制效果最突出，更适用于高频脉冲电压作用下的变频电机或高频变压器绝缘系统。     

环氧树脂在低温环境下的电树枝生长特性EI北大核心CSCD

电树枝老化是导致电缆附件绝缘性能下降的重要原因。为解决该问题,重点研究了高温超导电缆终端环氧树脂绝缘材料在低温条件下的电树枝生长特点。分别在30、-30、-60、-90、-120、-196℃环境下进行实验,采用针-板电极对试样施加正极性脉冲电压,电压幅值为10、12、14 k V,频率为300、400、500 Hz。实验结果表明,低温下环氧树脂会产生2种结构的电树:树枝状和树枝-松枝混合状。低温对环氧树脂中电树枝的生长有抑制作用;然而一旦电树枝产生,低温下材料的劣化区域增加,从而对材料造成严重破坏。低温环境下脉冲电压的幅值和频率对电树枝生长的影响与室温时相似,增加脉冲幅值和频率均会加速电树枝的发展。     

不同温度下高压直流电缆纳米复合绝缘中的周期性直流接地电树枝特性

该文自主研发了一种以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)为基体,添加0.5 wt%纳米Mg O颗粒的新型高压直流电缆绝缘材料。为研究不同温度下该材料中直流接地电树枝特性及其影响因素,对该材料和某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料进行了20~80℃下不同极性不同电压幅值的周期性直流接地电树枝实验。结果表明:电子比空穴更易注入,且在材料中拥有更大的平均自由程,因此负极性下电树枝比正极性下更易引发,且生长更为分散;纳米Mg O的添加增加了材料中的陷阱密度,减弱了电荷注入,故纳米Mg O/XLPE绝缘材料表现出更好的抗电树枝化性能;温度升高增强了电荷注入与脱陷,提高了电子平均自由程与电荷分布均匀度,使电树枝更容易引发和生长,且形态更加茂密。由此可见,电压极性与温度的改变,以及纳米Mg O的添加均会对材料中的周期性直流接地电树枝的引发与生长产生影响。     

脉宽调制电压对环氧树脂电树引发及生长特性影响研究

工作在脉宽调制电压下的电力电子器件承受高频脉冲电应力,其绝缘封装可靠性已成为制约电力电子器件向高频、高功率密度发展的重要因素。作为绝缘封装的重要材料,环氧树脂在脉宽调制电压下的绝缘性能值得关注。对此,在峰峰值12 k V的脉宽调制电压下,试验研究了脉冲上升时间、载波频率和热效应对环氧树脂电树引发和生长特性的影响规律。在温度20℃、上升时间70～150ns、载波频率0.5～2 k Hz条件下的大量电树引发和生长特性表明:一定电压幅值下环氧树脂电树引发概率受电压上升时间影响显著,上升时间越短,电树引发概率越高;上升时间减小可能引起电极注入载流子能量增加,从而提高了电树引发概率。电树引发后生长特性主要受载波频率影响,载波频率增大,单位时间内载流子复合次数可能增加,从而加速了电树生长。研究同时发现:上升时间对电树形态影响显著,较小上升时间下电树呈丛林状,随着上升时间增大逐渐演化为树枝状。在上升时间110 ns、载波频率1 k Hz、温度20～50℃的结果表明:温度升高既会增加单位时间内载流子入陷或复合释放的能量;也会降低聚合物局部链段松弛性,致使材料破坏应力阈值下降,从而影响电树引发、生长和形态。与相同频率和峰峰值的正弦电压相比,脉宽调制电压下电树引发概率和生长速度明显增大。表明相较于传统正弦电压,高频脉宽调制电压更易引发、促进绝缘电树老化,必须根据脉宽调制频率、上升时间和热效应加强绝缘或优化绝缘设计,以提升电力电子系统绝缘可靠性。     

邻近直流导线时交流电晕电流脉冲特性试验

本文搭建交直流并行线路电晕放电试验平台,研究邻近直流电压时交流单点电晕放电下的电晕电流脉冲特性。并对交流电晕电流脉冲的分布模式、重复频率以及波形等特征参数进行统计分析。试验结果表明,邻近的正极性直流电压会促进交流负半周电晕放电而抑制交流正半周电晕放电,邻近的负极性直流电压作用正好相反。直流电压对交流负半周电晕电流脉冲波形参数无明显影响,而正半周电晕电流脉冲的幅值会随负极性直流电压的增加有所升高。同时发现,随着交流电压幅值的升高,促使其正半周发生电晕放电所需要的负极性直流电压幅值也相应地升高,并基于电晕放电的发展过程中电离强度的计算提出种子电子的缺失是造成该现象的原因。最后,在电晕放电离子云模型基础上,提出脉冲序列发展的过程中电离区域电场强度恒定不变的假设,从而对邻近直流电压影响下的交流电晕电流脉冲波形参数特性给出了合理的解释。     

直流叠加交流电压下交联聚乙烯中电树枝特性研究

电树枝在直流电压和交流电压下具有明显不同的引发和生长特性。为了研究直流电缆系统中直流成分和交流成分对电树枝特性的影响,该文研究了直流叠加交流电压情况下电树枝的引发和生长特性。研究结果表明,交流分量的引入极大地降低了电树枝的引发电压,并使得电树枝的生长速度较单纯直流电压下大大增加。直流叠加交流复合电压下电树枝的引发主要受交流分量的影响,而直流电压对其影响较小。负极性直流偏置电压下,电树枝主要为双结构的松枝状树枝,生长速度较慢,且直流电压的增大并未对其生长速度造成明显影响;而正极性偏置电压下,电树枝分支较少,生长速度较快,生长速度随着电压的增大而迅速增加。实验结果表明直流电缆系统中若存在较大的交流分量,将对直流电缆系统的绝缘安全构成较大威胁。     

ns脉冲下有机玻璃电树枝的引发特性

脉冲功率装置中绝缘材料的老化问题影响装置的安全性、可靠性及效率,电树枝老化是最主要的老化方式之一。为此总结分析了目前高聚物绝缘材料中电树枝老化现象、电树枝引发影响因素的研究成果,进行了不同重复频率(75~300 Hz)、不同电压等级ns脉冲(半高宽70 ns)下有机玻璃电树枝老化特性的实验,重点研究了在不同条件下有机玻璃中电树枝引发阶段的特性,最后总结讨论了电树枝的引发条件和影响因素。实验表明不同频率ns脉冲下有机玻璃中电树枝引发的起始电压高于交流,低于直流,频率升高,电树枝起始电压有下降趋势;不同时刻有机玻璃的电树枝引发率,基本上随着电压等级的上升而下降;电子轰击、空间电荷分布和电机械应力对绝缘材料的电树枝引发具有关键作用,而在高频的脉冲强场下电机械应力起主要作用。     

添加纳米MgO对交联聚乙烯中直流接地电树枝的影响

对交联聚乙烯(cross linked polyethylene, XLPE)材料与质量分数为05%的 MgO/XLPE纳米复合材料分别进行了直流接地电树枝实验与基于电声脉冲法的空间电荷测量。电树枝实验表明,正极性下MgO/XLPE纳米复合材料表现出更高的50%电树枝引发电压;空间电荷测量结果表明XLPE中有更多同极性电荷注入,说明纳米颗粒的添加阻碍了针尖处同极性电荷的注入与抽出,进而阻碍了电树枝引发。正极性下MgO/XLPE纳米复合材料表现出更小的平均电树枝长度与宽度,这是由于高场强区产生的载流子与纳米颗粒发生碰撞,导致电树枝生长较慢。此外,正极性下MgO/XLPE纳米复合材料中平均电树枝长宽比随电压升高下降更快,这是由于电树枝无法穿透纳米颗粒,只能从其表面绕过,导致了电树枝通道方向的改变与细小分枝的产生。     

环氧树脂在低温环境下的电树枝生长特性

电树枝老化是导致电缆附件绝缘性能下降的重要原因。为解决该问题,重点研究了高温超导电缆终端环氧树脂绝缘材料在低温条件下的电树枝生长特点。分别在30、-30、-60、-90、-120、-196℃环境下进行实验,采用针-板电极对试样施加正极性脉冲电压,电压幅值为10、12、14 k V,频率为300、400、500 Hz。实验结果表明,低温下环氧树脂会产生2种结构的电树:树枝状和树枝-松枝混合状。低温对环氧树脂中电树枝的生长有抑制作用;然而一旦电树枝产生,低温下材料的劣化区域增加,从而对材料造成严重破坏。低温环境下脉冲电压的幅值和频率对电树枝生长的影响与室温时相似,增加脉冲幅值和频率均会加速电树枝的发展。     

重复短脉冲及方波电压频率对变频电机绝缘局部放电统计特性影响

为研究重复短脉冲及方波电压频率对局部放电统计特性的影响规律,采用不同频率的重复短脉冲及方波电压对变频电机漆包线绞线对进行测试,得到了两种电压条件下频率对局部放电幅值及相位的影响规律。结果表明:在重复短脉冲及方波电压下,频率升高造成表面积累电荷衰减减小,促使初始电子出现概率增加,从而导致局部放电幅值减小;放电相位随频率变化可能会受到电压极性的影响,在高频重复短脉冲电压下放电相位延迟,在高频重复方波电压下放电相位提前;在重复方波电压下的放电幅值为0.2~2 V,高于重复短脉冲下的放电幅值。根据研究结论,在依据国际标准对变频电机绝缘性能进行检测时,为提高信噪比,推荐采用频率较小的重复方波电压。     

直流电压下气固交界面表面电荷积聚现象的实验分析

为了研究直流电压下气体绝缘设备中气固交界面的表面电荷积聚现象,采用电容探头法对施加了直流电压后的盆式绝缘子进行了表面电位的测量,并通过数值计算得到了不同电压幅值和电压极性下的表面电荷分布.实验结果表明,整个系统中的最大场强未达到空气的起始放电场强时,绝缘子表面没有明显的电荷积聚.而当最大场强超过空气的起始放电场强时,电...     

直流叠加高频谐波下交联聚乙烯的电树枝引发特性研究

复合电压中交流谐波分量的引入给直流电缆的安全带来了严重隐患,在实际直流系统中谐波频率可达千赫兹。为研究复合电压中高频谐波对电树枝引发特性的影响,在0.5～3 kHz交流谐波频率范围内正、负极性偏置电压下对XLPE材料进行了电树枝引发实验。结果表明:负极性直流偏置电压下电树枝比正极性直流偏置电压下更易引发,并且负极性直流偏置电压下电树枝的扩展系数更大。正极性下电树枝形态为枝状,分支较少,存在一条明显主干树枝,通道颜色较浅,电树枝长度增长较快;而负极性下电树枝形态为松枝状,有较多分支,通道颜色较深,电树枝长度增长缓慢。交流谐波电压频率或幅值的增加均会促进电树枝的产生和生长,因此直流系统中的高频谐波分量会对直流电缆绝缘系统构成潜在威胁,直流电缆在运行过程中应避免高频谐波的存在。     

高重复频率的ns气体火花开关

针对气体火花开关工作频率低的缺点,以μs级上升时间和脉宽的单极性高压脉冲作为初级脉冲,通过ns火花开关的作用,得到频率为几千Hz、脉宽和上升时间都为ns级的重复脉冲。分别改变开关的工作气压、气体成分及直流偏置等工作条件,在不同的原始脉冲的间隔时间(200～1000μs)下,测量了两个连续脉冲的幅值和作用时间,进而研究了不同频率下开关工作条件对电压恢复特性的影响,并根据残余电荷的运动及分布,对其进行了讨论。结果表明:提高开关工作气压、掺入适量的SF6及施加合适的偏置直流电压都将改善开关的电压恢复特性。     

单极性纳秒脉冲介质阻挡放电电荷传输特性实验分析

单极性高压脉冲电源激发介质阻挡放电（DBD）产生非平衡态等离子体具有很好的前景。为此,基于单极性ns脉冲电源实验研究了DBD电荷传输特性。通过改变实验条件,同时也研究了不同情况下放电的电荷传输以及能量消耗。研究了介质阻挡层厚度、介质阻挡层材料、气隙距离、施加脉冲电压幅值、重复频率和电压极性对放电电荷传输特性的影响。实验...     

直流预压幅值及时间对XLPE中接地电树枝引发特性的影响

为了研究直流预压对交联聚乙烯中直流接地电树枝引发特性的影响,在不同预压时间下进行了不同电压的直流接地电树枝试验。结果表明:直流接地电树枝的长度随着预压幅值的增加而增大,并且具有明显的极性效应。当直流预压幅值较低时,接地电树枝的长度随预压时间的增加变化较小;当预压幅值远高于接地电树枝的引发电压时,接地电树枝的长度随预压时间增加而显著增加;负极性接地电树枝的长度远大于正极性接地电树枝,且生长分散性更大。     

直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0～20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。     

正弦和重复方波电压下变频电机绝缘局部放电特性对比

为对比研究正弦和重复脉冲电压下变频电机绝缘的局部放电特性,基于超高频测试技术搭建了两种电压条件下电机绝缘的局部放电测试平台。利用该平台,分别在正弦及200 ns上升时间的重复脉冲电压下,对低压变频电机漆包绝缘单点放电模型进行了局部放电测试,对比分析了正弦和重复脉冲电压下的局部放电单个脉冲的时频幅值、相位分布及频域能量分布、多个脉冲的统计谱图等特性,研究结果发现:对于相同峰峰值和频率的重复方波和正弦电压,重复方波电压下变频电机绝缘局部放电幅值及耐电晕寿命分别约为正弦电压下的10倍及1/3,且相位、时频域统计特性存在明显差异,在基于国际电工委员会标准对变频电机绝缘系统进行评估时,必须依据重复方波脉冲对放电特性及耐电晕寿命影响规律,重新考虑局部放电测试及耐电晕系统的设计。     

XPLE电树枝生长过程中局部放电SHF信号特性研究

交联聚乙烯(XLPE)电缆中电树枝的生长伴随局部放电(PD)的产生,二者间存在一定关联。XLPE材料绝缘强度较高,其中发生的PD在超高频(SHF,3～30 GHz)频段的信号幅值相对较高。文中采用基于针-板电极结构和XLPE绝缘材料的试样,在不同温度和电压下对电树枝生长过程中的形态和PD的SHF信号进行同步检测,分析了电压与温度条件对二者的影响,并研究了二者间的特征关系。研究表明XLPE中电树枝的长与宽和温度与电压呈正相关,电压较低时对分形维数较低,较高时分形维数无明显变化。SHF信号幅值也与温度和电压呈正相关关系,电压较高时,信号幅值呈现先增大再减小至平缓趋势,频率在电压较低时信号有一定程度下降。电树枝生长情况和SHF信号的幅值呈正相关关系,且当电树枝生长速度较快时,SHF信号的频率也会升高。     

交流与脉冲电压联合作用下环氧树脂表面电荷的动态特性

气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子通常采用环氧树脂浇注而成,在交流和脉冲电压的联合作用下,表面容易产生电荷积聚,进而引起沿面闪络。为了研究交流与脉冲电压联合作用下的环氧树脂表面电荷动态特性,使用针-板电极系统向环氧树脂试样表面注入电荷,然后使用静电电位计测量其表面电位衰减过程。在相同交流电压下,研究叠加不同脉冲幅值、脉冲极性以及脉冲个数对表面电荷动态特性的影响。研究表明,交流电压与负脉冲电压前后叠加作用时,试样的初始表面电位绝对值随着脉冲幅值的增加先减小后增大;交流电压与正脉冲电压前后叠加作用时,试样的初始表面电位随着脉冲幅值的增加由负值变为正值;此外,脉冲个数对初始表面电位和表面电荷的消散速率也会产生很大的影响。