氧化锌压敏电阻片的热刺激电流测试研究

热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)技术是研究各种电介质缺陷及其特性的有效手段,开展氧化锌压敏电阻片的TSC特性研究对于研制高性能氧化锌电阻片有重要意义。开展氧化锌压敏电阻片的热释电电流以及不同极化电压、不同极化时间、不同极化温度和不同升温速率条件下的TSC特性的试验研究,并根据测试结果分析不同试验条件下氧化锌压敏电阻的陷阱电荷量、陷阱能级等的变化情况,初步认为在所研究温度范围内的TSC是通过陷阱电子表现出来的。在上述试验分析的基础上,确定一种合适的氧化锌压敏电阻TSC试验参数,为后续研究提供参考。     

纳米复合绝缘材料的热剌激电流测试研究

研究纳米复合聚酰亚胺薄膜热剌激电流(TSC)测试的影响因素和陷阱参数计算方法，并对不同样本和不同老化条件下的TSC结果进行分析。通过对不同的测试条件(包括不同的数据平滑方法、极化温度，极化电压、极化时间等因素)的TSC曲线特征分析，研究不同测试条件对纳米复合绝缘样本TSC测量结果的影响，并用高斯拟合对TSC曲线进行峰分离和陷阱参数计算。根据这些结论，对不同样本和老化条件下的热刺激电流特征进行分析和比较，得到热刺激电流和PWM脉冲电压下绝缘微观特征之间联系。结果表明，测试条件对TSC结果有明显影响，合适的测试方法有助于研究纳米复合聚酰亚胺薄膜在PWM电压作用下的微结构变化。     

硅橡胶在不同电晕老化阶段下的表面电荷对沿面闪络的影响

为深入探究硅橡胶电晕老化后的表面电荷变化及其对沿面闪络的影响,首先通过多针–板电极对硅橡胶试样进行电晕老化。通过测量不同老化时间下硅橡胶的表面电荷分布以及一定老化时间下硅橡胶在外加电压为零至闪络过程中的表面电荷分布,探究了硅橡胶在不同老化阶段的表面电荷变化以及电晕老化后硅橡胶的沿面闪络。最后通过热刺激电流试验、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱分析方法研究试样在电晕老化过程中微观电特性与物化缺陷的变化,并讨论了电晕老化后硅橡胶的陷阱特性对其表面电荷的影响。研究结果表明:随着电晕老化时间的增加,硅橡胶的陷阱能级加深、陷阱电荷量增加,同时硅橡胶表面俘获载流子能力增强、表面电荷增多;随着外加电压的提高,硅橡胶的表面电荷最大值逐渐向两电极间距离最小处移动,直至局部放电贯穿两电极,发生闪络。因此可知,随着电晕老化时间的增加硅橡胶的表面带电能力增强,表面电荷引发的局部放电更剧烈,是导致硅橡胶闪络电压降低的原因。     

电晕强度对HTV硅橡胶陷阱特性的影响

高温硫化(HTV)硅橡胶因具有优异的憎水性、憎水迁移性、憎水恢复性及其它显而易见的优越性而被广泛用作电力系统中合成绝缘子的外绝缘材料。为此,采用热刺激电流(TSC)技术对HTV硅橡胶在不同电晕强度老化后的陷阱特性进行了系统的试验研究,同时观测了硅橡胶在相应老化阶段表面形态的变化。试验结果表明,在不同的老化阶段,硅橡胶的陷阱特性变化呈现出不同的特点。随着电晕强度的增加,陷阱电荷量总体上呈增多趋势;在电晕作用时间较短时陷阱能级随电晕强度的增加而产生较小的变化;在电晕作用时间较长时,陷阱能级在电晕强度达到一定值时将被加深,之后随电晕强度的增加而逐渐变深。结合硅橡胶的扫描电子显微镜(SEM)结果,分析可知,电晕强度及电晕作用时间通过影响轰击硅橡胶表面的带电粒子的能量和持续时间,对其表面形态产生作用,进一步地引起硅橡胶陷阱分布特性的变化。     

基于正交试验的复合绝缘子电晕老化特性

为研究气压、湿度及老化时间对硅橡胶复合绝缘子电晕老化过程的影响,首先构建气压、湿度可调的硅橡胶电晕加速老化试验平台,采用正交试验法开展了硅橡胶材料的电晕老化试验,对老化后的试样进行了热刺激电流(TSC)测试、扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)测试。基于陷阱电荷量的极差结果表明:气压水平的变动对陷阱电荷量的影响最大,其次是湿度和老化时间;同时,通过TSC和SEM分析发现,低气压下,湿度越高,试样的陷阱电荷量越多,且老化时间越长,湿度的影响越显著;随着气压的升高,湿度对陷阱电荷量的贡献逐步减少,而与老化作用时间有关,老化时间越长,试样的陷阱电荷量越多。同时,通过TSC测试、SEM和FTIR测试得到的老化程度排序结果并不一致,而TSC测试结果能够更全面地体现由于材料物化缺陷而导致的电晕老化特性。因此,可将TSC测试结果作为老化程度的有效判据。     

基于热刺激电流的硅橡胶合成绝缘子老化诊断方法初探

初步研究了用热刺激电流(TSC)技术进行硅橡胶合成绝缘子老化状态评估诊断的可行性。首先研究各种试验参数对硅橡胶合成绝缘子TSC特性的影响，结合不同测试条件的硅橡胶绝缘子陷阱电荷趋势图，确定一种合适的TSC试验参数，并在此给定的试验参数下，对比研究同一厂家新旧2批合成绝缘子的TSC特性。初步试验发现，新旧绝缘子的TSC测试结果明显不同。结合绝缘子的憎水性测试及微观结构分析发现，TSC测试结果与憎水性、微观结构之间存在一定联系。研究结果表明，如果深入系统地研究TSC特性与老化特性之间的关系，TSC技术有可能成为硅橡胶合成绝缘子老化程度评价及诊断的新方法。     

基于热刺激电流的大电机VPI主绝缘电老化特性

为了研究大型发电机定子线棒主绝缘在不同电老化阶段的老化机理,利用热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)法对少胶真空压力浸渍(vacuum pressure impregnating,VPI)定子线棒绝缘进行研究。主要分析了VPI绝缘TSC峰的形成机理,计算了不同TSC峰的特征参数,利用傅里叶红外光谱(Fouriertransforminfraredspectroscopy,FTIR)分析了绝缘材料含有的胶黏剂的基团变化,利用扫描电镜(scanningelectronmicroscopa,SEM)观测了微观状态下材料形貌变化。试验结果表明:在所测–40～120℃区间内,VPI绝缘TSC谱为1条由转向极化和界面极化引起的双峰曲线,峰值温度分别在–5℃和70℃附近。随着电老化时间的增加,转向极化峰活化能略有下降,界面极化峰活化能明显上升,各峰曲线幅值及释放电荷量均有不同程度的增加。因此该研究结果为利用TSC法分析定子线棒主绝缘老化机理奠定了基础。     

纳米蒙脱土改性绝缘纸板的介电特性

为研究陷阱参数对纳米蒙脱土(MMT)改性绝缘纸板介电特性的影响,探索出实验室制备纳米MMT改性绝缘纸板工艺。研究了其力学性能及介电特性随纳米掺杂比例的变化规律,借助热刺激电流(TSC)法测量了不同掺杂比例下改性纸板的陷阱参数,分析了纳米掺杂对改性纸板力学性能及介电特性的影响机理。试验结果表明:随着MMT纳米掺杂比例的提高,改性绝缘纸板的介电常数和机械抗张强度呈现先降低后升高的趋势。纳米MMT的掺杂使纸板电导率增加,其非线性拐点对应电场强度随纳米掺杂比例的提高逐渐降低。击穿场强随纳米掺杂比例的增加呈先增后降趋势。借助能带理论分析得出,陷阱电荷量的增加将导致改性纸板的非线性电导率上升;陷阱深度的增加将提高改性纸板击穿场强,陷阱特性是影响改性纸板介电特性变化的主要原因。     

电缆运行老化过程对其空间电荷行为的影响

高压电缆长期运行会使得绝缘层逐渐老化,在外加电场下内部空间电荷的行为也会发生很大变化。为研究此变化,基于脉冲电声(PEA)法测试了不同运行年限电缆绝缘层的空间电荷分布,探究了电缆运行老化对绝缘层空间电荷特性变化的影响。结果表明:在极化阶段,老化试样的电荷注入饱和所需时间更长,阳极内侧和试样内部均会积累负极性电荷;不同试样的电荷积累曲线差异较小,电荷注入饱和后的电荷量几乎无差异;在去极化阶段,老化试样的正极性电荷消散变慢,负极性电荷消散变快;老化越严重则初始电荷量越大,与极化阶段末端时刻电荷的比率也越大,电荷消散曲线反映出的陷阱能级也加深。分析可知,异极性电荷积累,去极化阶段初始时刻电荷跃变及陷阱最大能级深度,都很好地反映了不同运行年限电缆绝缘层空间电荷的差异。     

GIS用环氧浇注材料的介电松弛特性研究

为研究GIS用环氧浇注绝缘件试样在不同温度下的介电松弛特性,采用差示扫描量热(DSC)、宽频介电谱(BDS)以及热刺激电流(TSC)分别测试了试样的玻璃化转变温度(Tg)、介电松弛和陷阱分布。结果表明:升温速率为20℃/min时,环氧试样的玻璃化转变温度为118.08℃;环氧试样在不同的温度区间存在3个松弛过程,分别对应着环氧材料本征β松驰、α松弛及载流子在高温下的脱陷过程;TSC高温区域陷阱的活化能为1.5eV,与介电谱图中150℃出现的损耗峰活化能1.28eV接近,为载流子入陷与脱陷所致。介电温谱的试验结果反映了介电常数和介质损耗随温度的变化关系,与宽频介电谱试验和TSC试验结果相对应。通过研究环氧浇注件松弛极化过程及陷阱分布,为提高传统环氧树脂复合材料的电气性能提供技术支持。     

TSC测试中寄生电流的特性研究

热刺激电流测试(TSC)中寄生电流的存在对测试结果会产生一定的影响.通过对TSC电极系统的热电效应测试和聚酰亚胺的寄生电流、TSC测试,分析了寄生电流产生的机理及特性,探讨了寄生电流对TSC测试的影响.研究表明寄生电流主要由聚酰亚胺中的恒偶极子松弛产生,热电效应和聚酰亚胺内部陷阱电荷释放并非主导因素.当聚酰亚胺内部结构发生变化时,寄生电流将改变.寄生电流叠加于TSC电流中,严重影响了TSC测试精度,为消除其影响可扣除TSC电流中的寄生电流.     

针尖曲率半径对硅橡胶电树枝老化特性的影响

针对硅橡胶材料电树枝老化特性展开了试验研究。采用针板电极结构,测量了不同针尖曲率半径的起树电压和电树枝形态。结果表明,硅橡胶的起树电压较低,抗电树枝老化性能较差,导致了硅橡胶预制式电缆附件故障频发;硅橡胶中的起始电树枝多以单枝状的通道形成为标志,随后发展为4种不同的电树枝形态。进而提出了硅橡胶电树枝形态发展模型,并以此讨论了不同形态的电树枝老化特性。研究还发现,现场实际运行的硅橡胶预制式电缆附件故障解体后发现了单枝通道起始电树枝,其在运行电压作用下容易发展为细枝型形态,但同样会引发电缆附件的击穿。试验结果为现场故障分析提供了参考依据。     

硅橡胶电晕老化热刺激电流特性的正交试验研究

为研究硅橡胶复合绝缘子电晕老化过程中多因素的作用,采用正交试验法开展了电晕电压、老化时间及相对湿度3个因素作用下硅橡胶材料的电晕老化试验,对老化后的试样进行了热刺激电流测试。采用极差分析法对试验数据进行分析,发现电晕电压水平的变动对陷阱电荷量的影响最大,其次是老化时间,相对湿度对老化程度的影响最小;而采用方差分析法可知:电晕电压和老化时间对试验指标具有显著影响,且电晕电压的影响显著性较老化时间大,相对湿度的影响最不显著。     

合成绝缘子材料的TSC试验研究

通过采用热刺激电流法对合成绝缘子材料进行热刺激电流(TSC)的探索性对比测试,力图探索热刺激电流法在评价合成绝缘子特性中的应用可能性.文中对比了同一厂家的两批合成绝缘子试样的TSC特性,初步的试验发现,新旧合成绝缘子之间的TSC测试结果是明显不同的,结合试样的憎水性试验以及微观结构的分析,表明TSC测试结果在一定程度上能够与合成绝缘子材料的老化联系起来.通过深入系统的研究合成绝缘子的TSC特性和合成绝缘子材料的老化特性之间的关系,将能够为合成绝缘子老化特性及老化程度的评价提供新的方法.     

Investigations on charge storage and transport in plasma-depositedinorganic electrets

The storage and transport of charges in plasma deposited inorganic electrets with low mechanical stress were investigated under different conditions. Silicon dioxide, nitride and oxynitride were chemically deposited on Si substrates by means of a radio frequency (13.56 MHz) plasma system. The samples were negatively charged by the constant voltage corona method. The surface potential was observed during aging at room temperature, at elevated temperatures of 200, 250 and 300°C and at a relative humidity of 95% at 60°C. The thermal activation process was examined by thermally stimulated discharge (TSC) measurements. Silicon oxynitride possessed the highest charge stability during the different experiments, correlating with the current maximum located at ~400°C. The charge transport in silicon dioxide, with a current maximum located at ~330°C, was described by a theoretical model which considered the drift and the partial retrapping of free charges in the bulk. Despite treatment with hexamethyldisilazane, it was not possible to stabilize the surface potential of silicon nitride samples even at room temperature     

Thermally-stimulated current and dielectric loss measurement ofpolypropylene and Teflon-FEP films immersed in diarylethane

Some properties of oil/PP (biaxially stretched polypropylene) and oil/FEP (Teflon FEP) composite insulators have been investigated with TSC (thermally stimulated current) techniques. The oil/PP system showed three TSC peaks originating from carriers captured in the swollen surface region of the PP. The TSC spectra depended strongly on the polarity of the poling voltage and on the impregnating temperature. Their analysis yielded information on the carrier traps existing near the PP surface in the oil/PP interface region. On the other hand, the TSC spectrum of the oil/FEP system has a small impregnating temperature dependence and a small effect of the poling voltage polarity. The difference in TSC between oil/PP and oil/FEP systems is closely related to the difference in the oil-polymer interaction. The TSC is a useful method for investigating carrier traps in the surface region and their change due to the oil-polymer interaction. To investigate further the relation between the carrier traps and tanδ, collecting bias TSC was measured on a specimen to which an ac voltage was applied. The results indicate that the decrease in tanδ during the ac voltage application depends on the amount of trapped carriers near the polymer's surface or, the decrease in carriers in the oil     

The relation of trap distribution of alumina with surface flashover performance in vacuum

Alumina ceramic samples prepared under different sintering temperatures and varied additives were measured to indicate the trap density and trap energy located in alumina materials by using thermally stimulated current (TSC). The surface charges on alumina in vacuum after applying a negative pulse voltage (0.7/4 /spl mu/s), and flashover performances of the materials in vacuum also were measured. We found that the trap distribution in alumina has a correlation with surface charges and flashover performances in vacuum. It is shown that the higher is the trap density in the material, the higher is the surface charge density, and the lower is the flashover voltage on alumina surface. It is believed that the trapping and de-trapping mechanisms of carriers could play an important role during the development of the discharge processes, together with the secondary electron emission mechanism.     

多脉冲均匀介质阻挡放电特性的仿真及实验研究

为了简化实验,优化反应器设计,扩大均匀介质阻挡放电的应用范围,基于用电压控制电流源(VCCS)模拟均匀放电过程的介质阻挡放电(DBD)等效电路模型,利用Simulink建立了大气压多脉冲均匀DBD的动态仿真模型。模型中采用适于表征均匀DBD的VCCS激励信号,建立了开关控制模块再来对VCCS进行控制,从而实现对放电电流脉冲个数的调节。利用所建模型对大气压氖气中平板电极结构DBD的电气特性进行了仿真,得到了不同条件下多脉冲均匀DBD的电压电流波形以及Lissajous图形。同时,建立了大气压氖气中DBD实验装置并对不同电压幅值下的放电特性进行了实验研究,还将仿真与实验所得到的结果进行了比较。结果表明,利用所建模型仿真得到的电压电流图形和Lissajous图均与实验测量结果相符合,验证了仿真模型的正确性。利用仿真模型进一步计算得到了实际实验过程中无法直接测量获得的放电参量,如气隙电压、介质电压、放电电流、放电功率、传输电荷等。由仿真得到的伏安特性曲线可知,氖气中多脉冲放电除第1次脉冲放电为Townsend放电转化为辉光放电,其余脉冲放电皆为辉光放电。