直流条件下PMMA的沿面放电参数与表面特性研究

为研究负极性直流条件下空气中聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的沿面放电参数和表面特性,分析了电极距离对闪络电压的影响,并采用韦伯(Weibull)概率分布分析了0.1%概率的沿面闪络电压。观察并分析了闪络前后材料表面的物化特性。结果表明:随着闪络次数的增加,材料粗糙度增大;距离电极越近,材料表面损伤越明显;材料老化后决定其闪络电压大小的主要因素是材料表面的微观形貌和化学特性。     

聚合物绝缘材料直流闪络特性及表面形貌实验研究

研究绝缘材料沿面闪络特性及闪络过程中材料表面形貌的变化,可以为提高绝缘材料沿面耐压性能及材料表面改性处理提供参考。文中采用正极性直流电压源,对大气环境下聚四氟乙烯(PTFE)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的沿面闪络特性及闪络前后表面形貌进行了实验研究。结果表明:绝缘材料直流闪络电压近似服从韦伯分布,可借助韦伯分布统计方法求出任意概率下的闪络电压。采用三维显微镜及原子力显微镜观测了闪络前后材料的表面形貌,发现材料表面的放电痕迹均在阴极附近更为严重,并且闪络后材料表面出现连续状沟壑,表面起伏变大、粗糙度变大。文中分析表明,绝缘材料的沿面闪络电压受电场畸变程度及材料表面形貌特性的影响,可为提高聚合物绝缘材料的沿面耐压性能提供一定的参考。     

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。     

空气中直流条件下聚甲基丙烯酸甲酯沿面闪络实验

为研究直流条件下沿面闪络现象及其对绝缘材料的影响,搭建沿面放电系统,对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）进行了不同电极间距下的沿面放电实验,并对放电前后材料表面的形貌特征、水接触角和表面成分进行分析。结果表明：施加电压过程中,电极附近会出现浅紫色光晕,随着放电距离的增大,闪络电弧的波动性和强度增强。放电后,电极之间形成明显的放电痕迹,越靠近阴极,痕迹越明显。随着放电次数的增加,材料表面呈现淤泥状,粗糙度增大,水接触角降低。材料表面的C1s含量降低,O1s含量升高,大量的C-C键断裂,生成C-O键、O-C=O键等亲水性基团,进一步提高了材料的亲水性。分析表明：材料表面微观形貌和表面元素对闪络电压有一定影响,对材料改性以提高闪络电压具有一定指导意义。     

表面电荷对典型聚合物绝缘材料直流闪络电压的影响

积聚在聚合物绝缘材料上的表面电荷是导致电场畸变、诱发沿面闪络的重要原因。研究表面电荷对聚合物绝缘材料沿面闪络电压的影响,对于保障电气设备的绝缘安全具有重要意义。选取聚四氟乙烯、环氧树脂和硅橡胶为试样,通过针–板电极向试样表面注入电荷,采用静电电位计测量表面电荷密度,分析表面电荷积聚、衰减特性。测量有、无表面电荷及电荷衰减过程中不同时刻的直流闪络电压,计算表面电荷对闪络电压的静态和动态影响指数Lindex和Sindex,评估表面电荷对闪络电压的影响。结果表明:充电完成时表面电荷对各材料闪络电压的影响程度为:环氧树脂硅橡胶聚四氟乙烯;表面电荷衰减期间其对各材料闪络电压的影响程度为:硅橡胶环氧树脂聚四氟乙烯。     

空气中微秒脉冲沿面放电对环氧树脂表面特性影响研究

为了获得常压条件下绝缘支撑材料环氧树脂的沿面闪络特性,通过微秒脉冲下连续沿面放电对环氧树脂表面造成老化损伤,获得老化前后的环氧树脂沿面闪络特性数据。在脉冲电压幅值为18 k V、频率为100 Hz、电极间距为10 mm的情况下,对环氧树脂表面进行沿面放电老化处理,对不同放电老化时间下的表面形貌、粗糙度及水接触角进行测量,分析放电对材料表面的老化影响。结果发现,放电老化后环氧树脂表面疏松,且有大量突起颗粒形成,表面极易吸水。此外对老化前后的环氧树脂表面进行闪络实验,结果发现,表面闪络电压随老化时间出现先降低后升高的现象。相关实验结果及分析为研究环氧树脂的沿面耐压性能提供了一定的参数数据。     

重复频率微秒脉冲电压下多间隙气体开关级间绝缘子沿面闪络特性

多级间隙气体开关是高功率微波装置中的关键器件,其中级间绝缘子沿面绝缘强度是影响开关稳定性和寿命的关键因素之一。文中模拟级间绝缘子实际工作条件,对平行平板电极中的圆柱形绝缘子试样施加重频微秒脉冲电压,开展闪络电压、闪络时延以及沿面寿命的实验研究。结果表明：气/固介电常数差异加剧电场畸变,使得闪络电压随着绝缘子材料介电常数增大而降低,SF6中不同材料闪络电压的差异小于空气中;由于累积效应,闪络电压和闪络时延随着重复频率增加整体呈下降趋势;相同欠压比下,绝缘子沿面寿命随着气压升高而增长,SF6中沿面寿命高空气中一个数量级,介电常数较大的材料具有更优异的沿面寿命;SF6与空气闪络路径的差异导致SF6中沿面闪络特性具有与空气中不同的特点,闪络放电分散性低于空气中,重频脉冲作用下材料表面光电发射作用更为显著,连续闪络中劣化猝发等。该研究为级间绝缘子沿面绝缘设计和绝缘材料筛选提供了理论依据。     

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。     

电场分量对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电特性的影响

油纸绝缘沿面放电现象与绝缘纸板表面的电场分布关系密切,因而使用无背面电极和有背面电极两种结构,研究了电场分量对交直流复合电压下油纸绝缘沿面放电特性的影响机制。研究结果表明:随着直流电压分量的不断增加,油纸绝缘的沿面闪络电压逐渐上升,且交流电压下的闪络电压最低;无背面电极结构下沿面闪络电压无极性效应,有背面电极结构中存在极性效应,且负极性直流电压分量作用下,由于纤维素中羟基的强电负性影响,致使沿面闪络电压较低;无背面电极结构时的闪络电压约为有背面电极结构时闪络电压的1.5倍,分析认为由于载流子受到强垂直电场分量作用,加剧了对绝缘纸板表面的碰撞,油纸绝缘空间电荷平衡状态易在较低交流电压分量作用下受到扰动而被破坏,进而诱发沿面闪络发生,致使沿面闪络电压逐渐下降,该下降趋势具有饱和现象;沿面闪络在交流电压分量接近波峰或者波谷位置处发生。     

直流电压下金属微粒对绝缘材料真空沿面耐电性能的影响

表面附着金属微粒是绝缘子发生沿面闪络的重要诱因,研究金属微粒对绝缘材料真空沿面耐电性能的影响对于真空电气设备的研发、生产以及运行等具有重要意义。为此采用对称平面压接电极结构,研究了直流电压下金属微粒尺寸及附着位置对聚四氟乙烯(PTFE)材料沿面闪络电压及表面电荷分布的影响。结果表明:在直流电压下,金属微粒会显著降低材料的闪络电压且粒径越大其降低程度越大,2 mm微粒可使闪络电压下降25%左右;在不同附着位置下,金属微粒靠近阴极时材料闪络电压最高,其次为靠近阳极,中间位置最低。综合分析认为,金属微粒畸变了其附近区域的局部电场,进而影响了材料表面的场致电子发射和SEEA过程,其对电场的畸变程度和畸变区域随微粒粒径和附着位置的不同而改变,因此导致材料的沿面闪络电压随微粒粒径增大而降低,同时因微粒附着位置不同而有所差异。     

SF_6中环氧树脂纳秒脉冲沿面闪络实验研究

针对气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)内盆式绝缘子所用的环氧树脂材料,在纳秒脉冲条件下开展沿面闪络老化实验研究。设计不同气压值下沿面闪络新型实验装置,在SF6环境中进行环氧树脂纳秒脉冲沿面闪络特性研究,并对沿面闪络前后材料老化区域的表面形貌和元素组成进行测试,分析环氧树脂材料老化前后表面理化特性的变化规律。实验结果表明,随着SF6气体压强的增大,环氧树脂纳秒脉冲沿面闪络电压升高。闪络老化后环氧树脂表面氧化铝颗粒凸显出来,且随着老化进一步加深,表面聚合物与放电产生的含氟物质发生反应生成有机氟化物,反应产物被电弧溅射出去覆盖在材料表面。而氧化铝颗粒填料的性质在闪络老化过程中并未发生明显变化。以上针对环氧树脂绝缘材料所开展的实验研究可为GIS内环氧树脂绝缘材料改性,以及增强其耐压性能和抗老化性能提供指导。     

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。     

G/R和PTFE在液氮中的冲击沿面闪络特性

液氮环境中绝缘材料的沿面闪络特性对超导电力装置的绝缘设计具有重要意义。为此,选择玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(G/R)和挤出成型的聚四氟乙烯材料(PTFE),通过实验研究了他们在液氮中的冲击沿面闪络电压和闪络时间的变化特征。结果表明:G/R材料的冲击沿面闪络特性很差,闪络电压值愈高则闪络电压的下降率愈大,而闪络次数愈多则闪络电压值愈低;PTFE材料表现出了良好的沿面闪络电压重复性。其主要原因是高能量的沿面闪络电弧会改变G/R材料表面状况,同时也使环氧树脂基体发生分解,改变了表面电阻率。G/R材料的沿面闪络电压略低于PTFE材料,其原因是相对于PTFE,G/R的介电常数与液氮的偏离更大,电场线更加扭曲,导致其交界面的闪络电压更低。2种材料在液氮环境中服从韦伯分布的0.1%闪络概率的首次冲击闪络电压和爬电距离的关系,可以为在稍不均匀电场条件下工作的超导电力设备的外绝缘设计提供参考。     

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。     

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。     

GIS绝缘子在冲击电压下沿面闪络的分析

利用计算和试验两种方法,对在SF_6气体中的绝缘子施加冲击电压下的电场及其引起的沿面闪络原因进行了剖析,指出在冲击电压作用下,增加屏蔽罩是减弱电极结构所引起的电场垂直分量的一条行之有效的途径;沿面闪络主要取决于电场分布的均匀度和绝缘子表面受周围环境导电微粒污染这两个基本因素;电极形状导致的局部场强增大,靠增加绝缘子沿面闪络距离不能明显提高沿面闪络电压。     

快脉冲同轴场下间距变化的闪络分析

在纳秒脉冲同轴电场下,尼龙1010的闪络电压随着内、外电极半径差近似线性增长,且外加脉冲陡度越大,其闪络电压越高.纳秒脉冲下的沿面闪络特性与固体-液体-电极三结合点 处的场强及沿面电位梯度分布紧密相关,内、外电极半径差越大,虽然三结合点处场强提高程度 越严重,沿面电位分布越不均匀,但是内电极表面场强急剧降低,综合导致沿...     

聚四氟乙烯在液氮中的冲击沿面闪络电压测量

对聚四氟乙烯在液氮中的沿面闪络电压进行了测量。采用环-环电极测量了不同间距下的首次沿面闪络电压,用韦伯概率分布的方法对实验结果进行了分析,得出0.1%闪络概率的冲击沿面闪络电压与爬电距离的关系,可为超导电力装置的绝缘设计提供参考。     

SF_6替代气体中绝缘子沿面闪络特性研究现状

阐述了目前国内外对SF_6替代气体中绝缘子沿面闪络特性的研究现状,介绍了气体中影响绝缘子沿面闪络的因素,指出气体的绝缘子闪络性能受气压和SF_6含量的影响最大,闪络电压通常随气压增大而增大,并呈线性关系;绝缘子形状、接触情况、湿度、温度、表面粒子的长度、粗糙度等因素对闪络性能也有一定影响。     

低温下硅橡胶直流沿面闪络特性研究

为了研究低温下硅橡胶材料的直流沿面闪络特性,在不同的低温环境下,通过采用倒角平头板电极和倒角四分之一圆弧板电极模拟不均匀电场的方法,对不同氢氧化铝含量硅橡胶的直流沿面闪络电压进行了测试。结果表明:在温度为-60～20℃时,随着温度的降低,硅橡胶的直流沿面闪络电压呈线性升高趋势,因此该硅橡胶绝缘材料适用于持续低温环境。