ns脉冲液体介质击穿实验研究综评

介绍了目前液体介质击穿研究的实验内容(电压极性、电压波形、外界静态压力等)、实验方法(电学与光学结合)、研究成果(经验公式、击穿机理);指出单次ns脉冲击穿的电压脉宽窄(ns级)、击穿电压幅值高,重频ns脉冲电压击穿下液体介质的电场累积效应(极化效应)显著,这些ns级液体介质击穿的特点有助于揭示液体介质击穿的本质特性。结合研究成果讨论了窄脉冲电压液体介质击穿的概率与击穿机理。     

同轴电极固液界面放电的碎石模式

为了提高高压脉冲碎石效率,开展了同轴电极固液界面碎石实验研究。采用高电压脉冲放电原理,设计了同轴电极平面布置在固体介质表面,利用液体绝缘的高电压脉冲放电碎石实验装置,开展了不同液相绝缘介质中不同固相介质条件下的高电压脉冲碎石实验。经过对记录的电压电流波形进行比较分析,抽取了可能的区分不同放电模式的参数特征。结果表明:液体介质击穿时延比相应环境下固体介质击穿时延大,且击穿时延与液体介质的导电粒子含量负相关;液体介质击穿电阻变化系数比其环境下固体介质击穿电阻变化系数大至少一个数量级。根据分析得出击穿时延与击穿过程电阻变化系数可以作为判别放电模式的参数特征。     

抛光电极表面对加压水介质耐压的影响

改变加水介质同轴实验装置电极表面的光滑程度,进行了μs级充电下的击穿实验,实验结果表明:抛光电极表面后加压水介质击穿场强Eb与水静压P关系仍为Eb∝P1/8;与未抛光时相比,Eb提高了～20%;加压比抛光更能提高Eb;加压延长了击穿延迟时间而抛光减弱了场致发射电流,气泡也较难附着在电极表面。     

纳秒快脉冲下气体开关的过电压击穿

纳秒快脉冲过电压击穿方式适合应用于长寿命高同步两电极气体开关.基于过电压击穿型气体开关的工作机制,建立了气体间隙在脉冲过电压击穿模式下击穿电压和时延的统计数学模型,该模型证明电极表面微观场强、间隙气压、初始电流大小、触发电压上升陡度等关键电气参数对间隙击穿分散性有重要影响.提出了纳秒快脉冲下气体开关过电压击穿参数的等效计算方法.实验证明,对于一般工况条件下的石墨电极气体开关,随着气压间距乘积值的增大和脉冲变化梯度超过一定门限值,纳秒快脉冲过电压击穿过程会逐渐由经典流注理论向快电子击穿修正理论过渡.快电子效应导致的电场增强系数在1.2～2.4之间变化.     

交联工艺对XLPE击穿特性的影响研究

通过添加DCP交联剂到低密度聚乙烯(LDPE),在120～220℃交联温度下进行交联实验,观测不同交联工艺制备的交联聚乙烯试样的击穿电压和耐压时间的变化特点.结果表明:交联温度对试样的击穿电压和耐压时间有显著的影响.随着实验温度的提高,试样的击穿电压和耐压时间下降,当实验温度超过90℃时,下降幅度加剧.交联温度对交联度...     

直流耐压测试在配网故障查找中的应用

针对绝缘摇表可发现配网线路上的部分故障,但无法发现于击穿电压较高的非贯穿性故障的问题,在分析介质击穿原理基础上,通过对比交、直流耐压试验方法,提出了将直流耐压测试应用于故障查找的方案,计算出了合适的测试电压值,通过分级加压法消除了吸收现象带来的误判。实践证明,直流耐压测试可有效发现击穿电压较高的非贯穿性故障,同时可作为送电前的"最终确认",大大提高了故障查找的效率。     

界面接触状态和温度对电缆附件界面击穿电压和形态特性影响研究

由于电缆接头界面易产生沿面放电，进而引发绝缘故障，使其成为电力电缆系统中最为薄弱的环节。本文研究了不同界面粗糙度、压强及温度对硅橡胶/聚乙烯双层介质界面交流击穿电压的影响，并对击穿后的界面放电通道进行分析。结果表明：常温下界面击穿电压与界面粗糙度有关，界面光滑程度越高，界面击穿电压越高，且界面碳化区域越小。界面压强越大，界面击穿电压越高，而界面碳化区域呈先增大后减小的趋势。随着温度升高，界面击穿电压呈下降趋势，但高温下的击穿电压并未显著下降。此外，界面碳化区域随温度的升高呈先增大后减小的趋势，不同温度下界面接触状态变化是影响其特性的主要原因。电缆附件界面状态对界面击穿特性有着重要影响，故在电缆使用和维护的过程中应特别注意。     

高压短脉冲作用下岩石击穿特性的实验研究

为了开发脉冲等离子体钻机,开展了高压短脉冲作用下岩石击穿的实验研究。以去离子水为工作介质,将不同种类和不同厚度的岩石放置于尖板电极间,通过加载不同大小的电压于岩石上,考察了岩石的电击穿概率与平均电场强度的关系。实验结果发现:7%空隙率的黄砂岩电击穿场强为70kV/cm;0.8%空隙率的白大理岩电击穿场强为160kV/cm。岩石孔隙率的大小对电击穿场强影响显著,孔隙率越大,电击穿场强越小。岩石厚度对电击穿场强也有一定影响,电击穿场强随厚度增加而减少。     

耐压击穿装置的容量指标

根据影响介质击穿的主要因素，本文着阐述了交流耐压击穿装置的容量指标问题。在确定耐压击穿装置的容量时，不仅要考虑到被样件两极间的等效电容值，同时还要估计到试件在击穿过程可能产生的最大击穿电流值，对于某种绝缘材料或构件，合理选用耐压击穿装置的容量对正确进行试验是很重要的。     

植物绝缘油纸匝间绝缘的电气性能研究

本研究搭建了匝间绝缘试验平台,并在雷电冲击电压、操作冲击电压和工频电压下开展了植物绝缘油纸绝缘和矿物绝缘油纸绝缘的耐压试验。结果表明：在工频电压下,植物油纸绝缘的击穿电压高于矿物油纸绝缘;在操作冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略高于矿物油纸绝缘;在负极性雷电冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略低于矿物油纸绝缘。考虑到不同规格导线匝间绝缘的击穿电压存在差异,为指导植物绝缘油变压器的匝间绝缘设计,基于试验结果,采用有限元法对矿物油纸匝间绝缘和植物油纸匝间绝缘的场强进行仿真计算,结果表明击穿电压下矿物油纸匝间绝缘的最大场强高于植物油纸匝间绝缘。     

常压下重频纳秒脉冲气体放电试验研究

气体介质在重频(PRF)纳秒脉冲作用下的绝缘特性是高重频脉冲功率技术研发的基础。采用SPG200重频纳秒脉冲电源，通过测量常压空气介质间隙(5、10、15、20mm)，在不同重复频率(1、10、100、500、1000Hz)、不同电压幅值(60、80、100kV)作用下的击穿电压、电流、击穿延时及耐受时间，研究了空气的绝缘特性。结果显示重频脉冲常压下空气的击穿场强比单次脉冲时低得多；随击穿场强的增大，击穿时延、重频耐受时间均有减小的趋势，高PRF时减小趋缓。低PRF下的放电发展过程与单次时的放电发展过程差别不大，而与高PRF下的不同。最后对纳秒脉冲下击穿时延及放电机理等进行了一些讨论。     

变压器油基础油烃组成与其脉冲击穿电压和电阻率的关联性研究

针对脉冲功率装置的Marx脉冲发生器绝缘用油的特点,开展了变压器油基础组成与其电阻率和脉冲击穿电压大小的关联性研究。结果表明:在直流电场下,温度与电阻率的大小成反比关系,变压器油的芳烃含量是影响其电阻率的关键因素。在正负性脉冲电场下,不同芳烃含量的变压器油表现出极大的差异性,在高压负脉冲电场下,变压器油的芳烃含量是影响其脉冲击穿电压的主要因素,芳烃含量的高低与负脉冲击穿电压的大小成反比关系。     

On the variety of triggering mechanisms of high-voltage breakdown in vacuum

The paper is devoted to study of the mechanisms responsible for vacuum breakdown as a whole and the total voltage effect in particular. Experiments at DC and pulsed voltages were carried out. It has been shown that there is no manifestation of the total voltage effect at DC voltages up to 20 kV. The strong dependence of hold-off on anode temperature was recognized at DC voltages while pulsed hold-off turned out to be almost the same with heating the electrodes. This gives a basis to consider gas desorption as an insufficient factor in the initiation of pulsed breakdown. An attempt to enhance hold-off with electrostatic removing of loosely bound particles with assistance of electron flow from a thermionic cathode was undertaken in the work. The approach turned out to be ineffective.     

Pulsed HV vacuum breakdown of polished, powder coated, and e-beam treated large area stainless steel electrodes with 0.5 to 7 mm gaps

An investigation of the HV vacuum breakdown between polished, powder coated, and e-beam treated 304L and 316L stainless steel electrodes is described. Tests were performed with 160 ns, 1-cos(/spl omega/t), and 260 ns flat-top voltage pulses of up to 500 kV. The high voltage hold-off for the 160 ns pulse was /spl sim/130 kV/mm for 2 mm gaps for 80-mm diameter polished stainless steel electrodes, and 15% lower for 120-mm polished and e-beam treated electrodes. The longer 260 ns pulse gave 15% lower hold-off for 80-mm electrodes. These electrodes showed voltage hold-off that scaled as the square root of the gap between 0.5 and 7 mm. This total voltage effect has been interpreted in the past as due to accelerated particles. We analyze our data in terms of this mechanism and show that only nanoparticles of molecular size could be responsible. We also discuss how ions or background gas could affect the breakdown thresholds but existing models do not predict square root dependence. We test how extremely fine powers affect hold-off and show that contaminated surfaces have relatively constant reduced breakdown E-fields that intersect the clean-electrode voltage-dependent breakdown at critical gaps defined by the type and quantity of contamination. The hold-off was /spl sim/55 and 65 kV/mm with copper powder on the cathode and anode for 2 to 6.5 mm gaps, respectively, and /spl sim/95 and 75 kV/mm for talc powder on the cathode and anode for gaps <3.5 and 6.5 mm. Optical diagnostics show no difference in the light emission from clean and contaminated electrode breakdown arcs.     

真空中高压电极结构的单次脉冲沿面闪络耐压研究

电极作为高压绝缘子的加载对象,在电真空器件中有着至关重要的作用,合理的电极结构设计可以有效地提高高压器件的沿面耐压。笔者从实际的应用出发,针对几种新型电极结构进行了电场仿真和实验耐压实验,给出了不同电极情况下,氧化铝陶瓷的耐压结果。结果表明,新型电极结构能有效减弱氧化铝陶瓷三结合处的电场强度,并在一定程度上提高绝缘子耐压能力,相对于平板电极,其平均最高耐压提高了55%。     

高介碳酸钡陶瓷沿面闪络伪火花开关的研究

为了满足脉冲功率技术和脉冲电流试验技术对放电开关的要求,笔者设计了BaTiO3高介电常数的电介质沿面闪络伪火花开关的触发装置。通过对表面放电触发器的实验发现:在伪火花开关的工作气压范围内,高介沿面闪络触发器显示出很强的电荷发射能力和快速的电荷注入能力,在气压为7 Pa时,触发器能够在30 ns内释放1.5μC,触发电流的上升陡度为1.2×1011A/s,发射的电子数达到9.4×1012。对自放电电压为28 kV的伪火花开关,可靠工作的最低电压可降低到130 V,放电时延为35～100 ns,最小抖动为6～25 ns。     

基于支持向量机的棒-板空气间隙击穿电压预测方法及其应用

空气间隙的击穿电压与放电起始前的电场分布特征存在多维非线性关系。为了实现空气间隙的击穿电压预测,以电场特征集作为输入,以间隙在加载电压下是否击穿作为输出,采用支持向量分类机建立击穿电压预测模型。针对极不均匀电场空气间隙的击穿特性受电晕影响的问题,提出两种修正方法:通过增加受电晕影响的训练样本数据,提高预测模型的泛化性能;或基于"电晕云"的思想进行二次电场计算及特征量提取,对预测模型的输入特征进行修正。采用修正后的模型对极不均匀电场下棒-板间隙的工频击穿电压及棒-板长空气间隙的操作冲击放电电压进行预测,预测值与试验值吻合良好。该方法有利于减少试验次数,降低试验成本。     

复合I型绝缘子的直流鸟粪闪络特性研究

为减少鸟害事故发生,提高线路运行可靠性,有必要对鸟粪闪络特性进行研究。本实验采用了浸渍有鸟粪模拟液的棉布条来模拟鸟粪,以复合I型绝缘子为研究对象,试验模拟研究了在直流电压下,鸟粪从均压环正上方和侧上方下落时,其空间位置对起晕电压、击穿电压和击穿场强的影响。研究表明,当模拟鸟粪与均压环距离增大时,击穿电压升高,击穿场强会随着间隙距离的增大而逐渐降低,接近于棒－棒间隙的击穿电场强度。最后,利用COMSOL有限元仿真软件进行了计算。试验和仿真结果对输电线路的建设和维护有一定的参考价值。     

The influence of pressure and conductivity on the pulsed breakdownof water

The influence of hydrostatic pressure and liquid conductivity on the dielectric breakdown of water solutions subjected to high amplitude electric fields of sub-microsecond duration has been investigated. Well-defined pulses (80 kV, 3 ns risetime, 100 ns duration) have been applied to a gap (0.4 to 2.1 mm), between Rogowski profile electrodes (thus ensuring a uniform electric field), containing de-ionized water (non-distilled, and distilled and ultrasonically treated), sodium chloride solutions (0.001 to 1.0 molar), or magnesium sulfate solutions (0.01 to 0.1 molar). Breakdown in these liquids has been studied at pressures from atmospheric up to 40 MPa. The inter-electrode potential and the current response were measured indicating the time lag to breakdown, breakdown voltage, and temporal characteristics of the breakdown process. The breakdown time lag increases with increasing pressure, and is insensitive to the liquid conductivity. These findings have relevance to the ongoing discussion concerning `thermal' vs. `electronic' mechanisms for dielectric breakdown in liquids. In particular, the results suggest that breakdown evolves via `bubble' formation by field emitted currents near asperities on the cathode, and that the time for the change in liquid conductivity as a result of breakdown is limited by processes other than ionization growth (due to electron impact ionization of molecules in the `bubble') of prebreakdown electron currents     

SF6气体在环形电极下的击穿特性

为获得高电压等级SF6电器绝缘结构实际形状电极的击穿特性,试验了环形电极在SF6最大压力0.8MPA,端面曲率半径为0.1、0.3 CM时电极间击穿电压随气压的变化。确定了SF6气体在两类环形电极间击穿场强随气压的变化,并给出了试验值与简化模型的工程解析计算值间的比较,可供使用相似电极设备的设计参考。