纳米Al2O3对环氧树脂复合材料沿面闪络电压的影响

为了提高环氧树脂材料的绝缘性能,减少电气设备闪络事故的发生,利用纳米Al_2O_3对环氧树脂进行改性是一种行之有效的办法。本文研究了纳米Al_2O_3的粒径、含量以及偶联剂处理对环氧树脂绝缘材料直流闪络电压和介电常数的影响。结果表明:复合材料的闪络电压随纳米Al_2O_3粒径的减小和含量的增加呈现先增大后减小的趋势;纳米Al_2O_3的偶联剂处理使得复合材料的沿面闪络电压得到提升;复合材料介电常数的变化趋势与闪络电压相反。     

纳米TiO2-MWCNTs掺杂提升环氧绝缘材料真空直流沿面闪络性能

选用两种纳米填料:纳米氧化钛(TiO2)和多壁羟基碳纳米管(MWCNTS),向环氧树脂中单独或同时加入两种粒子,制备16种不同的环氧纳米复合电介质.通过体积电阻率测试、表面电位衰减试验与真空直流沿面闪络试验,探究纳米粒子对环氧纳米复合电介质沿面闪络特性的影响.结果表明:环氧纳米复合电介质的沿面闪络电压与填料的质量分数有关,适量的纳米填料会提升复合电介质的沿面闪络电压.单独加入纳米TiO2与MWCNTS分别将闪络电压提升了14.49％和23.11％,同时加入两种填料可进一步将闪络电压提升至44.99 kV,提升幅度高达36.06％.通过表面电位衰减曲线计算了材料的表面陷阱特性.分析深陷阱与沿面闪络电压的关系发现,闪络电压与深陷阱能级线性相关,陷阱能级越深,闪络电压越高.同时添加两种纳米粒子可以提高材料的深陷阱深度,从而抑制材料表面电子发射和电荷输运过程,提高沿面闪络电压.     

液氮中微秒级脉冲下的沿面闪络特性

液氮环境中绝缘材料的沿面闪络对超导电力设备外绝缘设计至关重要,为了揭示液氮环境中沿面闪络的发展过程,并研究有效提高超导电力设备外绝缘爬电距离的方法,通过实验对不同直径的圆柱形、不同倾角的圆台形聚四氟乙烯试品在液氮中微妙级负脉冲电压作用下的沿面闪络电压进行了测量,结果发现圆柱形试品随直径增加,沿面闪络电压下降;圆台形试品在θ=-45°时闪络电压最高,θ=0°时闪络电压最低.通过与真空、绝缘油中沿面闪络的数据比较以及仿真计算,认为液氮中的沿面闪络与变压器和绝缘油中有相似的闪络机制,沿面闪络是在气化的闪络通道内完成的.实验的结果也为超导电力设备外绝缘设计提供了有益的方法.     

等离子体表面氟化处理环氧树脂及其沿面闪络特性研究

为加快绝缘子表面电荷消散,提升绝缘子沿面闪络电压,本研究提出了等离子体氟化改性技术,选用与绝缘子配方一致的环氧树脂试样,改变材料表面的处理时间,测试处理前、后试样的表面物理、化学及介电特性.结果表明:等离子体处理作为一种兼具表面物理改性及化学改性的方法,可以在试样表面引入亲水性基团,改变试样表面的浸润性,试样表面粗糙度随处理时间的增加呈先提高后降低的趋势,同时等离子处理可以在材料表面引入F元素,浅化表面陷阱,提升材料的表面电导率,减少表面电荷积聚;在选定参数下,处理9 min后,沿面闪络电压提升至最大值,威布尔分布计算表明提升了约37.17％;过长时间的等离子体表面处理会破坏材料结构,深化表面陷阱,降低表面电导率,降低沿面闪络电压.     

氟化改性石墨烯纳米片对环氧树脂复合材料沿面耐压性能的影响EI北大核心CSCD

环氧树脂(epoxy resin,EP)的氟化纳米改性是提升复合绝缘材料沿面耐压性能的重要手段。该文对石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GNPs)分别进行等离子体氟化、化学氟化与等离子体–化学协同氟化3种不同形式的改性处理,探究不同氟化方式对含氟界面层的影响,并揭示其对EP复合材料直流沿面耐压性能的提升机理。结果表明:3种氟化石墨烯纳米片均对EP复合材料沿面闪络电压有提升效果。进一步对EP复合材料表面电荷消散情况及陷阱分布特性进行分析,发现不同接枝形式的GNPs对EP复合材料沿面耐压性能的提升机制存在差异。填料GNPs与EP基体间有效键合作用的形成,可以促进电荷沿GNPs的输运,从而影响EP复合材料的沿面耐压性能。     

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。     

纳米SiO2/聚酰胺网超疏水复合材料沿面闪络特性研究

绝缘材料的沿面闪络特性受许多因素的影响,如表面粗糙度、纳米填料和化学官能团。本研究以聚酰胺网为支架,以疏水纳米二氧化硅颗粒为改性材料,基于溶解和再凝固的处理方法,将纳米填料嵌入聚酰胺网中。通过改变网孔尺寸确定微观结构,利用氟化纳米颗粒改变复合表面化学基团。研究了微结构/纳米填料对沿面闪络的耦合效应,同时赋予了材料超疏水...     

脉冲电压下尼龙的激光触发沿面闪络特性

为研究脉冲电压下的激光触发沿面闪络特性,在试验系统中建立了精确的激光触发沿面闪络试验系统,解决了激光脉冲与试品上所加脉冲电压的同步问题,在此基础上应用平板电极和柱状尼龙绝缘材料进行了激光触发沿面闪络试验。试验中采用60 mm直径的铜材料平板电极,试品为20 mm直径、6、8、10 mm厚的尼龙材料圆柱绝缘材料,试验中激光波长为10645、32 nm并聚焦成2 mm×30 mm的长方形光斑,得到在不同的激光能量密度及施加电压下的闪络时延和抖动时间,并探讨了激光触发沿面闪络的机理。研究表明:激光能量密度越大、施加电压越高,闪络时延和抖动时间越小。     

3D打印高强度、可回收互穿网络环氧树脂沿面闪络特性北大核心CSCD

以智能、环保为主题的新型电力系统是中国电力领域发展的主要方向,因此对绝缘材料的各方面性能提出了更高的要求。文中基于高韧性环氧大豆油基光敏树脂,在光固化树脂中添加60 wt%的环氧树脂,采用3D打印光固化和热固化的两步固化方式,制备得到力学和电学性能优异的双固化树脂,并对其进行回收重塑得到回收后的双固化树脂。分别对树脂的拉伸强度、弯曲强度、介电性能、体积电阻率进行测试,研究表明,制备的双固化树脂相比于纯光固化树脂,具有优异的力学性能和绝缘性能,回收后树脂的力学强度是新制树脂的80%。对树脂进行沿面闪络实验,测得双固化树脂的闪络电压达到26.3 k V,采用威布尔分布图看出闪络电压还具有较小的分散性。回收的树脂沿面闪络电压略有降低,但仍然高于纯光固化树脂。分析了表面电荷特性对直流沿面闪络电压的影响。     

O_(2)/CO_(2)和O_(2)/N_(2)气氛下单颗粒煤火焰碱金属光谱辐射特性EI北大核心CSCD

不同气氛条件对煤颗粒反应特性有着很大的影响,因此本文研究了O_(2)/CO_(2)和O_(2)/N_(2)气氛对单颗粒煤燃烧过程火焰面积、火焰温度及碱金属(Na^(*)和K^(*))光谱辐射特性的影响。基于煤颗粒可视化滴管炉,结合火焰光谱诊断系统,捕捉了火焰图像并采用多波段辐射法计算不同氧浓度为30%、40%和50%下的火焰温度。结果表明,随着反应的进行,火焰温度增加而火焰面积先增加后减小。O_(2)/CO_(2)气氛下,煤颗粒周围出现一层薄薄的“火焰层”,而在O_(2)/N_(2)气氛下没有观察到类似的现象,这源于CO_(2)较高的热容值。随着氧浓度的增加,火焰中Na^(*)和K^(*)的辐射峰值强度增加。另外,O_(2)/N_(2)气氛下Na^(*)和K^(*)峰值强度和火焰温度高于O_(2)/CO_(2)气氛,且Na^(*)和K^(*)峰值强度的与火焰温度呈正相关,可以用碱金属原子辐射光谱来表征火焰温度。     

N2、SF6中环氧树脂直流沿面闪络特性研究

分别对N_2及SF_6中不同均匀度电场和不同气压下环氧树脂的沿面闪络特性进行研究,并对电极不对称时正、负极性直流电源下环氧树脂的沿面闪络特性进行对比分析。结果表明:SF_6中环氧树脂的沿面闪络电压对电场均匀度更敏感,随气体压强的变化更大;电极不对称时N_2中与SF_6中环氧树脂的沿面闪络电压有相反的极性特性。     

等离子体梯度氟化提升非均匀电场下环氧树脂沿面闪络性能的研究

在高压直流电场下环氧树脂表面的微粒和缺陷会使局部电场发生畸变,形成非均匀电场,进而诱发沿面闪络。现有环氧树脂表面改性方案大多关注于处理的均匀程度,对非均匀电场下的耐压性能提升有限。本文针对非均匀电场开展仿真研究,结合电场特点进行针对性的梯度改性方案设计,将等离子体氟化改性技术与梯度绝缘理念相结合,在传统氟化改性的基础上实现了对环氧树脂的等离子体阶跃型梯度氟化改性。结果表明：等离子体阶跃型梯度氟化使环氧树脂的表面微观形貌、化学组分和电气性能均呈现出阶跃型梯度分布,既可以降低环氧树脂的表面场强最大值,又可以调控界面电荷动态行为,大幅提升环氧树脂的沿面闪络性能,提升效果优于等离子体均匀氟化。     

纳秒级高压脉冲下变压器油中沿面闪络特性的实验研究

介绍了影响固体绝缘材料在变压器油中沿面放电特性的主要因素。分别进行了变压器油中尼龙6,有机玻璃在不同脉冲宽度、脉冲速度和不同电极夹角下沿面放电特性的实验研究,并且与直流、工频和雷电波条件下的沿面放电情况进行了比较。实验发现,相对于直流、工频和雷电波条件,纳秒级脉冲下材料在变压器油中的沿面击穿场强会大幅度的提高。在试样与电极夹角约45°时,绝缘材料的沿面击穿场强最高。对重频纳秒脉冲作用下材料在变压器油中的沿面闪络特性做了初步的实验。     

低温SF_(6)/CF_(4)混气中绝缘子闪络电压的概率分布北大核心CSCD

SF_(6)/CF_(4)混合气体主要应用于低温环境下的气体绝缘电气设备中,气固交界面是设备的绝缘薄弱环节,有必要研究低温环境下SF_(6)/CF_(4)混合气体中的绝缘子沿面闪络特性。文中首先分析了SF_(6)/CF_(4)混合气体的基本绝缘和液化特性,据此选择0.7 MPa 50%SF_(6)/50%CF_(4)混合气体进行-50~20℃温度范围内的圆柱形绝缘子沿面闪络试验,同时开展了0.5 MPa SF_(6)气体在-35~20℃温度范围内的对照试验。其次采用威布尔分布分析了沿面闪络电压的概率分布特性。发现SF_(6)/CF_(4)混合气体中的绝缘子沿面闪络电压服从威布尔分布,利用威布尔分布可反映不同累积概率下的闪络电压及其分散性,其特征闪络电压随温度降低呈先下降再上升最后再下降的变化趋势。建议0.7 MPa 50%SF_(6)/50%CF_(4)混合气体的最低使用温度不低于-40℃,该值低于0.5 MPa SF_(6)气体的最低使用温度建议值-35℃,研究结果对SF_(6)/CF_(4)混合气体在低温下的应用具有参考意义。     

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。     

冲击振动下GIS内金属颗粒运动及其诱发沿面闪络特性EI北大核心CSCD

金属颗粒被认为是造成绝缘沿面故障的重要原因之一。运行中,断路器等开关操作产生的冲击振动会使气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)内静止的金属颗粒起跳,引起绝缘性能下降。为此,该文建立电场叠加冲击振动实验平台,研究冲击振动作用下金属颗粒运动诱发绝缘沿面闪络过程,分析该过程中的局放特征,探讨金属颗粒形状和尺寸对运动和闪络特性的影响。实验结果表明,冲击振动作用下GIS内静止于壳体的金属颗粒会发生起跳。跳动过程中,金属颗粒可能吸附至绝缘子表面,也可能直接引发绝缘子沿面闪络。5和6mm长线形金属颗粒较容易引发绝缘子沿面闪络,而4mm长颗粒则未能引发闪络。冲击振动作用后,5和6mm长线形颗粒引发闪络前平均跳动时间分别为445和145s。而相比于线形金属颗粒,片状颗粒更容易吸附至绝缘子表面,而不易引起突发性闪络。研究结果有助于认识实际运行中开关操作对GIS内金属颗粒运动及其引发闪络特性的影响,可有效地解释现场发生的与开关操作强相关的绝缘故障。     

微水条件下SF6/CF_(4)混合气体中的低温沿面放电特性北大核心CSCD

为了探究微水条件下SF_(6)/CF_(4)混合气体中的环氧树脂低温沿面闪络特性,开展0.2 MPa与0.4 MPa两个气压下50%SF_(6)/50%CF_(4)混合气体在不同温度和微水含量条件下的环氧树脂沿面放电试验。文中利用板—板电极模拟切向电场为主的准均匀电场,通过计算和实验探究了微水含量的选取和控制方法,研究了温度和微水含量对50%SF_(6)/50%CF_(4)混合气体中准均匀电场沿面闪络的影响,研究发现:沿面闪络电压随温度降低呈先减小后稳定的变化规律,仅当试验气压为0.2 MPa且含水量为3000 ppm(1 ppm=1×10^(-6))时,沿面闪络电压随温度降低呈先增大后减小的规律;微水含量在300~3000 ppm范围内时,微水含量对气压为0.2 MPa和0.4 MPa的50%SF_(6)/50%CF_(4)混合气体中沿面闪络击穿场强的影响不大。试验可为低温下的GIS等设备的状态评估提供参考。     

陷阱分布对Al2O3陶瓷介质在真空中沿面闪络特性的影响

真空中绝缘介质的沿面闪络一直是制约真空中电绝缘强度的重要因素，文中采用等温衰减电流法（IDC）研究了在不同烧结温度和掺有不同添加剂情况下氧化铝陶瓷试样的陷阱分布，利用试验装置测量了陶瓷试样的沿面闪络特性，试验结果表明，烧结温度和添加剂显著影响了氧化铝陶瓷的陷阱分布；不同的陷阱分布影响着绝缘介质的沿面闪络特性，根据试验结果，笔者从固体能带理论出发，将陷阱分布和氧化铝陶瓷的沿面闪络特性联系在一起，解释了一些沿面闪络发展过程中的疑难问题。     

Ti02/环氧复合材料脉冲真空沿面闪络特性

为了揭示微米TiO2填料对环氧复合材料真空快脉冲作用下的沿面闪络特性的影响,并探讨相关影响因素的作用机理,制备了6种不同填料含量的TiO2/环氧复合材料,测试了各种试样在30 ns(脉冲前沿)/200ns(半高宽)脉冲作用下的真空沿面闪络电压,并测量了介电频谱和热刺激去极化电流(TSDC)。结果显示,TiO2质量分数(wt%)的变化对Ti02/环氧复合材料的闪络电压有显著影响,但两者之间并不是线性关系;随着填料质量分数的增加,复合材料的介电常数和电导率都逐渐增加;所有实验材料都存在深、浅两种不同的陷阱能级,深陷阱电荷量和浅陷阱电荷量随填料质量分数的变化呈现出不同的变化规律。分析认为,Ti02/环氧复合材料的真空快脉冲沿面闪络特性不能由介电常数和电导率等影响因素的变化趋势单独解释,而针对闪络的深浅陷阱共同作用模型可以很好地解释闪络电压的实验结果。同时,根据实验结果对闪络的深浅陷阱共同作用模型进行完善,提出了当填料质量分数较低时,浅陷阱将显著降低材料的闪络强度,而当填料质量分数较高时,深陷阱对闪络强度的增强作用更为明显。