纳秒脉冲圆台形绝缘体真空沿面闪络特性实验研究

实验研究了纳秒脉冲(10／30ns)下圆台形绝缘体真空绝缘沿面闪络特性,结果表明锥角变化对闪络电压影响显著,45°锥角时闪络电压最高。与圆柱形绝缘体相比,脉冲电压下,±45°圆台形绝缘体闪络电压增幅较大,且脉宽越窄,增幅越大;直流和交流电压波形下,圆台形闪络电压增幅较小。分析认为,45°锥角时阴极三结合点处电场减弱幅度最大,初始场致发射电子数量受到抑制,电子沿绝缘体表面的倍增过程较难实现。预闪络期间直流、交流电压下正离子有时间积累起足够多的能量参与碰撞电离。而纳秒脉冲闪络过程中正离子数纳秒时间内积累起的能量非常有限,作用忽略不计。闪络电压与电压随时间的上升速率有关,纳秒脉冲电压上升速率极快,对应放电时延的电压增幅较大,因此纳秒脉冲闪络电压高于其它电压波形。     

脉冲电压下油膜涂覆绝缘体真空沿面闪络特征

为进一步提高真空绝缘体沿面闪络电压,采用变压器油涂敷于真空绝缘体表面,实验研究了脉冲电压下油膜涂覆绝缘体的真空沿面耐压性能。实验结果表明:真空中油膜涂覆绝缘体首次沿面闪络电压和老练电压均有大幅度提高,但耐受电压与未涂覆绝缘体的耐受电压基本一致。根据实验结果结合真空沿面闪络二次电子崩理论和液体击穿二次电子崩理论,初步认为闪络发生在绝缘体与油膜交接面处,油介质的涂覆抑制了绝缘体表面二次电子崩的发展和解吸附气体的释放,提高了首次闪络电压和耐受电压,但较高的闪络电流释放的热量将可能在绝缘体表面形成固有闪络通道从而降低油膜涂覆绝缘体耐受电压,油介质的涂覆促使电极与绝缘体接触良好从而降低了闪络电压的分散性。该涂覆方法有希望应用于对真空无特殊要求的固体支撑结构来提高真空耐压性能,但油介质对真空的影响还有待进一步研究。     

真空绝缘沿面闪络场强相关影响参数分析

根据现有物理学理论推导得出的闪络场强Et和闪络电压Vt的表达式显示,影响闪络场强和闪络电压的物理因素有:初始电子的出射状态(出射动能A o、出射角度0)、绝缘材料介电常数ε、绝缘体表面吸附气体分子脱附系数γ、绝缘长度L、绝缘体表面单位面积的脱附气体分子数M、脱附气体离开绝缘体表面的速率Vgas等等.利用MathCAD绘图软件绘制出Et和Vt随绝缘长度的变化趋势图证明,两曲线变化趋势及量级与所得实验结果一致.实验研究也证明,随着绝缘长度的增加,真空绝缘沿面闪络场强呈下降趋势;应用二次电子崩理论分析真空闪络的发生发展机理是合理的.     

吸附气体在真空绝缘沿面闪络过程中的作用

对纳秒脉冲(10/30ns)下真空绝缘闪络电压随气压的变化趋势进行了实验研究,结果表明当气压位于高真空区域(10?4Pa?10?1Pa)时,闪络电压与气压变化无关。分析认为,高真空条件下,背景环境气体分子平均自由程远大于极间距离,分子间碰撞电离已不可能发生。固体表面有大量吸附气体分子存在,吸附气体释放是导致闪络发生的关键。由于电子质量与分子质量间的巨大差异,气体分子脱附并非主要依靠电子能量和动量的直接转移,而是受到电子激励,从低能态被激发到高能态,进而克服固体表面位垒脱附到真空中。在初始电子激励下,气体脱附过程始于闪络发生之前。真空沿面闪络现象是一种在绝缘体表面气体脱附后形成一高气密环境中发生的贯穿性放电过程。     

纳秒脉冲下同轴内电极直径改变时闪络特性分析

在纳秒脉冲同轴电场下,尼龙1010和有机玻璃的闪络电压都随着内电极直径非线性增长,趋于饱和,且内电极直径越大,两者的闪络电压越接近.纳秒脉冲下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分布梯度紧密相关,内电极直径越大,三结合点处场强越低且沿面电位分布越均匀,引起沿面闪络电压越高.对于纳秒脉冲下的同轴电极,当内外电极半径差远大于内电极直径时,内电极直径变化对闪络电压的影响被弱化.     

基于电子激励解吸附原理的二次电子崩假说

系统阐述了基于电子激励解吸附原理的二次电子崩假说的核心论点,即绝缘体表层气体解吸附是导致闪络发生的关键,分析了假说中的阴极三结合点场致电子发射、二次电子崩产生、二次电子发射系数δ、绝缘体表面电荷、绝缘体表面气体解吸附等因素在闪络过程中的作用。     

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...     

真空冲击电压下氧化铝陶瓷沿面闪络现象的发展过程

真空沿面闪络的发生与发展的过程是电气与电子领域众多学者长期以来所关注的问题,这一复杂的放电现象至今还不能完全从机理上给予说明.本文采用电气、光学联合检测的方法,利用增强型电荷耦合器件(ICCD)对真空冲击电压下氧化铝陶瓷沿面闪络现象的动态发展过程进行了研究,考察了在试样表面溅射金属薄膜电极对闪络发光现象的影响.从闪络的电压、电流和发光波形看出,闪络发生时的电流和发光峰值出现时间一致,并滞后于电压截断点.从ICCD图像可以发现,在试样表面发生完全闪络之前其表面已经出现预闪络发光通道,而沿面闪络发光的最强阶段出现在闪络发生之后的几十纳秒,此时电流出现最大值,能够发现在电极的边缘位置发光最为强烈;溅射电极之后试样的沿面闪络电压有所降低,闪络发生时的发光强度提高,在闪络发生时电极之间的材料内部可能出现体内的复合过程.     

真空绝缘子结构优化设计的理论和方法

根据二次电子发射崩(SEEA)理论,综述了真空绝缘子的绝缘介质材料、几何形状和电极结构对绝缘子沿面闪络的影响和机理过程,以及从这三方面优化设计真空绝缘子以提高其沿面闪络电压的方法。     

多层均压结构可加工陶瓷真空沿面耐电特性的实验与仿真研究

真空中沿固体绝缘材料表面的闪络电压通常远低于绝缘材料自身及相同长度真空间隙的击穿电压,这一现象极大地限制了高压真空设备的发展。将一种具有优良可加工性能和良好耐电性能的可加工陶瓷引入真空绝缘领域,结合工程实际中的绝缘堆结构,加工制作了多层均压结构;在纳秒脉冲电压下对不同多层均压结构的样品进行了真空沿面耐电性能的测试,并分析了不同均压结构对样品沿面电场和电子运动轨迹的影响。结果表明：多层均压结构样品的耐压强度要高于圆柱形样品,且其闪络场强随着绝缘层与金属层比例的增大有增大的趋势,径向电场随该比例的增大而减小;使用圆台形绝缘子组成多层均压绝缘结构时,电子难以与样品表面发生碰撞,闪络的稳定性得到了一定程度的提高。     

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。     

Experimental investigation of surface flashover in vacuum using nanosecond pulses

Based on a Marx generator and a coaxial pulse forming line, an experimental investigation of surface flashover characteristics in vacuum is conducted by using nanosecond pulses of 10 ns rise time and 30 ns full width at half maximum (FWHM). Insulator dielectrics chosen for this investigation are Teflon, PMMA and Nylon. The tested factors include gas pressure, cone angle of conical frustum, diameter and length of cylindrical insulator, material and shape of electrode, and contact style between insulator and electrodes. The effects of these parameters on the surface flashover characteristics are described and analyzed in this paper. In addition, the character of flashover time lag in the nanosecond range, and surface flashover theory in vacuum charged by nanosecond pulses are also discussed.     

纳秒脉冲同轴结构固体绝缘介质尺寸优化分析

同轴电场沿径向分布不均匀,径向电场降落集中在内电极表面附近一定范围内.在内电极直径不变,外电极直径增加的情况下,内外电极距离大于一定阈值后,电场变化在经过一个快速减小的阶段后明显变缓;在仅仅增加内电极直径,固定内外电极距离,相应增加外电极直径的情况下,内电极直径少量增加大于一定阈值后,同轴电场变化类似地经过一个快速衰减阶段后明显趋于缓和.根据同轴电极结构内外电极间隙距离与内电极直径变化影响电场分布的阈值的存在,利用Ansys数值计算结合纳秒脉冲下同轴电场变压器油中有机玻璃和尼龙1010闪络特性的实验结果,提出同轴结构高功率脉冲功率装置绝缘结构优化概念,并且给出依据闪络距离与内电极直径变化闪络电压的经验公式.     

丧失憎水性的直流复合绝缘子耐污特性

通过人工污秽试验研究了丧失憎水性的复合绝缘子在直流电压下的污秽闪络特性,给出了两种憎水性状态下的复合绝缘子污闪电压,在憎水性完全丧失状态下时不同表面污秽度下的复合绝缘子50%闪络电压,文中还分析了表面污秽不均匀分布对污闪电压的影响。试验结果表明即使复合绝缘子完全丧失憎水性,其污闪电压较相同长度的瓷或玻璃绝缘子串高20%～50%。     

基于偏互信息法与支持向量机的覆冰闪络故障预警

输电线路覆冰闪络跳闸故障是引起电网故障的重要原因之一。现有的覆冰闪络研究主要集中在绝缘子覆冰闪络电压的模型研究。一方面,闪络电压模型不能全面反映所有因素综合作用下的绝缘子闪络电压;另一方面,数据采集的误差使现有覆冰闪络电压模型的研究成果难以在覆冰闪络故障预警中直接应用。考虑到数据挖掘技术的发展,基于偏互信息法和支持向量机对覆冰闪络故障进行预警。首先,采用偏互信息法筛选出关键的因素作为输入变量。然后,建立覆冰闪络预警的支持向量机模型,对样本数据进行训练和预测。仿真结果表明,基于偏互信息法与支持向量机的覆冰闪络故障预警方法能够较为有效地预测覆冰闪络,为实际电网的覆冰闪络防御提供了参考。     

复合绝缘子污闪与冰闪特性及临界闪络电流研究

绝缘子的电气特性是进行输电线路外绝缘设计的关键参数之一,其临界闪络电流对绝缘子的状态评估和闪络预警有着重要的作用。以FXBW-110/100型复合绝缘子为试品,在人工气候室对该绝缘子进行了人工污秽试验和人工覆冰试验。试验结果表明：复合绝缘子污闪和冰闪电压随着绝缘子表面盐密的增加而降低,冰闪和污闪电压与盐密均满足负幂指数关系,覆冰条件下的污秽特征指数与污秽无覆冰状态下的特征指数相差不大,可将覆冰视为一种特殊形式的污秽;在相同污秽条件下覆冰复合绝缘子的闪络电压比未覆冰的闪络电压低,随着覆冰厚度的增加,绝缘子闪络电压进一步降低;复合绝缘子污闪和冰闪的临界闪络电流与盐密满足幂指数关系,污闪和冰闪的临界闪络电流均随着绝缘子表面的盐密的增加而增加,在相同污秽条件下覆冰绝缘子的临界闪络电流比未覆冰的临界闪络电流更大。     

直流复合绝缘子不均匀污秽闪络特性研究

为了给超高压及特高压直流线路复合绝缘子设计应用提供依据,采用人工污秽试验方法研究了直流复合绝缘子不均匀污秽闪络特性以及憎水性条件下污闪电压的提高幅度,提出了直流复合绝缘子不均匀污秽闪络电压的修正系数公式,获得了修正系数。研究结果表明,污秽在上下表面不均匀分布对复合绝缘子污闪电压的影响比瓷或玻璃绝缘子的影响小,直流复合绝缘子上下表面污秽不均匀校正系数为1.065,复合绝缘子在憎水性下直流污闪梯度比亲水性下高出近153%。     

两种不同染污方式下绝缘子交流闪络特性的比较

染污绝缘子在雾、露等不利气象条件下,将可能发生绝缘子的污秽闪络,并且随着工农业生产的迅速发展,污秽程度的日益加剧,电力系统的污闪事故发生更加频繁,危害更加严重。IEC及我国推荐了几种不同的人工污秽方式以进行绝缘子闪络特性的试验研究,但对于各种人工污秽方式之间的差异并没有给予说明和研究。文中以XP-70绝缘子为例对浸污法、定量涂刷法两种不同的染污方式下绝缘子交流闪络特性进行了分析和比较。结果表明:不同染污方式下绝缘子的闪络特性有一定的差异;定量涂刷法受人为因素的影响比较大;不同惰性材料物质下的染污绝缘子闪络特性有所不同;盐密/灰密对不同染污方式下的闪络特性的影响有一定差别。