高压硅器件用聚脂改性硅漆介电性能的研究

研究了高压硅器件表面保护聚酯改性有机硅漆的组成结构和杂质含量对介电性能的影响，以及用硅漆作为高压硅器件保护材料时，高温高压下电荷输运对器件高温耐压稳定性的影响。     

带降场层部分衬底SOI高压器件模型

为了获得SOI-LDMOS器件耐压和比导通电阻的良好折中,提出了一种带降场层部分衬底SOI高压器件的新结构.通过蚀刻掉常规SOI-LDMOS漂移区和漏端下方的衬底,使器件击穿电压不再受纵向限制.同时在漂移区引入了降场层,从而有效地改善了比导通电阻.基于二维仿真软件对该器件的耐压和比导通电阻特性进行了研究,结果表明该器件在不增加比导通电阻的情况下,人大提高了耐压能力.     

高压直流电缆附件XLPE/SIR材料特性及界面电荷积聚对电场分布的影响

双层绝缘介质界面电荷积聚是导致高压直流电缆附件界面放电的重要原因.该文测量分析交联聚乙烯(XLPE)和硅橡胶(SIR)两种介质的介电性能、电导特性和导热特性;通过建立高压直流附件电-热仿真模型,研究不同温度下XLPE/SIR界面电荷积聚特性及局部电场畸变引起的附件内部电场变化规律.实验结果表明,室温下SIR的电导率略高于XLPE材料,随着温度的升高,XLPE的电导率增加较为明显,而SIR的电导率增加则相对缓慢,高温下两种介质电导率不匹配是导致界面电荷积聚的重要原因.室温下XLPE/SIR界面积聚负电荷面密度约为3.42×10?4C/m2,这部分电荷会增强电缆主绝缘电场,削弱应力锥根部电场畸变,主绝缘电场增加约36％,应力锥根部电场畸变下降约62％.当温度超过约36℃时,XLPE/SIR界面开始积聚正电荷,随着温度的升高,开始出现极性反转现象,造成应力锥根部局部电场畸变加重,70℃时最大畸变电场达到12kV/mm.     

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%。     

混合式高压直流断路器空间电场分布

为提高高压直流断路器阀塔绝缘设计可靠性,针对自主设计的±535 k V混合式高压直流断路器阀塔,采用CREO和ANSYS混合建模技术,搭建直流断路器阀塔的3维模型,并进行静电场求解。对该模型添加阀端间直流耐压试验电压,求解得到组件和屏蔽系统的电场;添加阀支架直流耐压试验电压,求解得到阀支架的电场;在电场最大区域添加考察线,考察场强最大值周围空间电场分布规律。求解得到：±535 k V混合式高压直流断路器的最大场强为2.748 k V/mm,位于底层直屏蔽罩的倒角位置;离电极表面20 mm,场强减小至1.4 k V/mm;离电极表面40 mm,场强减小至1 k V/mm;离电极表面100 mm,场强减小至0.5 k V/mm以下。结果表明：±535 k V断路器的整体电场满足电场控制要求值,电极周围空气间隙中场强快速衰减。研究结果为±535 k V混合式高压直流断路器绝缘结构设计提供了可靠支撑,具有重要的借鉴价值。     

4H-SiC基半超结VDMOSFET单粒子效应加固研究

研究了"高K栅"介质HfO_2和电荷失配对4H-碳化硅(SiC)基半超结垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOSFET)单粒子烧毁(SEB)和单粒子栅穿(SEGR)效应的影响,并给出了一种加固结构。研究结果表明,HfO_2介质的应用对器件SEB效应没有影响,但栅氧化层电场峰值降低了83%,对SEGR效应有加固作用。结合HfO_2介质层和增加沟道掺杂浓度两种方法的加固结构,在不影响器件阈值电压的同时,器件的SEB闽值电压为1 290 V,提高了28%;栅氧化层的电场峰值为2.2×10~6V/cm,降低了80%。当N柱区掺杂浓度大于P柱区时,器件的抗SEB能力有所增强,但N柱区掺杂浓度小于P柱区时,器件的抗SEB能力减弱。     

低应力厚膜SOI晶片研究

利用离子注入、湿氧氧化、低温键合、背面减薄等工艺成功制备了低应力厚膜SOI晶片,并介绍了厚膜SOI晶片的厚度、界面和应力.该晶片的各层区域分明,界面平整,上层硅厚度为76.5 μm,SiO2埋层厚度为0.865μm;晶片键合良好,有效键合面积大于95%,键合强度大于13.54 J/m2;表面应力小于12.6MPa,适用于MEMS器件.     

弯曲电极结构对真空中氧化铝陶瓷沿面闪络耐压的影响

氧化铝陶瓷以其良好的绝缘性能广泛应用于高压真空器件,起到绝缘和支撑作用,但氧化铝陶瓷的沿面闪络现象严重制约了其耐压性能。分析了阴极金属-陶瓷-真空三结合处电场局部增强的原因,对阴极金属电极结构对柱状氧化铝陶瓷三结合处电场分布影响进行了仿真和单次脉冲耐压试验研究,给出了不同电极情况下,氧化铝陶瓷的耐压结果。结果表明,弯曲电极结构能有效减弱氧化铝陶瓷三结合处的电场强度,并且随着金属电极弯曲长度的增加而明显减小;相对于平板电极,弯曲电极的平均最高耐压提高了45%。     

高压真空器件内绝缘击穿及老炼处理

为解决一种工作在几μs宽高压脉冲下高压真空器件的击穿问题,据其绝缘结构特点确定计算边界条件并用有限元法计算了阴极区域的电场分布;采用高压真空器件解剖、扫描电镜分析和高压脉冲耐压试验分析了高压真空器件内的真空击穿、陶瓷击穿。结果证明采取高压脉冲老炼方法对器件加固后,可减少器件的高压击穿几率,提高耐高压能力和工作可靠性。     

基于双极性载流子输运模型的高压直流电缆附件绝缘EPDM/LDPE界面电荷的数值模拟

高压直流塑料电缆是直流输电系统的关键装备,作为其重要连接环节的直流电缆附件由于介质的不连续性,容易产生界面电荷积聚,威胁电缆输电系统安全。为此,通过设置界面特性相关的表面态、界面势垒和载流子迁移率等参数,利用双极性载流子输运模型仿真研究了不同界面条件下空间电荷在乙丙橡胶(EPDM)/低密度聚乙烯(LDPE)双层介质中的注入和输运特性,并分析了界面电荷累积对复合绝缘系统电场分布的影响。仿真与实验结果证明材料表层的深陷阱能级、较高的界面势垒以及两种介质间较大的载流子迁移率差异均能造成界面电荷密度的增大,同时界面电荷积累也使电场分布畸变更加严重。因此可以从改善材料表面态分布,降低界面势垒和提高载流子迁移率匹配程度等方法出发,以解决高压直流电缆附件绝缘界面电荷积累问题。     

500kV GIS盆式绝缘子的暂态电场分析

推导出了考虑介质极化损耗和位移电流情况下暂态电场计算的数学模型。采用有限元法对 5 0 0kVGIS盆式绝缘子在雷电冲击电压下的暂态电场进行了计算 ,雷电冲击电压波用De hamel积分来处理。给出了典型时刻的场域电位分布图 ,并与静态电场进行比较。找出了绝缘子表面的切向电场强度Et 及法向电场强度En 沿径向分布规律。讨论了松弛时间对切向电场强度Et 及法向电场强度En 的影响 ,给出了几个典型位置的电场强度随时间变化的曲线 ,为GIS的绝缘设计提供参考。     

空间电荷及金属颗粒对换流变阀侧套管的电场分布影响

换流变压器阀侧套管承受交、直流复合电压,对套管的性能和质量有严格的要求。直流电压下,不同介质界面处空间电荷积聚会引起局部电场的畸变,金属颗粒的存在也会大幅提高局部场强,二者均会降低套管的绝缘性能。文中根据换流变压器阀侧套管的结构,采用有限元分析软件,建立了阀侧套管的仿真模型,分析了加入空间电荷后不同类型电压下套管的电场分布以及金属颗粒对局部电场的影响。结果表明,直流电压下介质界面处空间电荷更容易积聚,交直流复合电压下空间电荷能够引发套管内部局部电场的畸变。与交流电压相比,直流电压下金属颗粒对局部电场的畸变程度影响更大,在SF₆气体中金属颗粒对电场畸变程度的影响大小与其所在位置的关系不大。     

电容器介质直流、交流击穿电压值的对比研究

与交流电场不同,在直流电场下,除介质中的空间电荷效应增强之外,电场强度在串联介质中的分配主要由体积电阻率的比值决定.电力电容器常用的液体介质、固体介质由于其相对电容率和体积电阻率存在明显的区别,这给它们复合后在直流电场和交流50 Hz电场的使用上不可避免地带来影响.通过对电容器用液体介质、固体介质以及由他们组成的复合介...     

真空中典型沿面绝缘结构的电场分析

在高电压作用下,由复合绝缘介质构成的沿面绝缘结构的耐电强度远低于其绝缘材料自身的击穿场强,这一现象与其电场的分布特点密切相关。笔者针对真空中平行平板、平面和棒-板电极系统等多种典型沿面绝缘结构的电场分布进行了仿真计算,探讨了电极-介质结合处的间隙、圆台形绝缘子的圆锥角角度、平面电极的高度以及绝缘子介电常数等因素对电场分布的影响。仿真结果表明,接触间隙的存在导致局部电场的加强和电场方向的变化,间隙宽度越大、高度越小,间隙处电场畸变越大;圆锥角越大,绝缘子的介电常数越大,场强畸变也越大。该分析结果有利于真空中沿面绝缘结构的设计。     

电缆半导电层介电性能对电场分布的影响

用有限元法研究了电缆内外半导电层电阻率及介电常数对电缆电场分布的影响规律.研究表明,随着内半导电层介电常数的增加,电缆内部的最大场强增加,内屏蔽层的场强明显减小,较高的介电常数会引起电介质内电场分布的畸变,过低的介电常数会使半导电层处场强集中,进而可能引发树枝状放电;随着外半导电层电导率的增加,电缆外护层的场强及电压明显降低,这对减小高压电缆绕组电晕发生的概率有一定的指导意义.     

沿面介质阻挡放电装置静电场影响因素研究

以螺环型沿面放电作为研究对象,利用有限元仿真软件对沿面介质阻挡放电装置进行静电场的仿真分析,研究激励电压、高压电极线径、高压电极间距(螺距)、介质厚度及介质相对介电常数等对沿面介质阻挡放电装置静电场的影响。仿真结果表明:在气隙的同一位置,场强随电压的升高而线性增大,随线径的减小而非线性减小,随介质厚度的增加而非线性减小,随相对介电常数的增大而非线性增大。选取电极线径较小、介质厚度薄、较大相对介电常数的介质,均可以降低放电起始电压。     

混合电场作用下换流变压器阀侧绕组电场分析

为了计算换流变压器阀侧绕组端部电场分布,建立了油纸复合绝缘结构的电路模型。并在分析阀侧绕组励磁电压类型的基础上,利用有限元分析法计算了在交流、直流、交直流叠加和极性反转电压作用下的电场分布,总结了电场分布规律。结果表明,换流变压器阀侧绕组电场分布既有其规律性又有其复杂性,在直流电场作用下的阻性电场分布将导致纸板中的电场集中;而交流电场作用下的容性电场分布将导致变压器油中的电场集中;在极性反转过程中由于空间电荷的存在,油中承担了较高的电压。该分析结果可为换流变压器阀侧绕组端部的绝缘设计提供依据。     

10kV XLPE电缆终端电场分布与调整

以Maxwell2D为有限元法求解工具,建立工频电压下的XLPE电缆终端数值计算模型,同时考虑了介质介电常数和电导率对电场分布的影响,计算分析了几种应力锥结构尺寸下电缆终端内部的电场分布,得到了应力锥结构尺寸与电缆终端内部电场分布的关系,为应力锥结构尺寸的合理设计提供了理论依据。     

基于虚拟介电常数法的特高压GIS中隔离开关电场参数计算

提出了用虚拟介电常数法和耦合电压自由度法相结合的方法处理1 100kV GIS隔离开关中的悬浮导体问题.利用有限元软件对隔离开关气室进行三维电场分析计算,获得其内部电场强度分布.通过电场强度结果分析,得出隔离开关气室内电场强度较大的位置及电场强度值.利用APDL对电容参数进行计算,通过与测试结果进行比较,验证了用虚拟介电常数法和耦合电压自由度法相结合处理隔离开关中的悬浮导体问题具有较强的可行性.从而为特高压GIS中VFTO的计算提供较为可靠的分布电容参数.     

串联电容器极间介质设计场强选择

分析了串联电容器在各种工况下可能出现的过电压水平,并以此确定了串联电容补偿装置过电压保护器的保护水平电压Upl。以高压全膜并联电容器的极间介质设计场强为基准,得到了串联电容器在线路不同事故负荷电流和保护水平Upl时的宜用介质工作场强。建议带有串联电容补偿装置的线路按(N-1)方式运行时,其事故负荷电流不要超过1.4pu,以免串联电容器极间介质工作场强过低,导致串补装置设计成本过高。