重频纳秒脉冲下有机玻璃电树枝老化特性的实验研究

介绍了高聚物绝缘材料中电树枝老化的现象、影响因素及研究现状。进行了重频(~300Hz)纳秒脉冲(半高宽70ns)下有机玻璃电树枝老化特性的试验研究。实验施加负电压。主要研究了在不同频率下、不同电场强度条件下有机玻璃中电树枝生长速度和生长形态。实验发现重频脉冲下在有机玻璃上施加电压越高,电树枝增长速度越快;电树枝的初始生长速度随着频率升高而变快;电树发展普遍存在滞胀期;频率高后,丛林状电树产生的概率增加;实验中还发现有的试样高频下针尖附近出现裂纹,然后生长出树枝。     

ns脉冲下有机玻璃电树枝的引发特性

脉冲功率装置中绝缘材料的老化问题影响装置的安全性、可靠性及效率,电树枝老化是最主要的老化方式之一。为此总结分析了目前高聚物绝缘材料中电树枝老化现象、电树枝引发影响因素的研究成果,进行了不同重复频率(75~300 Hz)、不同电压等级ns脉冲(半高宽70 ns)下有机玻璃电树枝老化特性的实验,重点研究了在不同条件下有机玻璃中电树枝引发阶段的特性,最后总结讨论了电树枝的引发条件和影响因素。实验表明不同频率ns脉冲下有机玻璃中电树枝引发的起始电压高于交流,低于直流,频率升高,电树枝起始电压有下降趋势;不同时刻有机玻璃的电树枝引发率,基本上随着电压等级的上升而下降;电子轰击、空间电荷分布和电机械应力对绝缘材料的电树枝引发具有关键作用,而在高频的脉冲强场下电机械应力起主要作用。     

纳秒脉冲下温度、频率对尼龙6电老化的影响

尼龙6作为绝缘材料经过长时间运行后,绝缘性能会受老化的影响而劣化。目前对此类绝缘材料的研究多集中在常温和工频下,在ns脉冲条件下的研究较少。为了研究温度、频率对尼龙6中电树枝引发的影响,实验采用了固态ns脉冲发生器MPC50D为激励源,其具有30 ns的下降沿和70 ns的脉冲宽度;使用温度循环实验箱SP-80U控制实验温度。实验的温度设定为-40~60℃,频率设定为20~1 500 Hz。实验结果表明:温度对尼龙6中的电树枝引发电压有明显的影响,随温度的升高电树枝引发电压下降明显;频率对电树枝的影响并不明显,只在200 Hz以下出现了较明显的趋势;尼龙6、聚四氟乙烯(PTFE)和有机玻璃(PMMA)中的电树枝形态差异巨大,尼龙6中为丛林形,PTFE中为树枝形,PMMA中为层裂形;ns脉冲下击穿通道出现了放电引发的扇形结构。实验数据为尼龙6在ns脉冲下的绝缘应用提供了参考。     

针尖曲率半径对硅橡胶电树枝老化特性的影响

针对硅橡胶材料电树枝老化特性展开了试验研究。采用针板电极结构,测量了不同针尖曲率半径的起树电压和电树枝形态。结果表明,硅橡胶的起树电压较低,抗电树枝老化性能较差,导致了硅橡胶预制式电缆附件故障频发;硅橡胶中的起始电树枝多以单枝状的通道形成为标志,随后发展为4种不同的电树枝形态。进而提出了硅橡胶电树枝形态发展模型,并以此讨论了不同形态的电树枝老化特性。研究还发现,现场实际运行的硅橡胶预制式电缆附件故障解体后发现了单枝通道起始电树枝,其在运行电压作用下容易发展为细枝型形态,但同样会引发电缆附件的击穿。试验结果为现场故障分析提供了参考依据。     

温度对硅橡胶电树枝老化特性的影响

电缆系统运行温度对新型超高压预制式电缆附件主绝缘材料高温硫化（HTV）硅橡胶的性能具有重要的影响。为此,针对温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响展开了试验研究,测定了温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响规律,并对试验结果进行了理论分析。研究结果表明,在试验温度范围内,温升导致HTV硅橡胶击穿场强呈现略微下降的趋势,而起树电压则随温度的升高明显下降。试验中还发现HTV硅橡胶电树枝形态与温度密切相关,室温条件下以树枝状和松枝状电树枝为主,而高温下则以丛状电树枝为主。对上述试验结果的分析讨论后认为,温升引起HTV硅橡胶起树电压的大幅降低是导致新型预制式硅橡胶超高压电缆附件绝缘故障频繁的重要原因,因此,在电缆附件的绝缘结构设计时,对于温度变化而引起材料电气性能参数变化的相关问题应给予更多的关注。     

工频电压下 XLPE 绝缘的电树枝老化实验研究

用针——板电极对ＸＬＰＥ电缆绝缘的电树枝老化过程进行了实验研究,得出了ＸＬＰＥ电缆绝缘的电树起始场强值及其老化曲线,进一步证实了电树枝放电通道有丛状放电和枝状放电两种形式。丛状放电时,在一定电压范围内电压越高,丛状放电通道区域越大,老化时间越长。     

交联聚乙烯电缆热老化与电树枝化相关性研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘的物理化学性能,还对绝缘内电树的产生与生长有着一定的影响。研究了热老化后XLPE电缆绝缘中的电树行为．探讨XLPE电缆绝缘中电树枝过程与材料热老化的关系。采用带循环通风的热老化箱对XLPE电缆绝缘进行3个温度等级的热老化实验：采用针板结构电极进行电树枝实验,并利用数码显微镜观察电树枝的产生和发展情况;利用差示扫描量热法（DSC）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）测试了不同温度热老化下XLPE电缆绝缘的物理化学性能;最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理．认为热老化并没有加速电树枝的生长．反而有一定的抑制作用．     

纳秒脉冲细胞内电处理机理及其研究进展

介绍了细胞内电处理效应的研究现状及其进展 ;重点描述了KarlHSchoenbach提出的脉冲电场与细胞相耦合的球形模型 ;探讨了细胞内电处理机理 ,即当脉冲作用于悬浮生物细胞时 ,随脉冲宽度变小 ,电场对细胞核及核膜影响增强 ,当脉宽大于细胞膜充电时间常数时 ,脉冲电场主要作用在细胞外膜上产生电穿孔 ;当脉宽小于细胞膜充电时间常数时 ,脉冲电场对细胞内进行电处理。     

热老化对EPDM电树枝局放特性的影响研究

电树枝生长过程中常伴随有局放发生,其与电树的发展有极大关系,并会导致绝缘出现不可逆的损伤.为此,在140℃下对三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘试样进行了梯度加速热老化,并对不同老化程度试样开展了电树枝观测试验,采集了电树枝生长过程的局放信号,结合陷阱参数测试分析了热老化对EPDM电树枝局放特性的影响机理.结果表明:老化前期,电树枝发展表现为4个阶段,而老化后期为2个阶段;未老化EPDM电树枝放电相位分布在-50～90°与130～270°内,且正半周放电更剧烈;局放随电树枝的延伸同样呈现一定的阶段性变化,且随老化时间增加,放电量、放电次数与放电总能量先降低后大幅增加;陷阱测试显示,陷阱密度及能级随热老化时间先减小后增大,绝缘内部电荷聚集,对局放有极大影响.     

热老化时间对硅橡胶电树枝起始特性的影响

电缆系统长期运行在高温下会对新型超高压预制式电缆附件主绝缘材料硅橡胶(SIR)的性能产生影响。针对电缆长期最高运行温度(90℃)下热老化时间对硅橡胶材料电树枝老化特性的影响展开试验研究,测定90℃温度场下老化1 000 h对硅橡胶材料电树枝老化特性的影响规律,并进行理论分析。试验结果表明,90℃热老化作用下,硅橡胶随着老化时间的增加,起树电压出现先增再减的趋势。硅橡胶电树枝形态与老化时间密切相关,老化过程中树枝状比例很低,随着老化时间增加,丛状树枝比例先增再减,松状比例先减再增。另外,通过对最大放电量的测试可以发现,最大放电量的变化随时间先减再增。结合差热分析、平衡溶胀等试验对试验结果进行分析讨论后认为,90℃下硅橡胶交联网络破坏是硅橡胶起树电压大幅下降,电树枝形态改变的重要原因。运行温度下的热老化对硅橡胶的性能产生了严重的影响,需要引起重视。     

纳秒脉冲电晕放电衰减研究

建立了线－板结构脉冲电晕放电实验模型,研究了沿电晕线的纳秒脉冲电晕放电对其自身波头幅值、波头形状的衰减特性,用高灵敏度紫外光－可见光成像系统摄取了单次纳秒脉冲电晕波电图像并进行了分析。研究表明,纳秒脉冲电晕放电对其自身波头幅值的衰减在电晕线前段的下降具有指数型快速衰减的趋势,且首端所加电压幅值越高,这种衰减越严重。     

高压纳秒电磁脉冲衰减器的研制

随着电磁脉冲技术的发展,电磁脉冲前沿越来越快,峰值越来越高。针对这些特点,为了减小高压纳秒电磁脉冲传输、衰减过程中电磁波的反射,在输出端得到理想的电磁脉冲波形,设计了一种高压纳秒电磁脉冲衰减器,采用高频电磁场仿真软件HFSS建模仿真,分析驻波比,优化结构尺寸。根据仿真及优化结果,制作了衰减量为30%和40%的衰减器样机。实验表明样机衰减量误差小,传输性能好,可对上升时间2ns左右,峰值小于40kV的电磁脉冲实现有效衰减。     

井下电脉冲仪的电特性

本文介绍了一种用于油、水井解堵增油的井下电脉冲仪的基本原理及总体结构,研究了两种电容器的脉冲放电特点,获得了一组电气参数,现场试验取得了显著的增油效果,具有良好的应用前景。     

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.     

高压纳秒脉冲电阻分压器的结构

设计了一种用于测量脉冲高电压的电阻分压器。通过FEKO电磁仿真计算软件计算输出端的电压波形,分析其特性。对典型结构模型的仿真分析表明,分压器两端采用过渡结构,可以减小由于阻抗失配引起的反射,明显改善输出端波形。对直线型、凸型或凹型过渡的对比分析表明,直线型过渡具有优势。实验测试表明,该分压器性能优越,满足高压纳秒双指数脉冲的测量要求,试验波形光滑,未见明显反射。     

高压纳秒脉冲气体放电试验研究进展

按时间顺序综述了纳秒脉冲下气体放电的试验研究结果,简述了几种纳秒脉冲下放电机理假说,并总结了相关的经验公式。目前,重频纳秒脉冲下气体放电的试验研究有较多空白,有必要开展此项研究。     

交联聚乙烯中的滞长型丛林状电树枝特性研究

为了弄清楚电树枝生长机理以利于研究耐电树高聚物材料,采用实时显微数字摄像监测技术监测交联聚乙烯中电树枝引发与生长过程。结果发现,在低频下电树枝长成丛枝状后不再生长。原因是绝缘体中被注入分布均匀的空间电荷,构成电场屏蔽,使电树枝尖端处的电场强度降至介质的击穿场强以下,使树枝停止生长。而局部放电、树枝尖端微击穿和电极向介质中注入电荷这三种作用同时加速电树枝的迅速生长。     

有机玻璃"全去偶极子极化"现象研究

实验中观察到用作塑料光纤纤芯材料的纯有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)在加速热老化和紫外老化过程中其相对电容率急剧下降至大约等于其折射率的平方,即有机玻璃由极性聚合物变为非极性聚合物(“全去偶极子极化”现象)。对此现象的解释机理提出了“孔洞”与“极性基团断裂”两种假设。通过其他实验(如红外光谱、测量密度、测量折射率、测量体积电阻率)的相互对比,基本上肯定了有机玻璃“极性基团断裂”的热老化模型。