极性反转条件下油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器的油纸绝缘会承受极性反转电压,容易造成绝缘失效.基于油纸沿面绝缘结构的极性反转闪络试验平台,研究了油纸界面电荷对沿面闪络电压的影响以及直流极性反转条件下油纸绝缘沿面闪络电压与单极性直流电压下沿面闪络电压的差别,并分析了油纸绝缘沿面放电针板电极模型的界面电荷在极性反转条件下对油纸绝缘沿面闪络电压的影响,发现油纸积聚的界面电荷密度越大极性反转时发生沿面闪络的电压越低.     

铜微粒对环氧树脂直流沿面闪络特性的影响

高压直流断路器的触头在频繁分合闸过程中会由于电弧烧蚀和机械磨损等原因而产生铜微粒,铜微粒会沉积在断路器断口环氧树脂表面,并显著降低其沿面绝缘性能。针对上述问题,搭建了试验平台,研究了直流电场下铜微粒粒径和位置对环氧树脂沿面闪络电压的影响规律;基于COMSOL Multiphysics建立了环氧树脂非平衡态等离子体沿面闪络模型,分析了铜微粒粒径和位置对沿面闪络电压的影响机制。研究结果表明:附着铜微粒会显著降低环氧树脂沿面闪络电压,铜微粒紧贴高压电极表面时,沿面闪络电压随铜微粒粒径的增加而下降;铜微粒位置亦会对环氧树脂沿面闪络电压产生影响,铜微粒与电极间距越小,沿面闪络电压下降就越明显;铜微粒粒径和位置的变化改变了初始放电发生过程和正负流注头部最大电场强度,进而改变了环氧树脂沿面闪络电压。上述研究结果可为解决高压直流断路器中铜微粒引起的沿面闪络问题提供参考。     

真空中绝缘子沿面预闪络现象的研究

真空中绝缘子沿面闪络现象是制约真空系统电绝缘性能的一个重要因素。通过实时观察冲击电压作用下真空中绝缘子上的冲击电压波形,以及相应的冲击电流和绝缘子表面的发光信号,并在线测量真空中绝缘子的表面电荷分布,研究了高纯度Al2O3陶瓷绝缘子在真空中的沿面预闪络现象。研究结果表明,绝缘子预闪络现象与施加冲击电压的大小、施加次数等有关,同时,沿面预闪络现象也与表面电荷分布有关,根据试验结果提出了一种关于绝缘子预闪络现象的模型,该模型能够较好的用来解释真空中绝缘子沿面预闪络现象以及沿面闪络发展过程。     

纳秒脉冲下SF_6中的沿面闪络特性

通过搭建SF_6气体中的沿面闪络实验平台,研究了上升时间约为30 ns的脉冲高压下不同角度圆台形试样的沿面闪络特性。利用电压电流波形得到闪络通道的阻抗变化特性,并对闪络过程机理进行讨论。结果表明:相同高度试样的沿面闪络电压随角度的增加而增大;相同沿面距离试样的沿面闪络电压随角度的增加而减小。沿面距离与表面电场不均匀系数是影响不同形状试样沿面闪络电压差异的主要原因。     

表面电荷积聚对绝缘子沿面闪络影响的研究

通过对典型绝缘子表面电荷分布特点的分析，研究了表面电荷与放电起始间的关系。研究表明在表面电荷作用下绝缘子沿面闪络起始电压会发生变化。对110kV三相共箱式GIS绝缘子的闪络实验表明，表面电荷可使绝缘子沿面闪络电压下降23．4％。对位移电流作用下的绝缘子沿面闪络先导发展模型进行改进，补充了表面电荷对该模型的影响。指出表面电荷产生的附加电场会影响流注电晕内部正负电荷的分离速度及放电的进一步发展。     

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.     

交/直流电压下气体绝缘变电站盆式绝缘子表面电荷对闪络电压的影响

在气体绝缘变电站(GIS)中,盆式绝缘子表面电荷的存在会使局部电场发生畸变,严重时还会降低沿面闪络电压。为此,研制了一种用于实际252 k V GIS盆式绝缘子表面电荷的3维测量装置,可以对盆式绝缘子表面电荷进行全径向、全角度测量。参考实际盆式绝缘子的绝缘设计裕度及其沿面闪络特性,设计了闪络试验模型,分别针对直流、交流电压作用下绝缘子表面电荷对沿面闪络电压的影响开展了研究。结果表明:在交流电压和直流电压作用下,随着表面电荷积累量的增加,绝缘子沿面闪络电压有所减小;相比于交流电压50 k V作用1 h工况下,在53 k V交流电压作用3 h工况下,盆式绝缘子的沿面闪络电压降低了10.2%,而直流电压下,绝缘子的沿面闪络电压最大可降低23.0%,这说明了绝缘子表面电荷的存在对其沿面闪络电压具有明显的影响,在绝缘设计时需予以重视。研究结果可为GIS及气体绝缘输电线路(GIL)绝缘子的绝缘设计提供参考。     

不同电场下环氧树脂直流沿面闪络特性及其闪络电压分析

研究绝缘材料在不同条件下的沿面闪络特性对掌握绝缘子的电气强度及保证电气设备安全稳定运行具有重要意义。为此,研制了具有不同电场分布形式的沿面放电电极,通过实验研究了环氧树脂在真空及空气环境中的直流沿面闪络特性,并采用韦伯分布分析了闪络电压的变化规律。结果表明,环氧树脂在极不均匀电场下的闪络电压比稍不均匀电场下低,真空中闪络通道和闪络电压的分散性比空气中大,真空闪络受固体绝缘介质的影响大于空气闪络。不对称电场下沿面闪络电压具有明显极性效应,并且真空与空气中的极性效应相反。此外,环氧树脂直流闪络电压服从韦伯分布,可借助该方法定量评估绝缘系统对外加电压变化的敏感性。位置参数的引入有效提升了闪络电压数据的拟合效果,通过特征闪络电压、0.1%闪络概率的闪络电压进一步完善了对绝缘材料沿面电气性能的评价方法。     

不同电场下硅橡胶直流沿面闪络特性实验研究

为进一步探究聚合物绝缘材料的沿面闪络特性,搭建了沿面闪络实验平台,在不同电场下对硅橡胶(Si R)进行沿面闪络实验。通过图像处理技术及数值计算方法对沿面闪络光、电特性进行分析,探索并建立了沿面闪络光、电特性间的关联。结果表明:沿面闪络的光、电特性与电场分布有关。与稍不均匀电场相比,极不均匀电场下沿面闪络发光强度较低、放电通道分形维数较小;并且极不均匀电场下闪络电压较低,放电能量较小。沿面闪络的光、电特性存在一定关联。通常地,闪络电压、电流较大时,闪络通道的亮度较大且分布范围较广,沿面放电能量较高。因此,沿面闪络的光、电特性参数能够有效反映绝缘材料的沿面绝缘强度。     

绝缘子真空沿面闪络统计学模型常数的初步测量

利用一套平行平板型真空沿面闪络实验平台,测量了脉冲功率装置中常用绝缘材料在真空45°绝缘结构中的沿面闪络统计学模型常数。实验平台使用基于Marx-Blumlein方式产生高压方波脉冲的高压源,输出电压半高全宽120 ns,前沿30 ns,90%平顶80 ns,电压幅度在180～280 kV之间。按照相应的防止出现明显系统性缺陷的测试规范,利用厚度在0.7～0.9 cm、下底直径在7～10 cm范围内的绝缘子样品进行了真空沿面闪络实验。以获得的沿面闪络首次击穿数据,计算得到浇注尼龙的沿面闪络统计学模型常数为223.1,而交联聚苯乙烯和有机玻璃材料的沿面闪络统计学模型常数分别大于258.1和263.9。这些结果与其他文献结果有一定的差异,值得进一步深入研究。     

GIS绝缘子在冲击电压下沿面闪络的分析

利用计算和试验两种方法,对在SF_6气体中的绝缘子施加冲击电压下的电场及其引起的沿面闪络原因进行了剖析,指出在冲击电压作用下,增加屏蔽罩是减弱电极结构所引起的电场垂直分量的一条行之有效的途径;沿面闪络主要取决于电场分布的均匀度和绝缘子表面受周围环境导电微粒污染这两个基本因素;电极形状导致的局部场强增大,靠增加绝缘子沿面闪络距离不能明显提高沿面闪络电压。     

指形电极结构设计及其对快脉冲真空闪络特性的影响

为了更好的研究快脉冲真空闪络,宜选用指形电极结构。通过ANSYS有限元仿真和实验研究指形电极结构对快脉冲下真空沿面闪络特性的影响。仿真计算了相同电极间距d不同电极曲率半径r时指形电极系统的最大电场强度Emax;相同r不同d时指形电极系统的Emax;不同d、r时指形电极系统的场增强因子f。仿真结果表明:d一定时,电极曲率半径r<8mm时,电极顶端的最大电场强度随着曲率半径的增大而迅速减小,r为8~20mm时,电极前端的最大电场强度变化幅度不大;r一定时,d为1~8mm时,随着d增大,最大场强下降到原来的23%,d>8mm时,电极前端的最大场强下降趋势有所减慢;电极间距d取值越小,电极曲率半径r越大,场增强因子则越小,对应的电场分布越均匀;对于实验研究用指形电极结构,宜采用r<8mm,d>8mm的设计参数。基于18/500ns、峰值输出电压为75kV的快脉冲源以及r=10mm的不锈钢指形电极,研究了纯环氧试样在不同d时的闪络特性。实验结果表明:d为5~15mm时,沿面闪络电压值随d的增加而呈线性增长;d为20~45mm时沿面闪络电压增长缓慢,这与真空间距击穿的关系不同。并结合65/600ns脉冲电压和直流电压下平板电极和指形电极的沿面闪络实验数据,研究了r=10mm,d=10mm时指形电极结构的f,实验得出脉冲电压下f=1.73,直流电压下f=1.47。     

Load Section Design of a Pulsed Power Generator for X-pinch

The load section of a pulsed power generator for X-pinch was designed. It is a work that repeats itself in cycles as follows: making small changes in size and configuration of the electrode system in order to reduce inductance rarr calculating the inductance rarr calculating the load voltage with the measured forward going voltage wave along the pulse transmission line (PTL) incident upon the load rarr calculating the electric field rarr checking if any surface flashover or breakdown in vacuum happens. In the final designed load section, the highest field on the surface of the insulator, a plexiglass diaphragm, is 113 kV/cm and the highest field in vacuum is 298 kV/cm, respectively lower than the surface flashover voltage and the vacuum breakdown voltage in case of an applied pulse voltage of 100 ns of full width at half maximum (FWHIVI) and 500 kV in amplitude.     

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%。     

Influence of wave front steepness and accumulated charge on creeping discharge

The creeping flashover voltage–time characteristics for the composite insulating configuration by insertion of a barrier between a needle electrode and a plane electrode in N₂ gas have been investigated. A maximum creeping flashover voltage of around 10 µs has been found in N₂ gas for negative polarity. This anomalous voltage–time characteristic is associated with the low field relaxation effect of the accumulated charges on the barrier for an applied pulse voltage with a highly steep wave front. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 146(1): 1–8, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10249     

Effects of low air pressure on AC and DC arc propagation on ice surface

The effects of air pressure on the AC and DC arc process on an ice surface, including velocity, parameters and flashover voltage, were studied. The results obtained showed that air pressure has an obvious influence on the arc propagation velocity, arc constant A, electrode voltage drop V_e and consequently on the flashover voltage of the ice surface, V_f. This decrease in V_f is explained by the decrease in the E-I arc characteristics and arc propagation velocity, and by the relatively higher density of Na atoms in the arcs at pressures below standard air pressure. Based on these results, the mechanism underlying the decrease in the flashover voltage of ice-covered insulators at high altitude was analyzed     

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%。     

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.     

Creepage Flashover Characteristics of Oil/Pressboard Interfaces and Their Scale Effects

Creepage flashover characteristics in transformer oil under positive impulse voltage were studied by using models of which the electric field distribution was equivalent to that of actual transformeis. In the experiments, some geometrical parameters concerning creepage flashover and the model scale were varied. It is concluded that the flashover voltage characteristics are determined by electric field strength of the high-voltage electrode surface and stressed oil volume. The scale effect of the creepage flashover was found to be the power of 0.7 of the model scale.