纳秒脉冲下有机玻璃电树枝老化特性研究

介绍了有机玻璃(PMMA)在纳秒脉冲作用下电树枝引发和生长的规律现象。采用压紧针电极与绝缘样品接触、多针并列式的方法制备实验试样,绝缘样品(有机玻璃)加工为120mm×5mm×2.5mm的长方条。实验使用产生30ns上升沿和70ns脉冲宽度的负脉冲固态纳秒脉冲发生器MPC50D作为激励源,在25℃的条件下,施加100Hz的重复频率脉冲,设定初始电压,逐级升压,直至引发电树枝后停止升压,记录电树枝引发电压,观察电树枝生长特点及现象。实验发现PMMA中电树枝出现裂隙状破坏,经过分析讨论,认为是力作用导致的结果。实验中还观察到电树枝生长速度极快的现象,从电树枝引发到击穿只需几秒钟。通过研究证明绝缘油浸入导致了电树枝生长加速,深入讨论分析了绝缘油浸入促进电树枝快速发展的原因、机理及抑制方法。     

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。     

120kV下重频纳秒脉冲气体击穿特性研究

在120kV的重复频率(10Hz,100Hz,500Hz,1000Hz)脉冲高压下,研究了干燥空气在平板间隙(5～15mm),气压(0.1～0.5MPa)下的击穿特性.得到了击穿时延、重复频率耐受时间、施加脉冲个数等与重复频率的关系,并观察到相关的发光现象.结果表明经典的流注击穿判据不符合重复频率脉冲下的击穿,高重复频率下的击穿与低重复频率下的击穿不同.重复频率的纳秒脉冲下的击穿需要考虑受激粒子、残余电荷等在放电过程的影响.亚稳态受激粒子、空间残余电荷的积累效应产生大量的初始电子,从而气体击穿是大量初始电子引燃,多弧道的击穿.     

微秒和纳秒脉冲激励下甲烷DBD电学特性研究

利用等离子体技术可以裂解甲烷,产生C2烃和氢气等具有更高价值的物质。对等离子体放电参数优化以提高甲烷等离子体转化效率具有重要意义。文中基于同轴DBD反应装置,在自主研制的微秒和纳秒脉冲电源的激励下,改变电源参数和气体流速,研究了甲烷裂解过程中不同参数下初始击穿电压的变化规律、放电图像、Lissajous图形以及单脉冲内的能量和功率,为甲烷转化提供参考。实验结果表明,两台电源作用下气体初始击穿电压均随脉冲重复频率的增加而下降,但纳秒源作用时该趋势更明显;放电强度均随脉冲重复频率增加而加强,相同参数下,微秒源作用时放电更强;施加电压一定时,不同脉冲重复频率以及不同气体流速下Lissajous图形形状几乎一致,微秒源作用时的图形更接近典型的平行四边形;气体流速和脉冲重复频率相同时,两台电源单脉冲内放电能量与所加电压几乎成直线关系变化,气体流速和施加电压相同时,单脉冲内放电能量几乎不受脉冲重复频率的影响,但是纳秒源可以得到更高的瞬时功率。实验表明,脉冲电源可以作用于DBD反应器用于转化甲烷,纳秒源作用时系统的效率比微秒源更高。     

常压下重频纳秒脉冲气体放电试验研究

气体介质在重频(PRF)纳秒脉冲作用下的绝缘特性是高重频脉冲功率技术研发的基础。采用SPG200重频纳秒脉冲电源，通过测量常压空气介质间隙(5、10、15、20mm)，在不同重复频率(1、10、100、500、1000Hz)、不同电压幅值(60、80、100kV)作用下的击穿电压、电流、击穿延时及耐受时间，研究了空气的绝缘特性。结果显示重频脉冲常压下空气的击穿场强比单次脉冲时低得多；随击穿场强的增大，击穿时延、重频耐受时间均有减小的趋势，高PRF时减小趋缓。低PRF下的放电发展过程与单次时的放电发展过程差别不大，而与高PRF下的不同。最后对纳秒脉冲下击穿时延及放电机理等进行了一些讨论。     

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。     

纳秒脉冲下CO2/He气体均匀放电特性

低温等离子体在CO2催化转化方面具有广阔的应用前景,成为国内外的研究热点.常用的电弧、微波或介质阻挡放电应用于CO2转化时通常处于电弧或丝状放电状态,难以调控其电学参数,限制了转化机理的深入研究.为此,提出一种纳秒脉冲激励的获得板-板裸电极下CO2/He可调均匀放电的方法,通过对电学参数的测量,发现CO2体积分数越高,...     

常压单极性纳秒脉冲DBD模式的实验研究

介质阻挡放电(DBD)是产生低温等离子体的重要方法。实验研究的DBD由上升沿15 ns,半高宽约30ns最高重复频率1 kHz的正极性纳秒脉冲产生,测量了DBD电压、电流以及放电图像。结果表明,空气间隙上发生两次放电,分别发生在施加电压的上升沿和下降沿末端,电流峰值可达百安培量级,峰值功率可以达到MW级。放电图像显示放电分为均匀放电和丝状放电两种模式,且阻挡方式和重复频率都是影响这两种放电模式相互转化的重要因素。     

用于放电等离子体的重频固态纳秒脉冲电源

为提高放电功率、产生大面积等离子体,设计了一种高重复频率纳秒脉冲电源,其基本原理是采用高压截断法产生高压脉冲.选用通断速度较快的碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)产生纳秒级截断,进而可以大幅提高输出脉冲的重复频率;使用8个串联的MOSFET同步工作,以提高输出电压幅值.测试结果表明,该电源输出脉冲的电压幅值可达10 kV,脉冲上升沿约为12 ns,半高宽约为750 ns.负载为5 kΩ无感电阻时,连续运行重复频率可达100 kHz,爆发模式下重复频率可达1 MHz.电源带载能力较强,未击穿时输出电压脉冲波形基本不随电极负载发生改变.该电源可长期稳定工作,产生较大面积等离子体,满足了高重复频率纳秒脉冲放电的需求.     

重复脉冲电压下变频牵引电机绕组绝缘的电树枝特性

变频牵引电机在快速发展的轨道交通运输中起重要作用,其在运行时需要承受高频脉冲电压的冲击,且绕组的绝缘温升较高,需采用高耐热性绝缘浸渍漆和绝缘带构成的复合绝缘系统。为此选用了两种常用的C级耐热浸渍漆,配合3种绝缘带构成层状复合绝缘电树枝试样,在不同重复率的双极性方波脉冲电压下,试验实时观测了电树枝的引发、形态特征和生长过程,对比研究了不同层状复合绝缘的电树枝化特征和破坏机理。试验对比和研究分析表明：电树枝在聚丁二烯树脂浸渍漆中的引发时间较长,径向生长速率明显更快,而有机硅树脂浸渍漆中的电树枝更容易引发,但引发后生长速度较慢;随脉冲电压重复率提高,电树枝更易引发,径向生长速率更快,但两种浸渍漆中电树枝的形态变化不同;3种绝缘带对电树枝的生长都具有显著的界面阻碍作用,且玻璃布补强云母带与聚酰亚胺薄膜和聚酰亚胺薄膜补强云母带相比,对电树枝生长的抑制效果最突出,更适用于高频脉冲电压作用下的变频电机或高频变压器绝缘系统。     

XLPE电缆绝缘中电树枝生长的阶段性特性实验研究

本文研究发现,XLPE电缆绝缘中电树枝的生长过程多数呈阶段性特征,并且在较低的电压频率下伴随着两种不同的电树枝结构。但在较高的电压频率下电树枝生长的阶段性不甚明显,并且仅仅存在一种电树枝结构。本文最后分析了产生这个实验现象的原因。     

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。     

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.     

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。     

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。     

毫微秒脉冲法用于变压器绕组变形研究初探

变压器绕组变形是变压器的常见故障,为提高变压器绕组变形检测的灵敏度,对毫微秒脉冲检测法进行了研究。着重对毫微秒脉冲参数的选择进行了探讨,通过仿真计算选择了波前5ns30%,脉冲宽度为50ns30%的脉冲作为脉冲信号。利用毫微秒脉冲法对试验变压器进行了绕组变形检测,试验结果证实该方法能较好反应出绕组变形,同时,在0～80MHz范围内试验结果的重复性较好。     

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。     

Ultrasonic measurement of three-dimensional structure of electrical trees using characteristics of tree structure

In this paper we propose a method to distinguish noise-covered ultrasonic signals by making use of the distinguishing features of signals reflected from electrical trees extending toward the direction of depth within the specimen. This method utilizes the characteristics of signals due to the spatial continuity of a tree branch and also to the change of the delay time of the signal reflected from the electrical tree when the ultrasonic transducer is moved slightly near the target point. As a result, it is shown that the three-dimensional structure of the bush-type tree in polyethylene can be visualized in a nondestructive way. The resultant shapes of the trees agreed well with those obtained by actual sectioning of the specimen using a microtome. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 119(3): 7–13, 1997