SF_6中环氧树脂纳秒脉冲沿面闪络实验研究

针对气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)内盆式绝缘子所用的环氧树脂材料,在纳秒脉冲条件下开展沿面闪络老化实验研究。设计不同气压值下沿面闪络新型实验装置,在SF6环境中进行环氧树脂纳秒脉冲沿面闪络特性研究,并对沿面闪络前后材料老化区域的表面形貌和元素组成进行测试,分析环氧树脂材料老化前后表面理化特性的变化规律。实验结果表明,随着SF6气体压强的增大,环氧树脂纳秒脉冲沿面闪络电压升高。闪络老化后环氧树脂表面氧化铝颗粒凸显出来,且随着老化进一步加深,表面聚合物与放电产生的含氟物质发生反应生成有机氟化物,反应产物被电弧溅射出去覆盖在材料表面。而氧化铝颗粒填料的性质在闪络老化过程中并未发生明显变化。以上针对环氧树脂绝缘材料所开展的实验研究可为GIS内环氧树脂绝缘材料改性,以及增强其耐压性能和抗老化性能提供指导。     

纳秒脉冲下真空绝缘沿面闪络特性实验研究

通过实验研究了纳秒脉冲(10/30 ns)下,真空绝缘沿面闪络电压随圆台形绝缘体锥角、圆柱形绝缘体截面直径、实验气压以及电极材料等物理因素的变化趋势,结果表明圆台形绝缘体锥角变化对闪络电压影响非常明显;厚度相同的圆柱形绝缘体闪络电压随截面直径的增大而降低,且直径越小,变化幅度越大;当气压处于高真空范围,即10-5~10-1Pa时,气压变化对闪络电压不构成影响;高真空条件下不同电极材料对闪络电压无影响。并在系统分析实验结果的基础上,提出了真空绝缘结构设计原则。     

纳秒脉冲真空绝缘沿面闪络机理研究

汇总了纳秒脉冲真空绝缘沿面闪络实验研究结果,实验表明,不同电压波形作用下闪络场强存在较大差异.纳秒脉冲闪络场强显著高于其它电压波形.分析认为纳秒脉冲闪络是一个不断向平衡状态逼近的过程,基于电子激励解吸附原理的二次电子崩理论(SEEA)适用于分析纳秒脉冲真空闪络问题.在纳秒脉冲闪络发生的微观过程中,阴极三结合点场致电子发射是真空闪络发生的必要条件,二次电子崩过程是闪络发展的必备环节.闪络过程在绝缘体表面脱附气体层中完成.     

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。     

纳秒脉冲下固液交接面闪络特性研究进展

为研究固液界面闪络特性,根据它与液体体击穿相似,介绍了当前最主要的液体体击穿机理:电子理论和气泡理论。在此基础上介绍两个窄脉冲下固液交接面闪络可能的模型并评述了窄脉冲闪络的独特性。     

SF_6替代气体中绝缘子沿面闪络特性研究现状

阐述了目前国内外对SF_6替代气体中绝缘子沿面闪络特性的研究现状,介绍了气体中影响绝缘子沿面闪络的因素,指出气体的绝缘子闪络性能受气压和SF_6含量的影响最大,闪络电压通常随气压增大而增大,并呈线性关系;绝缘子形状、接触情况、湿度、温度、表面粒子的长度、粗糙度等因素对闪络性能也有一定影响。     

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。     

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.     

脉冲电压下尼龙的激光触发沿面闪络特性

为研究脉冲电压下的激光触发沿面闪络特性,在试验系统中建立了精确的激光触发沿面闪络试验系统,解决了激光脉冲与试品上所加脉冲电压的同步问题,在此基础上应用平板电极和柱状尼龙绝缘材料进行了激光触发沿面闪络试验。试验中采用60 mm直径的铜材料平板电极,试品为20 mm直径、6、8、10 mm厚的尼龙材料圆柱绝缘材料,试验中激光波长为10645、32 nm并聚焦成2 mm×30 mm的长方形光斑,得到在不同的激光能量密度及施加电压下的闪络时延和抖动时间,并探讨了激光触发沿面闪络的机理。研究表明:激光能量密度越大、施加电压越高,闪络时延和抖动时间越小。     

脉冲陡度对快脉冲下真空沿面闪络特性的影响

为了研究高压快脉冲下绝缘材料的真空沿面闪络机理,从脉冲陡度角度出发,在真空度5 mPa水平下,通过5种脉冲源形式,13种输出电压,测量了环氧试样在不同脉冲陡度下的真空闪络电压。通过数据的分段拟合,结合闪络时延特性以及在高脉冲陡度下洛伦兹力对电子运动的影响,讨论了脉冲陡度对闪络电压的作用机制。分析表明,脉冲陡度很低时(<1.5 kV/ns),闪络电压主要受闪络形成的统计时延的影响;脉冲陡度较高时(几kV/ns~10 kV/ns),闪络的形成时延也成为影响闪络电压的重要因素;脉冲陡度很高时(>十几kV/ns),闪络电压受闪络时延和洛伦兹力共同影响。     

冲击电压下金属微粒对SF_6中支柱绝缘子沿面闪络特性的影响

随着中国电网发展,高电压等级下,越来越多的SF6气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)在运行过程中出现绝缘故障,支柱绝缘子作为GIS中的绝缘薄弱环节,由于其沿面闪络导致GIS事故的案例屡见不鲜。为探究造成绝缘子闪络事故的原因,文中利用实验室1 MV陡前沿冲击试验装置,研究双指数冲击电压作用下气压及波头时间对表面附着金属微粒的支柱绝缘子沿面闪络电压的影响。结果表明:附着金属微粒的支柱绝缘子沿面闪络电压随气压升高出现了"驼峰"现象,负极性"驼峰"极大值对应的临界气压值小于正极性。此外,正极性闪络通道单一,而负极性闪络通道呈弥散状分布,曲折并带有分支,且随气压升高,正、负极性闪络通道均逐渐收细。波头时间变化时,附着金属微粒支柱绝缘子的50%闪络电压呈下凹"U"型,且负极性冲击电压作用下"U"型曲线中的"临界波头时间"小于正极性。分析表明,"驼峰"现象是由流注通道中空间电荷的"电晕稳定化"作用造成的;因为正、负流注的发展过程不同,故放电通道形态也不同;而"U"型曲线是由放电时延、空间电荷以及位移电流注入电荷多种因素共同作用所造成的。     

SF_6分解固体产物对于直流沿面闪络电压的影响

特高压直流穿墙套管对接结构处生成的SF_6分解固体产物有可能会附着在绝缘材料表面。探究SF_6分解固体产物对于直流沿面闪络电压影响对于特高压直流穿墙套管内部绝缘状况的评估具有重要意义。文中测量了SF_6分解固体产物的电气参数,并且和环氧浸渍纸复合绝缘材料的电气参数进行比较。比较结果表明两者之间电气参数存在较大差距,SF_6分解固体产物的确有可能对环氧浸渍纸复合绝缘材料直流沿面闪络电压产生影响。借助直流沿面闪络实验平台,将SF_6分解固体产物直接附着于环氧浸渍纸复合绝缘材料表面,观察沿面闪络电压的变化。实验结果表明,SF_6放电固体产物附着在环氧浸渍纸复合绝缘材料表面的确会引起环氧浸渍纸复合绝缘材料沿面闪络电压下降。其下降程度和固体产物种类、气体压强、电极距离、附着方式等因素密切相关。     

SF_6气体中氧化铝掺杂环氧树脂直流沿面闪络中的虫孔效应

为深入探讨Al_2O_3掺杂环氧树脂这种重要绝缘材料在SF_6气体中的直流沿面闪络特性,搭建了直流闪络电压测试系统,测量了0.4 MPa SF_6气体中不同Al_2O_3含量环氧树脂(Al_2O_3和环氧树脂的质量比为2.5~4.0)试样的短时和长时耐受电压及作用时间,对比分析了短时和长时电压作用下的伏秒(U–t)特征,通过闪络通道痕迹和材料微观结构分析研究了放电对Al_2O_3掺杂环氧树脂的损伤破坏,并讨论分析了沿面放电中虫孔的形成及其对闪络过程的影响。研究结果显示:特定Al_2O_3含量环氧树脂的耐受电压随电压作用时间的增加呈指数下降,且长时耐受电压比短时耐受电压低20%~30%,Al_2O_3和环氧树脂的质量比为3.5时,环氧树脂短时耐受和长时耐受电压最低,且炭化痕迹最为显著。在环氧树脂表面闪络通道中存在明显的虫孔,且随Al_2O_3含量增加,浅表层虫孔逐步转变为深层虫孔,表明随着Al_2O_3含量增加闪络路径逐步由沿面放电形式过渡为体击穿形式,二者之间Al_2O_3和环氧树脂的质量比临界值约为3.0~3.5。     

纳秒脉冲下变压器油绝缘的击穿与闪络特性

纳秒脉冲下变压器油的绝缘特性是脉冲功率技术领域的关键问题之一。为此,利用NPC-120D型高压纳秒脉冲电源对该特性进行了实验研究,分别获得了1 mm间隙下变压器油的击穿和有机玻璃沿面闪络的实验数据。并采用等离子体射流对有机玻璃进行表面改性,比较了改性前后有机玻璃的沿面闪络电压。结果表明:在上升沿40 ns,脉宽100 ns的高压纳秒脉冲电源作用下,变压器油中1 mm击穿电压为120 kV,当加入绝缘介质有机玻璃后,在85 kV电压条件下发生了沿面闪络;利用等离子体射流处理后的有机玻璃在变压器油中的闪络电压显著提高,达到了120 kV。     

低温下硅橡胶直流沿面闪络特性研究

为了研究低温下硅橡胶材料的直流沿面闪络特性,在不同的低温环境下,通过采用倒角平头板电极和倒角四分之一圆弧板电极模拟不均匀电场的方法,对不同氢氧化铝含量硅橡胶的直流沿面闪络电压进行了测试。结果表明:在温度为-60～20℃时,随着温度的降低,硅橡胶的直流沿面闪络电压呈线性升高趋势,因此该硅橡胶绝缘材料适用于持续低温环境。     

纳秒脉冲电源作用下沿面介质阻挡放电等离子体激励器的特性

沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体在空气动力学、生物医学以及环境保护等领域具有广阔的应用前景。为了进一步了解激励器结构对SDBD等离子体放电特性参数的影响,采用光电联合测量手段,分析了在ns脉冲电源作用下,等离子体激励器电极的封装和对称性对放电电流、N2(C3Πu)振转温度、电子温度、电子密度等等离子体特性参数的影响。结果表明:封装有利于稳定放电,能够提高发射光谱的强度和振转温度,增加电子密度;与非对称结构等离子体激励器相比,对称结构等离子激励器放电发生的时刻较早,存在较为明显的二次放电,且具有较高的电流峰值、N2(C3Πu)振转温度、电子温度以及电子密度。当频率从200 Hz增加到1 400 Hz时,3种结构等离子体激励器放电对应的谱线强度和转动温度增加,振动温度下降,电子温度受重复频率的影响较小。研究结果有利于深入理解ns脉冲的放电机理及能量传递机理。     

固体绝缘沿面缺陷下的SF_6分解特性及机理

为了奠定气体产物检测法在固体绝缘沿面缺陷诊断中的应用基础,在实验室内的SF_6放电分解实验平台上探究了SF_6气体在固体绝缘沿面缺陷下的分解特性,同时利用量子化学计算方法对关键产物的生成路径进行了研究。结果显示,固体绝缘沿面缺陷下的特征产物主要包括SOF_2、SO2两种含硫含氧产物以及CO、CO_2、CF_4、CS_2等多种含碳产物。其中CO_2、CO、CS_2的体积分数在放电最后阶段分别从0.46×10~(-6)、4.22×10~(-6)、18.69×10~(-6)快速增长至2.05×10~(-6)、14.76×10~(-6)、27.77×10~(-6),可以认为其生成速率是判断缺陷严重程度的重要表征量。固体绝缘表面发生沿面放电时会发生复杂的反应,CF4主要通过碳氢化合物CH_x逐步与F、HF反应生成;CO来源于碳氢化合物的氧化脱氢反应;CO_2的生成则包括碳氟化合物氧化、CO氧化分解、碳氢化合物氧化脱氢等3个路径;CS_2可能经CH_x与S_2或H_2S反应生成。现场故障案例验证了该研究结论在实际生产应用中的实用价值。     

VFTO下SF_6间隙及绝缘子沿面预放电电流特性

对SF6气体间隙及绝缘子沿面的预放电电流进行了测量。测量结果证实 ,正极性VFTO作用下SF6的击穿遵从先导击穿机理 ;而负极性VFTO作用下SF6的击穿一般遵从茎先导机理或流注放电导致直接击穿。气压大小直接影响先导的起始电压及先导的间隔时间。存在绝缘子时 ,先导形成时间间隔及步长变短 ,且在快速振荡冲击电压作用下会出现“逆放电”现象 ,这有利于先导形成 ,从而降低了闪络电压。     

极不均匀场下SF_6/CF_4混合气体中环氧树脂绝缘子沿面闪络特性研究

文中通过实验手段研究SF_6/CF_4混合气体中环氧树脂复合材料绝缘子试样的直流沿面闪络特性,实验中采用针—板电极结构模拟极不均匀电场情况,分析了气体压强、SF_6混合比以及电压极性对闪络电压的影响规律。实验中,电极间距为5 mm,实验气压为0.1~0.4 MPa。实验结果表明:当混合气体中SF_6混合比为40%时,在实验气压范围内,绝缘子闪络电压可达到相同气压SF_6中闪络电压的60%以上。针—板电极下SF_6/CF_4混合气体闪络电压的协同效应在正、负极性下区别显著,负极性下的协同效应较弱。同时,绝缘子闪络电压具有明显的极性效应,并且随着气压的升高出现了极性反转的现象,这是由于不同气压下正、负电荷对空间电场的畸变作用不同而导致的。综合环保要求和沿面闪络特性,文中研究成果为GIS设备提供了潜在的SF_6替代方案。     

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。