陷阱分布对Al_2O_3陶瓷介质在真空中沿面闪络特性的影响

真空中绝缘介质的沿面闪络一直是制约真空中电绝缘强度的重要因素。文中采用等温衰减电流法(IDC)研究了在不同烧结温度和掺有不同添加剂情况下氧化铝陶瓷试样的陷阱分布,利用试验装置测量了陶瓷试样的沿面闪络特性。试验结果表明,烧结温度和添加剂显著影响了氧化铝陶瓷的陷阱分布:不同的陷阱分布影响着绝缘介质的沿面闪络特性。根据试验结果,笔者从固体能带理论出发,将陷阱分布和氧化铝陶瓷的沿面闪络特性联系在一起,解释了一些沿面闪络发展过程中的疑难问题。

采用光学方法研究陶瓷绝缘材料的沿面闪络特性

对比研究了真空中交流电压下采用和未采用真空溅射金属电极的氧化铝陶瓷材料 ,在沿面闪络发生前不同的表面发光特性。基于固体的能带理论 ,提出了 2类试品在金属电极 介质的界面处不同的能量状态分布模型 ;并在此基础上同时考虑电荷注入复合和场致电子发射对发光的影响 ,解释了 2类试品发光的差异性 ,指出了采用和未采用真空溅射金属电极的氧化铝陶瓷存在不同的沿面闪络起始机理及发展过程。

雷电冲击电压下沿面闪络特性的研究

通过模拟支柱绝缘子和穿墙套管的沿面放电模型,对电极结构、极间距离、表面电导率以及所加电压的极性等对沿面闪络电压的影响进行了试验研究,并分析了不同模型闪络特性差别的原因。

正极性振荡型雷电冲击电压下的油纸绝缘沿面闪络特性

为了获得标准雷电和不同频率的振荡型雷电冲击电压下油纸绝缘沿面闪络特性的异同,在平行电场结构的油纸绝缘沿面试品上施加了标准雷电、100、200、300、400 kHz振荡雷电共5种冲击电压,对比分析了不同冲击电压作用下闪络特性。结果表明振荡型雷电冲击电压的10%及50%闪络电压均高于标准雷电冲击电压,伏秒特性曲线整体位于标准波之上。随着振荡频率的增大,10%及50%闪络电压逐渐增大,且伏秒特性逐渐上移,振荡型比标准雷电冲击电压的最大闪络时延长。采用Weibull概率分布研究了不同类型电压下的闪络概率,结果表明振荡型的概率曲线较标准波陡,且随着振荡频率的增大,概率分布曲线的斜率逐渐降低,即随着施加电压幅值的升高,振荡频率越低,其闪络概率增加越多。

c-C_4F_8在球板电极下的绝缘性能和绝缘子沿面闪络特性研究

文中从c-C_4F_8的绝缘性能和绝缘子沿面闪络特性角度出发,进行了球板电极下对c-C_4F_8的工频击穿实验和雷电冲击实验,以及常压下绝缘子的沿面闪络击穿实验。同时进行了SF_6、N_2和CO_2的对比实验。实验结果表明,对于气隙击穿的工频耐压实验和雷电冲击实验,c-C_4F_8的击穿电压值都随着间隙距离的升高而增加,并呈线性趋势;在稍不均匀电场中,c-C_4F_8的绝缘性能约为SF_6的1.4倍;c-C_4F_8中绝缘子的闪络电压明显大于SF_6。从绝缘性能的角度来看,c-C_4F_8在某些条件下可以作为SF_6的一种替代气体,用在电力设备中。

聚合物绝缘材料直流闪络特性及表面形貌实验研究

研究绝缘材料沿面闪络特性及闪络过程中材料表面形貌的变化,可以为提高绝缘材料沿面耐压性能及材料表面改性处理提供参考。文中采用正极性直流电压源,对大气环境下聚四氟乙烯(PTFE)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的沿面闪络特性及闪络前后表面形貌进行了实验研究。结果表明:绝缘材料直流闪络电压近似服从韦伯分布,可借助韦伯分布统计方法求出任意概率下的闪络电压。采用三维显微镜及原子力显微镜观测了闪络前后材料的表面形貌,发现材料表面的放电痕迹均在阴极附近更为严重,并且闪络后材料表面出现连续状沟壑,表面起伏变大、粗糙度变大。文中分析表明,绝缘材料的沿面闪络电压受电场畸变程度及材料表面形貌特性的影响,可为提高聚合物绝缘材料的沿面耐压性能提供一定的参考。

聚四氟乙烯直流沿面闪络及表面特性的实验研究

为提高绝缘材料的耐沿面闪络能力,对聚四氟乙烯在指形电极下的沿面绝缘特性及沿面闪络前后材料表面的物化特性进行研究。测量了不同放电距离下的沿面闪络电压,并采用原子力显微镜和X射线光电子能谱仪分析闪络前后聚四氟乙烯表面形貌、表面粗糙度、表面化学成分的变化。结果表明:随着电极间距的增大,沿面闪络电压升高,闪络场强降低;随着闪络时间的增长,材料表面的凸起变大、变平,表面粗糙度增大,表面发生显著的物理变化;在沿面闪络过程中,材料表面化学基团发生变化,表面水接触角下降。

高速气流对针板沿面直流放电特性的影响

暴露在大气环境中的绝缘设备受到运行状态或者大气运动的影响,其绝缘介质表面往往处于气流环境中,其放电特性与静态气体相比有较大差异。以硅橡胶绝缘片为研究对象,通过风洞系统开展气流环境下绝缘介质表面闪络特性试验,发现气流方向垂直于电场方向时,电晕放电光区与放电路径沿着气流方向发生了偏移。分析气流环境下绝缘介质表面、气体薄层和气体中离子的运动轨迹变化,认为气流导致离子的运动轨迹发生偏转,并使得大量电子和离子被吹离绝缘介质表面,绝缘介质表面电子和离子浓度下降,这就削弱了流注头部的电场,使流注的发展变得困难。同时,气流环境导致绝缘介质表面电荷积聚途径与来源发生变化,随着气流速度的增加,绝缘介质表面电荷消散速率增快,绝缘介质表面法向电子通量与切向电子通量都减小,导致表面电荷累积量减少,进而削弱了绝缘介质的表面电场。电子的偏转和吹离效应以及表面电荷积聚量减少是导致高速气流环境下针板电极间沿面闪络电压上升的主要因素。

碳化硅改性超疏水涂层协同增强直流沿面闪络性能及机理研究

超疏水涂层在能源电力装备防湿/污闪络方面具有潜在的应用前景,但其表面在直流电场下易积聚电荷,导致电场畸变,诱发沿面闪络。该文研制了一种兼具优异憎水性和电荷消散特性的碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层,研究了其沿面闪络特性和机理。结果表明,填充碳化硅质量分数为40%的氟碳树脂超疏水涂层沿面闪络性能最佳,与室温硫化(RTV)硅橡胶涂层相比,其干闪和湿闪电压分别提升了62.1%和90.6%。研究发现,填充40%碳化硅的氟碳树脂超疏水涂层表面以浅陷阱为主,被捕获的载流子易于脱陷,有效提升了涂层的沿面干闪电压;同时,该超疏水涂层表面粘附功低,水滴易被电场驱离,可形成较大干区,显著提升了涂层的湿闪电压。因此,碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表现出良好的憎水性能、电荷消散特性和直流沿面闪络性能,对提升高湿环境中能源电力装备的绝缘性能具有重要参考价值。

Me-THPA扩链改性环氧树脂对其固化物绝缘特性的影响

盆式绝缘子是气体绝缘开关设备(GIS)中的关键部件,运行中的盆式绝缘子发生过多次表面闪络事故,影响电网安全运行。盆式绝缘子的绝缘性能取决于环氧树脂/Al2O3复合材料的综合性能,该文使用甲基四氢邻苯二甲酸酐(Me-THPA)对低分子量环氧树脂进行扩链改性,探究了扩链后环氧树脂的分子量分布和固化特性。在此基础上,制备了扩链树脂/Al2O3复合绝缘材料,试验研究了这种材料固化产物的体击穿特性和沿面闪络特性。研究结果表明,采用Me-THPA达到了对环氧树脂扩链改性的目的,降低了环氧树脂的树脂固化放热速率,且扩链环氧树脂/Al2O3固化物的体击穿强度和沿面闪络电压都有一定程度提升,研究结果可为盆式绝缘子绝缘能力的提高提供参考。

等离子体氟化改性微米AlN填料对环氧树脂绝缘性能的影响

环氧树脂常用于制造盆式绝缘子,其在直流电压下的表面电荷积聚现象严重,成为阻碍直流气体绝缘电气设备研发与应用的主要瓶颈。等离子体技术作为一种高效、可控的改性方法,可以有效改善环氧填料的电气性能。本文采用大气压低温等离子体技术对微米AlN填料进行氟化处理,控制不同的氟化时间,测试改性后的环氧树脂试样的微观形貌、化学组分、电荷特性及沿面闪络特性。实验结果表明:等离子体氟化45min后,填料平均粒径降低26%,填料氟化45min,氟元素占比达到38.55%。随着氟化时间增加,环氧树脂样初始积聚电荷量降低,闪络电压呈现先增加后降低的规律,在对填料氟化45min时,闪络电压提升最明显,较未氟化填料提升了约39.9%,两参数韦布尔分布表明闪络电压分散性也有所降低。研究结果表明了等离子体填料处理提升环氧树脂电气性能的可行性,处理方法高效稳定,性能提升明显,为AlN及其他填料的改性提供了新的研究思路。

Investigation of Multilayer Organic Insulation Structure on Surface Flashover Properties and Mechanism in Vacuum

In order to further investigate the surface flashover mechanism in vacuum, the surface flashover and electric field distribution of multilayer organic insulation structure are studied and developed based on the previous studies. The samples of multilayer organic insulation structure are prepared by inserting multilayer organic composite material with different relative permittivity between the electrode and the dielectric. Two multilayer organic insulation structures are prepared in this study. One is the cylindrical samples, the other is 45° samples. The impulse (1.2/50 μs) and DC flashover voltages in vacuum are tested, and the electric field distributions of two insulation structures are analyzed by ANSYS. It is found that these two insulation structure could effectively improve the surface flashover performance in vacuum. The results indicate that the highest impulse first flashover voltage of cylindrical samples reaches 65 kV and increases by 25% under im- pulse voltage. The highest first flashover voltage of /c samples reaches 81 kV and increases by 32% under impulse voltage. The results of electric field simulation demonstrate that different mechanisms exist between 45° insulation structure and cylindrical structure.