低气压Ar-Ne-Hg放电电场强度计算

本文对 L ama[1 ] 模型进行了修正 ,得到了高管壁负载时的低气压 Ar- Ne- Hg放电解析模型。按照该模型算出的轴向电场强度的理论值与实验数据符合较好。

卫星低气压与真空放电安全性设计分析

卫星低气压与真空放电因客观环境因素诱发,危险源无法消除,风险无法避免;但开展相关安全性设计分析可以有效降低风险。文章提出一种基于故障致因理论的安全性设计方法,以问题导向为核心,推动挖掘导致卫星低气压与真空放电故障的不同原因,深入分析每一种放电防护设计的安全性要素和风险,以便制定有效措施,防范风险。最后结合实例,采用统计分析、工程分析和数学分析等方法,挖掘和查摆卫星低气压与真空放电原因,进行风险预评和控制措施设计与验证,结果表明该方法有效可行。

低气压条件下IGBT模块局部放电特性及机理研究

高海拔环境给绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块绝缘可靠性带来严峻挑战,为探究IGBT模块在高海拔条件下的局部放电特性,搭建了低气压IGBT局部放电检测平台,测量了其在交流工频电压下20~100 kPa气压范围内的局部放电起始电压(partial discharge inception voltage,PDIV)、熄灭电压(partial discharge extinction voltage,PDEV)、最大视在电荷量、平均电荷量、放电脉冲重复率以及局部放电相位分布谱图(phase resolved partial discharge,PRPD)等特征参量,结果表明:在70~100 kPa气压下,IGBT模块局部放电现象不明显,60 kPa时出现明显的局部放电,放电位置主要集中在电压极性反转前后,并随着气压进一步下降,PRPD相位逐渐变宽,放电量及放电重复率明显升高。之后利用有限元分析方法对IGBT模块截止时的场强分布进行了分析,发现IGBT模块键合线引脚、硅胶和芯片交界处以及铜板、硅胶和陶瓷板交界处电场最为集中,且不同介质材料界面处存在大量微气隙通道,是外部气压变化向IGBT模块内部传递的重要路径。微气隙通道中场强更为集中,且在低气压条件下微气隙通道内电子自由程更大,使得局部放电更加剧烈,不同极性电荷逐渐在微气隙通道电极和硅胶两侧聚集,在外加电压极性反转时与空间电荷场强叠加,导致局部放电异常剧烈。研究结果可为IGBT模块在低气压条件下的绝缘设计及安全可靠运行提供参考。

低气压下电气设备长间隙工频放电检测方法

本研究主要目的在于探讨低气压环境下电气设备长间隙工频放电检测方法,对低气压对电气设备放电特性的影响、放电现象的概述以及放电机理的分析,提出了一种基于多种检测技术的综合方法。

航天器微波部件微放电诱导低气压来源分析

航天器微波部件低气压放电效应是威胁航天器电子设备安全运行的一种特殊效应,而部件材料表面吸附气体脱附后为低气压放电提供了必要的条件。首先对比了微放电与低气压放电的区别,阐述了低气压放电破坏效应的产生根源。通过理论分析与计算,对比了热效应和电子轰击效应对不同键能吸附气体的脱附效率。结果发现,热致脱附主要造成低键能物理吸附气体的解吸附,电子轰击效应可造成高键能的化学吸附气体的解吸附。阐明了由二次电子倍增引起的电子诱导解吸附过程是星载微波部件内低气压环境的主要形成原因。最后讨论了通过部件材料表面处理及提高二次电子倍增阈值的低气压放电效应抑制方法。

TEM模式同轴谐振腔低气压放电蒙特卡罗仿真和实验研究

随着无线通信系统高频小型化的发展趋势,对微波滤波器设计提出更为严苛的要求。其中功率容量作为衡量滤波器性能的重要指标,在滤波器尺寸不断缩小的情形下面临严峻的挑战。谐振器作为滤波器基本组成单元,对单一谐振器的功率容量准确预测十分重要。本文针对工作频率在2.6 GHz的TEM模式同轴谐振器,将电容加载的耦合结构近似为平行平板结构,利用单粒子蒙特卡罗方法仿真获得同轴谐振器临界击穿电场,实现了对该结构同轴谐振腔的低气压放电功率阈值仿真预测。对所设计同轴谐振腔开展低气压放电实验研究,获得了100~1000 Pa气压范围内击穿功率阈值随气压的变化关系实验曲线,并验证了单粒子蒙特卡罗仿真预测方法的准确性。

低气压正极性1 m空气间隙冲击流注放电起始特性研究

流注放电是正极性长空气间隙放电过程中首个完整放电阶段,获取低气压流注放电特性对于理解高海拔地区空气间隙击穿机制和雷击接闪过程具有重要意义。基于冲击电压下流注放电临界体积模型,同时考虑气压对临界体积内负离子脱附速率的影响,建立了综合考虑气压、电极曲率半径及电压上升率等多种因素的流注放电起始模型,实现了不同工况下流注放电起始场强和起始时延等特征参数的计算。设计构建了基于低气压1 m空气间隙放电腔体的流注放电实验观测系统,实验获取了0.06 MPa、0.08 MPa及0.1 MPa三种气压条件下的流注放电起始时延分布特性,并进一步对模型计算准确性进行了验证。利用该流注起始模型,在约化电场E/N恒定条件下,计算分析了气压、端部电极尺寸及电压上升率对流注放电起始平均电场和起始时延分散性的影响规律。该研究可为高海拔输变电工程设备绝缘配合和雷电屏蔽性能评估提供指导和参考。

阻挡介质材料对低气压CO_(2)介质阻挡放电转化特性的影响

介质阻挡放电(DBD)等离子体可产生大量荷能荷电粒子和活性自由基,具有高效、低耗、高可控程度、长使用寿命等优势,在CO_(2)资源化利用方面表现出良好的应用潜力。针对火星低气压高浓度的特殊CO_(2)氛围,为探究DBD中阻挡介质材料种类对CO_(2)转化效果的影响机理,利用kHz正弦电压驱动DBD,实验研究了不同阻挡介质材料对CO_(2)放电转化特性的影响。结果表明,阻挡介质依次为石英玻璃、环氧树脂、氮化铝、氧化铝、氧化锆(相对介电常数依次为4.7、6.6、9.8、10.2、37.1)时,放电产物中O_(2)的产量逐渐升高,其中氧化锆作为阻挡介质时的O_(2)产量远高于其他材料。结合数值仿真分析了阻挡介质相对介电常数和二次电子发射系数对CO_(2)转化效果的影响机理:固定二次电子发射系数,增大介质相对介电常数,气体间隙平均电场强度增大,放电产生的电子和CO+2密度增大且维持在半峰值以上的时间增加,O_(2)主要生成反应的速率增大,导致O_(2)产量增加;固定介质相对介电常数,增大介质二次电子发射系数会降低间隙平均电场强度和平均电子温度,增加间隙平均电子密度,较高电子密度和较低电子温度有利于电子和离子的复合分解反应,促进O_(2)生成。

同轴谐振器低气压放电击穿瞬态电学行为研究

气体微波电离引起的低气压放电效应是限制微波部件功率容量的可靠性问题之一,而击穿瞬态电学行为的研究有助于诊断系统响应。目前大功率微波部件的击穿诊断与电路系统联系不够紧密,而探究放电所产生的等离子体对系统的影响能够改善这一现状。以TEM模式下谐振频率为2.6 GHz的同轴谐振器为研究对象开展低气压放电实验,获得了100~1000 Pa气压范围内谐振器的击穿功率阈值随气压的变化关系实验曲线,并通过正反向调零模块中功率计记录气体电离击穿前后的S 11值。结合谐振器内部放电后的烧蚀痕迹将气体电离击穿后所产生的等离子体等效为圆柱型介质块,进行建模仿真获取放电发生后S 11与谐振频率随气压变化的关系曲线,分析并发现局部阻抗的负载状态随着气压的升高是逐渐由容性向感性转变。最后基于测试系统的调零模块计算得到电离击穿前后谐振器局部阻抗的变化量与气压的实验关系曲线,验证了建模仿真结果。

低气压正棒—板短间隙操作冲击放电特性

根据在多功能人工气候室内的试验研究结果 ,系统分析了气压对 2 0 0～ 5 0 0 mm平头正棒—板短间隙操作冲击放电特性的影响 ,提出了低气压下平头正棒—板短空气间隙操作冲击放电电压的校正方法和公式。

高空低气压、低温环境下的电晕放电模拟试验系统

为研究高空低气压、低温环境下的电晕放电特性,研制了由气压泵、气压计、温控箱、密闭气罐、高压静电源、动态电位测试仪等组成的低气压、低温环境电晕放电模拟试验系统。该系统可实现10-2 Pa^100 k Pa范围内的气压调节和-60~20℃范围内的温度调节,满足试验所需的气压和温度要求。并利用此系统进行了不同气压下的电晕放电试验,初步得到了电流波形随气压的变化规律。试验结果表明:在10~100 k Pa气压范围内,当温度、湿度等其他环境因素基本不变时,随着气压的降低,电晕放电电流脉冲上升沿及放电形成所需要的时间增加,而放电电流脉冲下降沿和持续时间基本不变,分别约为320 ns和600 ns。

低气压板-板与多针-板电极结构甲烷气体介质阻挡放电的对比

为深入理解低气压板–板与多针–板电极结构甲烷气体DBD放电特性的差异,主要设计并测量了两种电极结构的放电特性,研究了放电电气参量随气体压强变化规律,测量了两种电极结构的放电区发射光谱,诊断了两种电极结构CH双原子分子的转动温度,利用转动温度近似气体温度,得到了气体温度随气压变化的规律,并对所得到的结果进行了分析和讨论。结果表明:在等气隙条件下,两种电极结构随着气压的升高放电逐渐过渡到不稳定状态,放电半径逐渐缩小,有明显的同心圆形貌;多针-板阵列结构电极相对于板–板电极结构,在电压正半周期时放电电流较大,在电压负半周时放电电流十分微弱。当气压较高时多针–板阵列结构起始放电的极间电压较低;光谱计算表明在其他条件相同条件下,多针-板阵列结构的气体温度较低。

高空低气压电晕放电特性模拟试验研究

电晕放电对飞行器的运行安全造成严重威胁。为了解高空低气压环境下电晕放电特性，建立了由真空泵、真空计、密闭气罐、高压静电源、动态电位测试仪等组成的高空低气压电晕放电模拟试验系统。采用针-板电极结构模型进行了低气压环境下电晕放电模拟试验，并结合气体放电理论，从微观粒子运动角度对试验结果进行理论分析。结果表明：在5—30kPa范围内，随着气压的降低，起晕电压近似呈线性降低，Trichel脉冲幅值、上升沿时间以及重复频率逐渐增大，但脉冲持续时间基本不变，约为600ns。该研究结论可为研究飞行器的电晕放电特性提供参考。

低气压棒—板间隙操作冲击放电特性及电压校正

为了研究高海拔地区空气间隙的操作冲击特性,在大型人工气候室内对0.25～2m的棒-板间隙的操作冲击50%放电电压与气压p、间隙距离d的关系进行了系统的实验研究。结果表明:操作冲击50%放电电压U50随着气压p的下降呈幂指数关系下降,间隙长度不同,气压影响指数n不同;通过分析得到了不同间隙长度下的U50气压校正公式;U50与不同间隙距离d之间的关系与电压极性有关:正极性时U50与间隙距离d的线性关系较好,负极性时有明显的饱和性,且U50的气压影响特征指数n与电压极性有关。试验结果显示操作冲击50%放电击穿时间与电压极性和间隙距离有关。

低气压下长间隙交直流放电特性研究

为研究低气压下交、直流长间隙放电特性,利用自主研制的低气压放电腔体对0.5~60 kPa气压范围内200~600 mm棒-板间隙进行交流、正极性直流和负极性直流放电实验,得到不同电压形式下的击穿电压U与气压P的关系曲线,并对曲线特征及其产生原因进行分析。研究结果表明:交流、正极性直流以及负极性直流电压下的U-P曲线差异显著,在2~4 kPa范围内直流电压下的极性效应发生反转,随气压升高直流击穿电压幅值由U_(DC(-))<U_(DC(+))变为U_(DC(+))<U_(DC(-)),P≤2 kPa时负极性直流电压下板电极表面形成的电离层是造成极性效应反转的原因;由于特定气压范围内交流电压下击穿前重复发展的局部流注放电对空间电荷密度影响显著,U_(AC)-P曲线存在饱和区。研究结果可为低气压下长空气间隙放电特性研究提供参考。

低气压下染污绝缘子的直流放电特性研究

根据在人工气侯室内对悬式绝缘子XP—7,XWP2—7,DC—Ⅱ—16和支柱绝缘子ZS1—35—400,ZWS1—35—400的直流污闪试验结果,得到了直流闪络电压与气压和盐密的关系,并对不同结构绝缘子的污闪特性进行了分析,提出了表征直流污闪电压随气压降低而下降的特性指数n值的选取原则,并与交流下的结果进行了比较和分析。

低气压下开关柜空气间隙雷电冲击放电特性

以空气为绝缘介质的开关柜,其电气安全距离受海拔、电极形状等影响明显,但低气压下开关柜空气间隙的选择目前尚无相关标准可供参考。为此以40.5 kV开关柜内存在的4种空气间隙和典型棒–板间隙为研究对象,在人工气候实验室展开了低气压下空气间隙正极性雷电冲击放电特性试验,并分析了电极形状、气压p、相对湿度h、间隙距离对其放电特性的影响。结果表明:开关柜空气间隙放电特性与棒–板差别较大,不同间隙类型放电特性差异明显;低气压下空气间隙雷电冲击电压U50与零海拔、标准大气压p0下冲击电压U50,0满足U50=U50,0(p/p0+ch)n关系,其气压影响特征指数n和湿度附加影响指数c与电极形状有关;间隙雷电冲击放电电压在不同湿度下有一定分散性,且间隙放电电压与间隙距离(<400mm)之间不呈线性关系。研究结果可为高海拔地区开关柜电气安全距离的选择提供指导。

低气压He/N_2混合气体的辉光放电数值模拟

针对低气压下含有少量氮气杂质(体积分数为10^(–6)~10^(–4))的氦气辉光放电特性进行研究,通过建立相应的二维流体模型,利用COMSOL有限元法数值求解了基本物理方程,得到了放电气隙击穿电压以及内部物理参量的空间分布,分析讨论了氮气杂质的含量对低气压下氦气辉光放电的影响。研究结果表明:随着杂质含量的升高,由于氮分子和氦亚稳态原子的彭宁电离过程降低了击穿电压,因此气隙维持电压降低,回路电流升高。并且由于彭宁电离为放电提供了较多电子,导致电子数密度升高、电场强度降低、电子温度降低。

低气压下复合绝缘子表面干燥带放电时频特征

低气压环境下复合绝缘子的干燥带放电特征研究对其在高海拔地区的广泛应用具有重要的理论意义与应用价值。为此，选用取自硅橡胶复合绝缘子的试样，采用减压装置在人工模拟大气环境实验系统下分别模拟100～40kPa等7个不同气压环境，采用NaCI盐溶液分别模拟电导率为2．5mS／cm和5．0mS／cm的污秽等级，研究了不同低气压与污秽等级下复合绝缘子表面干燥带放电的时频特征。结果表明：随着气压的降低，复合绝缘子表面较易形成干燥带，进而引发干燥带放电，但放电发生区域较小，放电强度减弱；在不同低气压环境下，干燥带放电频率主要集中在1kHz以下，但是随着气压的降低，干燥带放电电流中的基波分量增大，谐波分量呈现减小的趋势，干燥带放电的累积电量减小。

低气压下开关柜空气间隙工频放电特性

开关柜内裸露的导体之间易形成各种空气间隙,其工频放电特性对开关柜的绝缘性能有很大的影响。为得到开关柜内不同空气间隙类型在高海拔下的工频放电特性及其影响因素,以40.5 kV开关柜母线室存在的4种典型的空气间隙及棒-板间隙为研究对象,在人工气候实验室进行了海拔232~3000 m下的低气压工频放电特性试验。结果表明:开关柜内不同空气间隙类型的放电电压U明显不同,放电电压U随气压P下降的趋势也不同;在开关柜空气间隙海拔校正时,湿度h对间隙放电电压的影响较小,仅简单考虑气压是可行的;开关柜空气间隙的电场分布比棒-板间隙更不均匀,其放电电压U可能比棒-板间隙更低;此外,开关柜空气间隙在间隙距离d小于400 mm时放电电压U与距离d呈非线性关系。