沿绝缘表面空气间隙击穿特性的试验研究

目前,针对染污绝缘表面局部电弧发展机理主要有两种观点:一种认为是电击穿过程;另一种认为是热击穿过程。论证两种观点的关键在于判断局部电弧弧根处的场强是否达到弧根前端空气间隙的击穿强度。虽然关于空气间隙的击穿强度的研究工作较多,但是目前还缺少沿绝缘表面空气间隙击穿特性的研究。笔者旨在研究沿绝缘表面空气间隙的击穿特性,分析其与纯空气间隙击穿特性的差别以及海拔因素的影响,同时在试验中考虑绝缘介质表面染污状态包括洁净干燥表面、染污干燥、染污自然受潮以及染污饱和受潮等对其击穿特性的影响。试验首次测量得到了沿绝缘表面空气间隙在不同表面状态、不同气压条件下的击穿强度。测量结果表明:绝缘表面的存在会降低空气间隙的击穿强度,且间隙越短,影响程度越大;沿绝缘表面的空气间隙击穿强度随着海拔升高而降低,但是其随海拔下降程度要小于纯空气间隙的下降程度。通过对比局部电弧弧根附近场强的测量值和绝缘表面空气间隙的击穿强度发现:弧根前端的电场强度能够达到沿绝缘表面空气的击穿强度,说明局部电弧前段发生电击穿是可能的,因此在对污闪过程进行建模分析中需要考虑弧根前端空气间隙的电击穿过程。

航空电磁超材料沿面及组合间隙直流电压放电特性

电磁超材料具有优异电磁性能,符合未来航空飞行器天线罩的需求。针对谐振环型航空电磁超材料,研究电磁超材料平板沿面及组合间隙的直流放电情况。实验结果表明:谐振环型电磁超材料沿面放电形貌是沿超材料周期方向或与周期方向呈45°方向直线型放电;在偏离度φ为0°、15°、30°和45°时,谐振环型电磁超材料单位距离沿面闪络场强分别为1.46、1.57、1.74和1.76 kV/cm,偏离角φ为30°和45°时沿面单位距离的闪络场强较偏离角φ为0°和15°时更大;进一步研究了超材料的组合间隙直流放电情况,当间隙距离较小时(D=5cm),放电附着点落于针电极下方较大范围区域内,当间隙距离较大时(D=15 cm),电压达到击穿电压之前微结构单元之间会产生自放电现象,放电附着点落于针电极正下方很小范围区域内;加蒙皮能显著提高击穿电压;电磁超材料加装分流条会存在接闪失效的问题,缩短分流条间距会明显降低其组合间隙击穿电压,提高分流条的接闪效率。

航空电磁超材料沿面及组合间隙操作冲击电压放电特性

针对目前电磁超材料天线罩的雷电防护研究较少问题,设计定制十字交叉型电磁超材料,针对不同接地方式,并结合高速摄像机,开展电磁超材料不同极性沿面及组合间隙操作冲击放电试验。试验表明十字交叉型电磁超材料冲击击穿电压有明显的极性效应,负极性冲击击穿电压是正极性的1.60~1.85倍,并且正极性击穿发生在波前,而负极性击穿发生在波尾。进一步研究了电磁超材料沿面及组合间隙冲击沿面放电特性,结果表明:就放电路径特征而言,正负极性无明显差别,放电路径单次放电拐点一般不超过两处,放电击穿路径只有一条明亮的主通道;就放电强度而言,负极性放电强度明显大于正极性;在流注发展过程中电磁超材料平板表面形成的自放电通路对最终沿面放电路径起决定性作用。

航空电磁超材料雷电冲击放电特性

随着航空电磁超材料在飞行器雷达天线罩的推广使用,其雷电防护问题亟待解决。针对方框型电磁超材料,使用冲击电压发生器、高速摄像机、普通摄像机,针对电磁超材料板的U50%冲击电压及放电路径开展试验,研究不同接地方式、不同电压极性的组合间隙及沿面放电特性。试验结果表明:方框型超材料沿面放电形貌受正、负极性电压的影响不大,表现为不规则的折线形放电路径,放电主通道并不唯一,同时存在流向另一接地位置的次级放电通道,越靠近放电附着点区域,次级放电通道越多,整个沿面放电形貌呈网状分布;雷电冲击电压下存在多条沿面主放电通路,组合间隙击穿前电磁超材料表面会产生沿面自放电通路,其沿面自放电通路为最终沿面主放电通路之一;组合间隙冲击放电流注发展过程的放电特性主要与电压极性相关,正极性冲击电压下由高压棒电极产生向下发展的下行流注,电磁超材料表面只有较弱的起晕;负极性冲击电压下分别产生对向发展的上、下行流注;雷电冲击电压下电磁超材料表面大量金属微结构单元阵列会产生上行流注和沿面自放电通路,其容易将雷电主放电通道引向超材料天线罩,导致分流条屏蔽失效。