等离子体表面阶跃型梯度硅沉积对环氧树脂闪络性能的影响

气体绝缘输电线路内的盆式绝缘子长期处于非均匀电场中,局部高场强引起的表面电荷积聚会进一步畸变外部电场,造成局部放电甚至引发沿面闪络。常规均匀改性手段难以兼顾不同场强区域的绝缘需求,对整体绝缘性能的提升难以达到最佳效果。该文采用大气压等离子体射流技术实现氧化铝/环氧树脂表面的等离子体阶跃型梯度硅沉积,测量了改性前后材料的理化特性和表面电气参数。结果表明,采用等离子体表面阶跃型梯度硅沉积会在材料表面覆盖不同厚度的硅氧类薄膜,使样片的表面粗糙度、表面电导率和陷阱能级呈阶跃型梯度分布,进而调控样片表面不同区域的电荷消散速率,使沿面闪络电压最多提升31.1%,明显高于未改性和均匀改性材料。分析表明,一方面构造梯度分布的表面电导率可以有效降低针-针电极的最大电场强度,减小电场畸变;另一方面,加快高场强区表面电荷消散并适当控制低场强区表面电荷消散速率时,才能最大程度地提升材料沿面闪络性能。

环氧树脂的等离子体表面梯度刻蚀及沿面闪络性能研究

结合等离子体表面刻蚀方法与梯度改性方法,实现了氧化铝/环氧树脂表面的等离子体梯度刻蚀。利用扫描电子显微镜(SEM)、表面轮廓仪、X射线光电子能谱分析(XPS)、高阻计、闪络电压和表面电位测试系统,对比了未处理、等离子体均匀刻蚀、等离子体梯度刻蚀三种情况的样片表面形貌、化学元素和电气参数,研究了等离子体梯度刻蚀对沿面闪络性能的提升机理。结果表明,等离子体表面刻蚀可提升环氧树脂表面粗糙度、提高样片表面电导率、浅化陷阱能级以及提升沿面闪络电压。等离子体梯度刻蚀对闪络电压的提升效果要优于等离子体均匀刻蚀,相比于未处理样片最大可提升26.5%。分析认为针-针电极的电场分布可划分为三结合点处附近的高场强区和电极之间的低场强区,加快高场强区的表面电荷消散速率并适当控制低场强区表面电荷迁移速率,可以最大程度地提升样片整体的沿面闪络性能。