本文關(guān)鍵詞：沖擊電壓下納米改性液體電介質(zhì)中空間電荷時空分布特性研究

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【摘要】：液體電介質(zhì)的擊穿以流注發(fā)展為基礎(chǔ),而放電過程中空間電荷的存在會影響液體電介質(zhì)內(nèi)部的電場分布,從而對流注發(fā)展產(chǎn)生極為重要的影響。又有研究表明,納米粒子的添加會對液體電介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度產(chǎn)生影響。因此,研究液體電介質(zhì)中空間電荷的測量方法,分析空間電荷對于液體介質(zhì)絕緣性能的作用原理以及納米改性液體電介質(zhì)改善絕緣特性的作用機(jī)理,對于指導(dǎo)大型超特高壓電力設(shè)備內(nèi)絕緣優(yōu)化改善和電網(wǎng)過電壓水平的提升意義深遠(yuǎn)。本文基于改進(jìn)的Kerr電光場圖測量系統(tǒng),圍繞操作沖擊電壓下液體電介質(zhì)(包含納米改性液體電介質(zhì))中電場和空間電荷的測量方法、納米粒子對液體電介質(zhì)中空間電荷的影響以及空間電荷對放電過程的影響規(guī)律展開細(xì)致深入的研究。通過研究Kerr電光場圖測量方法的基本原理,從光學(xué)矢量和Jones矩陣的角度對不同偏振器件和玻片組合情況下的電場強(qiáng)度計算公式進(jìn)行了推演和歸類總結(jié)。將陣列型光電探測器引入Kerr電光場圖測量系統(tǒng),解決了CCD相機(jī)無法連續(xù)拍攝的問題。CCD相機(jī)能記錄光強(qiáng)隨空間的變化規(guī)律,采集特點為時間離散、空間連續(xù);而陣列型光電探測器能采集光強(qiáng)隨時間的發(fā)展變化規(guī)律,采集特點為時間連續(xù)、空間離散。針對CCD和陣列型光電探測器各自的特點,選擇合適的光學(xué)元件完成CCD測量系統(tǒng)和陣列光探測量系統(tǒng)的搭建,詳細(xì)闡述了兩個測量系統(tǒng)的試驗方法和對應(yīng)的圖像處理方法。通過本文研制的測量方法,使用陣列光探得到了平行平板電極間空間電場強(qiáng)度和空間電荷密度隨極板間隙距離和時間的三維變化規(guī)律。通過對陣列光探測量系統(tǒng)的測量結(jié)果進(jìn)行誤差分析以及與CCD測量結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗證了陣列光探測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。選擇Fe3O4納米粒子(粒徑20nm,鐵磁性納米粒子)對碳酸丙烯酯液體進(jìn)行改性,使用超聲分散方法來配備納米改性碳酸丙烯酯,并用分光光度法驗證所配納米流體的穩(wěn)定性。改性前后碳酸丙烯酯的操作沖擊擊穿試驗結(jié)果表明,鐵磁性納米粒子的添加使得碳酸丙烯酯平板電極間正極性操作沖擊擊穿電壓提高11.65%,同時平均擊穿時間也有所下降。對改性前后碳酸丙烯酯平行平板電極間的電場分布和空間電荷分布進(jìn)行時間連續(xù)性測量,得到電場和空間電荷的時空特性分布。從電場分布圖看出,在純碳酸丙烯酯中電場分布呈現(xiàn)出上凸形狀,而相同時刻下納米流體中的電場分布曲線形狀則平坦得多,這說明納米粒子的存在使得電場由于空間電荷引起的畸變更小;從空間電荷時空動態(tài)分布圖中看出,Fe3O4納米粒子的添加不但降低了空間電荷密度的峰值,還使得空間電荷的消散過程明顯加快。分析認(rèn)為碳酸丙烯酯在經(jīng)過納米改性后,鐵磁性納米粒子能夠吸附快速移動的自由電子并轉(zhuǎn)化為慢的帶電粒子,阻礙空間電荷的產(chǎn)生和輸運,并對負(fù)空間電荷的抑制作用更加明顯。
【關(guān)鍵詞】：Kerr電光效應(yīng) 沖擊電壓 液體電介質(zhì) 空間電荷 納米改性
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM214
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-23
• 1.1 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-20
• 1.2.1 沖擊電壓下針對高Kerr常數(shù)液體的Kerr電光場圖測量方法11-12
• 1.2.2 沖擊電壓下針對低Kerr常數(shù)液體的Kerr電光場圖測量方法12-14
• 1.2.3 直流電壓下針對低Kerr常數(shù)液體的Kerr電光場圖測量方法14-17
• 1.2.4 電聲脈沖法17-18
• 1.2.5 納米改性液體電介質(zhì)的沖擊耐壓特性和改性機(jī)理研究18-19
• 1.2.6 現(xiàn)階段存在的問題19-20
• 1.3 本文研究內(nèi)容20-23
• 2 KERR電光場圖測量方法原理及試驗裝置23-37
• 2.1 概述23
• 2.2 KERR電光場圖測量試驗原理23-29
• 2.2.1 Kerr效應(yīng)的基本原理23
• 2.2.2 Kerr效應(yīng)和Jones矩陣在電光場圖測量中的應(yīng)用23-29
• 2.3 試驗裝置29-35
• 2.3.1 高壓電路系統(tǒng)29-30
• 2.3.2 光路系統(tǒng)30-34
• 2.3.3 光電接收裝置34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 3 沖擊電壓下液體電介質(zhì)KERR電光場圖測量方法的改進(jìn)37-57
• 3.1 概述37
• 3.2 基于CCD的KERR電光場圖測量方法研究37-42
• 3.3 基于陣列光電探測器的連續(xù)KERR電光場圖測量方法研究42-52
• 3.3.1 試驗方法43-44
• 3.3.2 圖像處理技術(shù)44-46
• 3.3.3 測量結(jié)果分析討論46-52
• 3.4 陣列光電探測器與CCD測量結(jié)果對比分析52-54
• 3.5 本章小結(jié)54-57
• 4 沖擊電壓下鐵磁性納米粒子的添加對碳酸丙烯酯放電過程中空間電荷時空特性分布的影響57-71
• 4.1 概述57
• 4.2 納米改性碳酸丙烯酯的配備57-59
• 4.3 碳酸丙烯酯納米改性前后的擊穿特性59-60
• 4.4 碳酸丙烯酯納米改性前后的電場與空間電荷分布規(guī)律60-67
• 4.4.1 納米改性前后的電場分布60-64
• 4.4.2 納米改性前后空間電荷隨時間和空間的分布情況64-67
• 4.5 鐵磁性納米粒子對空間電荷分布的影響機(jī)理討論67-68
• 4.6 本章小結(jié)68-71
• 5 結(jié)論和展望71-73
• 5.1 結(jié)論71-72
• 5.2 展望72-73
• 致謝73-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 附錄81
• A 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文81
• B 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項目81

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1037530