【摘要】：大型低溫超導裝置中的絕緣結構對整個裝置的安全穩(wěn)定運行起著重要作用。絕緣失效是最可能引發(fā)超導磁體故障的問題。低溫超導裝置中絕緣結構面臨的運行條件復雜,包括液氦溫區(qū)的極低溫環(huán)境和故障態(tài)下的高電壓和各種等級的真空環(huán)境等,對絕緣材料的電氣性能要求較高。當前絕緣系統(tǒng)多以高真空為背景進行設計,然而,考慮到超導裝置運行過程中可能出現(xiàn)局部低真空環(huán)境而降低絕緣系統(tǒng)的電壓耐受水平,需要對電介質(zhì)材料在低溫以及不同真空度環(huán)境下的電氣性能開展進一步研究。本文以常用的低溫絕緣材料聚酰亞胺為對象,在低溫真空環(huán)境下進行閃絡特性研究,并探究了低溫對不同真空度下聚酰亞胺閃絡特性的影響機理,獲得的主要成果如下:搭建了低溫真空環(huán)境參數(shù)控制平臺,實現(xiàn)了 300～20 K范圍內(nèi)的溫度調(diào)控,以及常溫下10-5～105 Pa范圍內(nèi)的氣壓調(diào)控,減弱了制冷劑對電氣測試的影響,并且適用于多種電介質(zhì)的各種電氣性能測試�；谠撈脚_,研究了聚酰亞胺在300～20 K溫度范圍,10-3～103 Pa氦氣氣壓范圍內(nèi)的直流沿面閃絡特性。試驗結果表明,真空度是影響聚酰亞胺沿面閃絡電壓的主要因素,在高、中、低真空度下閃絡特性隨溫度變化規(guī)律完全不同,不同真空區(qū)域之間的閃絡電壓存在明顯的轉(zhuǎn)折區(qū),轉(zhuǎn)折區(qū)對應的氣體分子密度基本不隨溫度變化。在高真空范圍內(nèi)的閃絡電壓相對較高,同一溫度下的閃絡電壓基本不受氣體分子密度影響,同一氣體分子密度下的閃絡電壓隨溫度降低呈整體下降趨勢;中真空范圍內(nèi),同一溫度下的閃絡電壓隨著氣體分子密度上升而顯著下降,同一氣體分子密度下的閃絡電壓隨溫度下降呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;低真空區(qū)域中的閃絡電壓最低,同一溫度下的閃絡電壓隨氣體分子密度變化趨勢類似帕邢曲線形式,同一氣體分子密度下的閃絡電壓隨溫度降低出現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢,閃絡電壓最高點出現(xiàn)在約100 K,較低點出現(xiàn)在200 K與20 K附近。研究了低真空環(huán)境下的氦氣擊穿特性對聚酰亞胺直流沿面閃絡性能的影響,在300～20 K溫度范圍、1～105 Pa氣壓范圍內(nèi)開展了氦氣在短間隙勻強場下的直流擊穿特性試驗研究,并從低溫下放電光譜特性、氣體有效電離系數(shù)以及陰極發(fā)射特性的角度揭示了溫度對氦氣擊穿的影響機理。研究發(fā)現(xiàn),氦氣氣體分子密度是其擊穿電壓的主要影響因素,各溫度下的放電符合帕邢放電規(guī)律,且帕邢最低點對應的氣體分子密度不隨溫度改變;在同一氣體分子密度條件下,氦氣擊穿電壓隨溫度降低出現(xiàn)了非單調(diào)的變化趨勢:在300～100K降溫過程中,雜質(zhì)氣體解吸附并通過彭寧效應促進了氦氣電離,而陰極發(fā)射受低溫抑制,在兩者共同作用下造成了擊穿電壓隨溫度先下降后上升的趨勢;在100～20K降溫過程中,氦氣受陰極表面的吸附作用增強,降低了陰極功函數(shù)并增強了二次電子發(fā)射系數(shù),導致?lián)舸╇妷弘S溫度降低而下降。對比低溫低真空下聚酰亞胺沿面閃絡特性和氦氣擊穿特性,發(fā)現(xiàn)低溫對兩者的影響機制相似。研究電荷積聚對高真空條件下的聚酰亞胺低溫直流沿面閃絡特性的影響,揭示低溫對聚酰亞胺高真空直流沿面閃絡特性的影響機制。通過電聲脈沖-電導電流聯(lián)合測試、低溫高場電導測試以及熱刺激電流測試等方法,研究了低溫下聚酰亞胺材料的電荷注入特性,陷阱特性以及空間電荷輸運特性。研究結果表明,溫度低于273 K時,電荷注入量隨溫度下降迅速減少至一定值后趨于穩(wěn)定。對于低溫下的體內(nèi)電荷輸運,當電場超過125 kV/mm時聚酰亞胺中陷阱電荷才可能發(fā)生明顯遷移,在場強低于125 kV/mm時電荷被聚釀亞胺表層陷阱迅速捕獲,陷阱電荷的遷移率隨著溫度下降而持續(xù)降低。注入電荷和陷阱電荷遷移能力的差異導致了電介質(zhì)表層的電荷積聚,且這種差異隨溫度的變化造成電荷積聚量隨溫度的降低先下降后上升。通過直流預壓試驗驗證了聚酰亞胺表層電荷積聚對閃絡電壓的影響規(guī)律,對比低溫高真空下聚酰亞胺的直流沿面閃絡特性,認為低溫對電荷積聚特性的影響是造成聚酰亞胺閃絡電壓變化的主要機制。
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM21
【圖文】：

華北電力大學博士學位論文逡逑限，而且沿面擊穿過程也受制冷劑本身的特性，以及制冷劑中氣泡等雜質(zhì)響。因此，這種降溫方式一般考慮到實際應用中存在的制冷劑浸泡的情況，逡逑不適用其它工況下放電機理的研究。逡逑也有許多學者采用制冷劑揮發(fā)的方式進行降溫。例如Ｒ．邋ｊ．邋Ｍｅａｔｓ等人設試驗裝置，放電電極懸浮于液氦之上，并利用銅網(wǎng)包圍測試區(qū)域，使電極的氦氣分布均勻。在研[偟推迕芏鵲姆諾縑匭允�，通过加燃x漢ぃ誑囟鵲耐斃緯傻兔芏群て肪場＠酶檬匝樽爸媒辛隋澹矗�？１０邋Ｋ温洞_段�、辶x希保浚卞澹停校崞狗段詰暮て繃骰鞔┦匝檠芯�。类似结箿夏装譀]拱ǎ椋櫻悖瑁郟擔保鶯停停澹

本文編號：2741394