【摘要】：大型低溫超導(dǎo)裝置中的絕緣結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。絕緣失效是最可能引發(fā)超導(dǎo)磁體故障的問(wèn)題。低溫超導(dǎo)裝置中絕緣結(jié)構(gòu)面臨的運(yùn)行條件復(fù)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(jí)的真空環(huán)境等,對(duì)絕緣材料的電氣性能要求較高。當(dāng)前絕緣系統(tǒng)多以高真空為背景進(jìn)行設(shè)計(jì),然而,考慮到超導(dǎo)裝置運(yùn)行過(guò)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(duì)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(jìn)一步研究。本文以常用的低溫絕緣材料聚酰亞胺為對(duì)象,在低溫真空環(huán)境下進(jìn)行閃絡(luò)特性研究,并探究了低溫對(duì)不同真空度下聚酰亞胺閃絡(luò)特性的影響機(jī)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(tái),實(shí)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(duì)電氣測(cè)試的影響,并且適用于多種電介質(zhì)的各種電氣性能測(cè)試�；谠撈脚_(tái),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(luò)特性。試驗(yàn)結(jié)果表明,真空度是影響聚酰亞胺沿面閃絡(luò)電壓的主要因素,在高、中、低真空度下閃絡(luò)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(luò)電壓存在明顯的轉(zhuǎn)折區(qū),轉(zhuǎn)折區(qū)對(duì)應(yīng)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(luò)電壓相對(duì)較高,同一溫度下的閃絡(luò)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(luò)電壓隨溫度降低呈整體下降趨勢(shì);中真空范圍內(nèi),同一溫度下的閃絡(luò)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(luò)電壓隨溫度下降呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì);低真空區(qū)域中的閃絡(luò)電壓最低,同一溫度下的閃絡(luò)電壓隨氣體分子密度變化趨勢(shì)類似帕邢曲線形式,同一氣體分子密度下的閃絡(luò)電壓隨溫度降低出現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢(shì),閃絡(luò)電壓最高點(diǎn)出現(xiàn)在約100 K,較低點(diǎn)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(duì)聚酰亞胺直流沿面閃絡(luò)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(qiáng)場(chǎng)下的直流擊穿特性試驗(yàn)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(duì)氦氣擊穿的影響機(jī)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(diǎn)對(duì)應(yīng)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(shì):在300～100K降溫過(guò)程中,雜質(zhì)氣體解吸附并通過(guò)彭寧效應(yīng)促進(jìn)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(shì);在100～20K降溫過(guò)程中,氦氣受陰極表面的吸附作用增強(qiáng),降低了陰極功函數(shù)并增強(qiáng)了二次電子發(fā)射系數(shù),導(dǎo)致?lián)舸╇妷弘S溫度降低而下降。對(duì)比低溫低真空下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)特性和氦氣擊穿特性,發(fā)現(xiàn)低溫對(duì)兩者的影響機(jī)制相似。研究電荷積聚對(duì)高真空條件下的聚酰亞胺低溫直流沿面閃絡(luò)特性的影響,揭示低溫對(duì)聚酰亞胺高真空直流沿面閃絡(luò)特性的影響機(jī)制。通過(guò)電聲脈沖-電導(dǎo)電流聯(lián)合測(cè)試、低溫高場(chǎng)電導(dǎo)測(cè)試以及熱刺激電流測(cè)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(yùn)特性。研究結(jié)果表明,溫度低于273 K時(shí),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(duì)于低溫下的體內(nèi)電荷輸運(yùn),當(dāng)電場(chǎng)超過(guò)125 kV/mm時(shí)聚酰亞胺中陷阱電荷才可能發(fā)生明顯遷移,在場(chǎng)強(qiáng)低于125 kV/mm時(shí)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(dǎo)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(guò)直流預(yù)壓試驗(yàn)驗(yàn)證了聚酰亞胺表層電荷積聚對(duì)閃絡(luò)電壓的影響規(guī)律,對(duì)比低溫高真空下聚酰亞胺的直流沿面閃絡(luò)特性,認(rèn)為低溫對(duì)電荷積聚特性的影響是造成聚酰亞胺閃絡(luò)電壓變化的主要機(jī)制。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM21
【圖文】：

華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文逡逑限，而且沿面擊穿過(guò)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(shí)際應(yīng)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(jī)理的研究。逡逑也有許多學(xué)者采用制冷劑揮發(fā)的方式進(jìn)行降溫。例如Ｒ．邋ｊ．邋Ｍｅａｔｓ等人設(shè)試驗(yàn)裝置，放電電極懸浮于液氦之上，并利用銅網(wǎng)包圍測(cè)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�，哉N囟鵲耐斃緯傻兔芏群て肪場(chǎng)＠酶檬匝樽爸媒辛隋澹矗�？１０邋Ｋ温洞_段�、辶x希�？１邋ＭＰａ气压范围脑懩氦气挚圇击穿试验研究。类似结箿夏装譀]拱ǎ椋櫻悖瑁郟擔(dān)保鶯停停澹

本文編號(hào)：2741394