當(dāng)固體絕緣材料應(yīng)用于高真空、高電壓、強電流及快脈沖等環(huán)境中時,其表面容易發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象,而此時施加在絕緣材料表面的電壓強度相比于材料本身的擊穿強度來說大大降低了。通過對大量材料的真空沿面閃絡(luò)現(xiàn)象研究發(fā)現(xiàn):(1)材料的真空沿面閃絡(luò)電壓與材料表面結(jié)構(gòu)密切相關(guān):(2)同一實驗條件下,與金屬復(fù)合的絕緣子具有更高的閃絡(luò)電壓。本文受研究者的實驗研究啟發(fā),分別以交聯(lián)聚苯乙烯和氮化硼陶瓷為絕緣材料,制備出了一種新型的表面微帶絕緣子,對不同結(jié)構(gòu)絕緣子的表面電場分布進(jìn)行了模擬,并探究了其真空沿面閃絡(luò)性能的變化。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用一種新型的表面微帶絕緣子,并對其中的微帶結(jié)構(gòu)、材料進(jìn)行設(shè)計和選擇。(2)利用涂覆法制備出交聯(lián)聚苯乙烯/導(dǎo)電銀漿,氮化硼陶瓷/導(dǎo)電銀漿表面微帶絕緣子。(3)利用Comsol Multiphysics 5.2有限元模擬軟件對不同微帶結(jié)構(gòu)下絕緣子的表面電場強度進(jìn)行模擬,研究導(dǎo)電微帶的寬度、數(shù)量以及深度對絕緣子表面電場分布的影響。(4)利用閃絡(luò)電壓測試系統(tǒng)研究了不同的表面微帶絕緣子的真空沿面閃絡(luò)電壓,并分析其電學(xué)性能的變化。(5)采用顯微鏡觀察表面微帶絕緣子在閃絡(luò)前后表面形貌的變化。所得的主要研究結(jié)論為:(1)與傳統(tǒng)絕緣子的電場強度相比,交聯(lián)聚苯乙烯/導(dǎo)電銀漿,氮化硼陶瓷/導(dǎo)電銀漿表面微帶絕緣子的電場強度發(fā)生了改變;隨著導(dǎo)電微帶的寬度增加,其電場強度峰值增加;隨著導(dǎo)電微帶的數(shù)量增加,其電場強度峰值降低;隨著導(dǎo)電微帶的深度增加,其電場強度的分布和大小基本保持不變。(2)當(dāng)表面微帶絕緣子中導(dǎo)電微帶的位置和數(shù)目不變時,隨著絕緣子中絕緣材料介電常數(shù)的增加,電場強度的分布基本相同,但電場強度峰值略微降低。(3)對傳統(tǒng)交聯(lián)聚苯乙烯絕緣子來說,隨著絕緣子的總厚度增加,其電場強度降低。(4)與傳統(tǒng)絕緣子的閃絡(luò)電壓值相比,交聯(lián)聚苯乙烯/導(dǎo)電銀漿,氮化硼陶瓷/導(dǎo)電銀漿表面微帶絕緣子的閃絡(luò)電壓降低;隨著導(dǎo)電微帶的寬度增加,其閃絡(luò)電壓值增加;隨著導(dǎo)電微帶的數(shù)量增加,其閃絡(luò)電壓值降低。(5)當(dāng)表面微帶絕緣子中導(dǎo)電微帶的位置和數(shù)目不變時,隨著絕緣子中絕緣材料介電常數(shù)的增加,其閃絡(luò)電壓值降低。(6)對于傳統(tǒng)交聯(lián)聚苯乙烯絕緣子,隨著絕緣子總厚度的增加,其閃絡(luò)電壓值增加。(7)在閃絡(luò)擊穿發(fā)生后,表面微帶絕緣子表面均出現(xiàn)了嚴(yán)重的燒蝕現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM216
【部分圖文】：

圖 1-1 SEEA 理論的真空沿面閃絡(luò)物理過程示意圖[11]1）初始電子發(fā)射：當(dāng)在絕緣材料兩端施加電壓時，陰極-真空-絕緣材結(jié)合點（CTJ，Cathode Triple Junction）處的電場強度較高，從而發(fā)射子。2）電子碰撞絕緣材料及二次電子發(fā)射：初始電子獲得能量，在電場的撞絕緣材料表面，如果其能量足夠高，則將激發(fā)產(chǎn)生二次電子。3）表面電荷積累：二次電子發(fā)射后，絕緣材料表面留下了正電荷，即電，隨著電子不斷的與表面進(jìn)行碰撞，使得絕緣材料表面積累了大量。4）表面吸附氣體解吸附及碰撞電離：電子碰撞發(fā)生的能量傳遞使得表氣體分子獲得能量，當(dāng)能量很高時，吸附氣體分子將脫離材料表面的放，如果能量足夠大，甚至還會造成氣體分子的電離。5）閃絡(luò)通道的形成：當(dāng)次級電子和解吸附氣體向陽極移動時，絕緣材極附近累積形成的電荷電場使原有場強增加，將加強第一步的場致發(fā)

圖 1-2 不同電極材料下的閃絡(luò)特性[16-17]的影響表中可以看到，當(dāng)對同一絕緣材料施加不同波形的的沿面閃絡(luò)電壓不同。為了更好的了解輸出電壓波關(guān)系，Pillai 和高巍等人做了相關(guān)的實驗[16，18]，分0 us 微秒以及 60 Hz 的交流電壓對絕緣材料進(jìn)行了閃如圖 1-3 所示。其中納秒 1 下的實驗材料為有機(jī)玻尼龍，而在直流、微秒和交流電壓下的實驗材料均為出，絕緣材料在納秒脈沖下的閃絡(luò)場強明顯大于在對于聚四氟乙烯來說，其在直流電壓下的閃絡(luò)場強場強最低。

圖 1-2 不同電極材料下的閃絡(luò)特性[16-17]波形的影響述圖表中可以看到，當(dāng)對同一絕緣材料施加不同波形的電壓空中的沿面閃絡(luò)電壓不同。為了更好的了解輸出電壓波形與間的關(guān)系，Pillai 和高巍等人做了相關(guān)的實驗[16，18]，分別使用.2／50 us 微秒以及 60 Hz 的交流電壓對絕緣材料進(jìn)行了閃絡(luò)電結(jié)果如圖 1-3 所示。其中納秒 1 下的實驗材料為有機(jī)玻璃，料為尼龍，而在直流、微秒和交流電壓下的實驗材料均為聚四以看出，絕緣材料在納秒脈沖下的閃絡(luò)場強明顯大于在其它外，對于聚四氟乙烯來說，其在直流電壓下的閃絡(luò)場強最高閃絡(luò)場強最低。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2824672