發(fā)布時間：2019-03-16 07:30

【摘要】：真空絕緣性能優(yōu)異,可作為填充介質(zhì),需要與起支撐隔絕作用的固體絕緣子配合使用。但人們發(fā)現(xiàn)這種真空與固體并聯(lián)的絕緣系統(tǒng)的耐壓強度遠小于真空和固體各自的耐壓強度,并以沿面閃絡(luò)的形式出現(xiàn)絕緣擊穿。在真空和固體界面出現(xiàn)了不同于傳統(tǒng)絕緣擊穿的復(fù)雜過程,因此真空沿面放電具有重要的理論研究意義。同時,由于一般真空絕緣應(yīng)用的元件設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價格昂貴,相當(dāng)一部分屬于為高精尖領(lǐng)域的核心設(shè)備,出現(xiàn)閃絡(luò)故障后會帶來巨大的經(jīng)濟損失和附署效應(yīng),嚴(yán)重影響科研探索和社會生活的眾多方面。工程中真空絕緣子多承受短至納秒級的脈沖電壓作用。目前學(xué)界對納秒脈沖作用下的真空絕緣子沿面閃絡(luò)機理解釋傾向于二次電子發(fā)射機制,但缺乏試驗證實和發(fā)展機制研究。對于在納秒脈沖下的表面電荷積聚現(xiàn)象的相關(guān)研究不足,表面電荷的積聚特性和對于閃絡(luò)發(fā)展過程的影響機制尚不明確。本文針對工程實際中普遍應(yīng)用的45。真空絕緣子在納秒脈沖下進行真空沿面閃絡(luò)試驗研究,搭建了納秒脈沖下真空沿面放電試驗平臺。通過脈沖功率技術(shù)、納秒脈沖級快傳感技術(shù)的研究,設(shè)計開發(fā)了納秒級(上升時間lOns、脈寬100ns)脈沖電壓發(fā)生器、納秒脈沖電壓測量傳感器,研制了高真空高精度曲面固體表面電荷三維測量系統(tǒng)。電荷測量儀采用三維操控機構(gòu)控制靜電容探頭沿絕緣子曲面?zhèn)缺砻孢M行徑向精度0.1mm的平行移動,圓周精度1。的轉(zhuǎn)動運動,實現(xiàn)對絕緣子曲面表面的全徑向全角度測量,探頭的電荷分辨率高達0.17094pC/(mm2·mV),其空間分辨率為1.053mm2。通過試驗和理論分析,獲得了45。圓臺絕緣子的表面電荷三維分布特性,得到了表面電荷積聚對真空絕緣子表面電場的影響規(guī)律。研究中發(fā)現(xiàn),在正極性脈沖電壓作用下表面電荷為正,在負極性脈沖電壓作用下表面電荷為負,表面電荷沿徑向的分布規(guī)律是靠近上電極表面電荷密度大,并呈現(xiàn)向下電極遞減的趨勢,表面電荷沿圓周基本呈均勻分布。脈沖電壓幅值的增大和次數(shù)的增加會導(dǎo)致表面電荷積聚更加明顯。負極性脈沖電壓作用下的表面電荷產(chǎn)生來自陰極三結(jié)合點的電子發(fā)射,正極性脈沖電壓作用下的表面電荷產(chǎn)生可能來自陽極處的空穴發(fā)射。研究中發(fā)現(xiàn),表面電荷積聚的影響主要表現(xiàn)為對表面電場的畸變和將高場強區(qū)向弱側(cè)推進的作用,本文系統(tǒng)中由表面電荷積聚所致的高場強區(qū)前移接近絕緣子沿面距離的5%。對缺陷試品進行了表面電荷測量和閃絡(luò)試驗,發(fā)現(xiàn)表面電荷的積聚直接影響真空絕緣子的耐壓強度,在本文試驗條件下,由表面電荷積聚所致的閃絡(luò)電壓與無表面電荷積聚的試品相比下降最大可達16%。通過試驗研究,獲得了二次電子發(fā)射系數(shù)與表面電荷的關(guān)系,以及二次電子發(fā)射系數(shù)與閃絡(luò)電壓關(guān)系,為納秒脈沖下真空沿面放電的二次電子發(fā)射機制提供了試驗證據(jù)支持。獲得了交聯(lián)聚苯乙烯、有機玻璃、聚四氟乙烯和氧化鋁陶瓷4種不同材料的二次電子發(fā)射系數(shù)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)交聯(lián)聚苯乙烯材料的二次電子發(fā)射系數(shù)最小,有機玻璃和聚四氟乙烯的二次電子發(fā)射系數(shù)稍大,氧化鋁陶瓷的二次電子發(fā)射系數(shù)遠大于3種有機材料,入射能量-二次電子發(fā)射系數(shù)曲線的積分差別可達1.9倍。研究中發(fā)現(xiàn)在相同條件下真空絕緣子的表面電荷積聚程度與材料的二次電子發(fā)射系數(shù)成正相關(guān),即二次電子發(fā)射系數(shù)大的材料的表面電荷積聚更加嚴(yán)重,表面電荷密度差異可達5倍,由此所致的閃絡(luò)電壓差異可達20%。通過試驗研究和理論分析,提出了在納秒脈沖下45。圓臺真空絕緣子沿面放電的發(fā)展過程和二次電子發(fā)射的作用機制。研究認(rèn)為初始電子撞擊絕緣子表面產(chǎn)生二次電子發(fā)射,二次電子沿絕緣表面向陽極運動,被絕緣表面俘獲形成負極性的表面電荷積聚。表面電荷的存在畸變了電場,將高場強區(qū)域向前推進,增強了弱側(cè)的電場強度,引發(fā)和加劇了新的二次電子發(fā)射過程。此過程循環(huán)往復(fù),在二次電子發(fā)射和表面電荷的作用下,電子數(shù)量倍增并不斷向陽極移動,高場強區(qū)向前推進,直至最終絕緣沿面閃絡(luò)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O46

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本文編號：2441070