冲击电压下纳米改性液体电介质中空间电荷时空分布特性研究

发布时间：2017-10-15 14:06

  本文关键词：冲击电压下纳米改性液体电介质中空间电荷时空分布特性研究

  更多相关文章： Kerr电光效应 冲击电压 液体电介质 空间电荷 纳米改性

【摘要】：液体电介质的击穿以流注发展为基础,而放电过程中空间电荷的存在会影响液体电介质内部的电场分布,从而对流注发展产生极为重要的影响。又有研究表明,纳米粒子的添加会对液体电介质的绝缘强度产生影响。因此,研究液体电介质中空间电荷的测量方法,分析空间电荷对于液体介质绝缘性能的作用原理以及纳米改性液体电介质改善绝缘特性的作用机理,对于指导大型超特高压电力设备内绝缘优化改善和电网过电压水平的提升意义深远。本文基于改进的Kerr电光场图测量系统,围绕操作冲击电压下液体电介质(包含纳米改性液体电介质)中电场和空间电荷的测量方法、纳米粒子对液体电介质中空间电荷的影响以及空间电荷对放电过程的影响规律展开细致深入的研究。通过研究Kerr电光场图测量方法的基本原理,从光学矢量和Jones矩阵的角度对不同偏振器件和玻片组合情况下的电场强度计算公式进行了推演和归类总结。将阵列型光电探测器引入Kerr电光场图测量系统,解决了CCD相机无法连续拍摄的问题。CCD相机能记录光强随空间的变化规律,采集特点为时间离散、空间连续;而阵列型光电探测器能采集光强随时间的发展变化规律,采集特点为时间连续、空间离散。针对CCD和阵列型光电探测器各自的特点,选择合适的光学元件完成CCD测量系统和阵列光探测量系统的搭建,详细阐述了两个测量系统的试验方法和对应的图像处理方法。通过本文研制的测量方法,使用阵列光探得到了平行平板电极间空间电场强度和空间电荷密度随极板间隙距离和时间的三维变化规律。通过对阵列光探测量系统的测量结果进行误差分析以及与CCD测量结果进行对比分析,验证了阵列光探测量系统的准确性和可靠性。选择Fe3O4纳米粒子(粒径20nm,铁磁性纳米粒子)对碳酸丙烯酯液体进行改性,使用超声分散方法来配备纳米改性碳酸丙烯酯,并用分光光度法验证所配纳米流体的稳定性。改性前后碳酸丙烯酯的操作冲击击穿试验结果表明,铁磁性纳米粒子的添加使得碳酸丙烯酯平板电极间正极性操作冲击击穿电压提高11.65%,同时平均击穿时间也有所下降。对改性前后碳酸丙烯酯平行平板电极间的电场分布和空间电荷分布进行时间连续性测量,得到电场和空间电荷的时空特性分布。从电场分布图看出,在纯碳酸丙烯酯中电场分布呈现出上凸形状,而相同时刻下纳米流体中的电场分布曲线形状则平坦得多,这说明纳米粒子的存在使得电场由于空间电荷引起的畸变更小;从空间电荷时空动态分布图中看出,Fe3O4纳米粒子的添加不但降低了空间电荷密度的峰值,还使得空间电荷的消散过程明显加快。分析认为碳酸丙烯酯在经过纳米改性后,铁磁性纳米粒子能够吸附快速移动的自由电子并转化为慢的带电粒子,阻碍空间电荷的产生和输运,并对负空间电荷的抑制作用更加明显。
【关键词】：Kerr电光效应 冲击电压 液体电介质 空间电荷 纳米改性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM214
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-20
• 1.2.1 冲击电压下针对高Kerr常数液体的Kerr电光场图测量方法11-12
• 1.2.2 冲击电压下针对低Kerr常数液体的Kerr电光场图测量方法12-14
• 1.2.3 直流电压下针对低Kerr常数液体的Kerr电光场图测量方法14-17
• 1.2.4 电声脉冲法17-18
• 1.2.5 纳米改性液体电介质的冲击耐压特性和改性机理研究18-19
• 1.2.6 现阶段存在的问题19-20
• 1.3 本文研究内容20-23
• 2 KERR电光场图测量方法原理及试验装置23-37
• 2.1 概述23
• 2.2 KERR电光场图测量试验原理23-29
• 2.2.1 Kerr效应的基本原理23
• 2.2.2 Kerr效应和Jones矩阵在电光场图测量中的应用23-29
• 2.3 试验装置29-35
• 2.3.1 高压电路系统29-30
• 2.3.2 光路系统30-34
• 2.3.3 光电接收装置34-35
• 2.4 本章小结35-37
• 3 冲击电压下液体电介质KERR电光场图测量方法的改进37-57
• 3.1 概述37
• 3.2 基于CCD的KERR电光场图测量方法研究37-42
• 3.3 基于阵列光电探测器的连续KERR电光场图测量方法研究42-52
• 3.3.1 试验方法43-44
• 3.3.2 图像处理技术44-46
• 3.3.3 测量结果分析讨论46-52
• 3.4 阵列光电探测器与CCD测量结果对比分析52-54
• 3.5 本章小结54-57
• 4 冲击电压下铁磁性纳米粒子的添加对碳酸丙烯酯放电过程中空间电荷时空特性分布的影响57-71
• 4.1 概述57
• 4.2 纳米改性碳酸丙烯酯的配备57-59
• 4.3 碳酸丙烯酯纳米改性前后的击穿特性59-60
• 4.4 碳酸丙烯酯纳米改性前后的电场与空间电荷分布规律60-67
• 4.4.1 纳米改性前后的电场分布60-64
• 4.4.2 纳米改性前后空间电荷随时间和空间的分布情况64-67
• 4.5 铁磁性纳米粒子对空间电荷分布的影响机理讨论67-68
• 4.6 本章小结68-71
• 5 结论和展望71-73
• 5.1 结论71-72
• 5.2 展望72-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-81
• 附录81
• A 作者在攻读硕士学位期间发表论文81
• B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 司马文霞;曹雪菲;杨庆;余斐;施健;宋鹤;;冲击电压下3种纳米改性变压器油击穿特性的比较和分析[J];高电压技术;2015年02期

2 司马文霞;黄思思;杨庆;袁涛;廖磊;施健;;基于Kerr电光效应测量的液体空间电荷产生及其分布特性[J];高电压技术;2014年01期

3 缪金;董明;吴雪舟;沈谅平;王浩;;纳米改性变压器油研究进展[J];中国电机工程学报;2013年09期

4 杨庆;廖磊;施健;司马文霞;袁涛;黄思思;;基于Kerr电光效应的冲击电压下液体电介质空间电荷高速CCD测量[J];高电压技术;2012年04期

5 杜岳凡;吕玉珍;李成榕;陈牧天;周建全;李晓欣;刘通;;半导体纳米粒子改性变压器油的绝缘性能及机制研究[J];中国电机工程学报;2012年10期

6 周远翔;王宁华;王云杉;孙清华;梁曦东;关志成;;固体电介质空间电荷研究进展[J];电工技术学报;2008年09期

7 李光范;王晓宁;李鹏;孙麟;李博;李金忠;;1000kV特高压电力变压器绝缘水平及试验研究[J];电网技术;2008年03期

8 罗湘南;唐建锋;;利用Jones矩阵研究四分之一波片对偏振光的作用[J];衡阳师范学院学报;2007年03期

9 袁清云;;我国特高压直流输电发展规划与研究成果[J];电力设备;2007年03期

10 陈炯;尹毅;肖登明;;电声脉冲法中脉冲对空间电荷分布测量的影响[J];高电压技术;2006年05期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 施健;操作冲击电压下纳米改性变压器油中空间电荷分布特性和流注放电研究[D];重庆大学;2014年

2 杜岳凡;TiO_2纳米粒子对变压器油绝缘和电荷输运特性的影响[D];华北电力大学;2013年

3 沈谅平;纳米改性变压器油的制备及其特性研究[D];华中科技大学;2012年

，

本文编号：1037530