直流电压下聚合物表面电荷分布规律及其对沿面闪络特性影响的研究

发布时间：2019-11-29 00:57

【摘要】：聚合物电介质因优异的绝缘性能和机械性能而成为高压电气设备中常用的绝缘材料。在直流电场下聚合物表面容易积聚大量电荷,直接影响聚合物的沿面绝缘性能。而目前表面电荷对介质沿面闪络的影响规律及作用机制尚不明确,成为影响电气设备可靠运行的重要隐患,因此有必要针对该问题进行深入研究。本文重点开展直流电压下聚合物表面电荷分布规律及其对沿面闪络特性影响的研究。首先进行硅橡胶、环氧树脂、有机玻璃三种典型聚合物在棒-棒、针-针、棒-板电极下的直流沿面闪络实验研究。通过图像处理技术及数值计算方法对沿面闪络光、电特性进行分析,利用放电图像灰度值、放电通道均匀性指数及分形维数定量表征沿面闪络发光特性,利用闪络电压、放电能量反映沿面气隙的绝缘强度,探索并建立沿面闪络光、电特性间的关联。通过针-板电极电晕放电方式对聚合物表面施加电荷,采用有源电容探头法对聚合物表面电位进行测量,研究针电极电压幅值、电压极性对介质表面电荷积聚及消散过程的影响规律。对比不同聚合物表面电荷聚散特性,掌握聚合物表面电荷积聚及消散能力强弱。对比试样的表面电荷分布形态、体积电阻率及表面电阻率,探索聚合物表面电荷的主要消散途径。实验研究不同电极下聚合物表面积聚电荷时的直流闪络光、电特性,对比不同数量及不同极性表面电荷对闪络特性的影响规律,获得不同聚合物的闪络特性对表面电荷的敏感程度。分别在两电极中间区域及靠近电极处施加表面电荷,研究不同电极下表面电荷积聚位置对闪络特性的影响规律。最后,基于试样表面电荷聚散特性及其对闪络特性的影响规律,从表面电荷对聚合物表面场强分布的影响、表面电荷对沿面放电过程的贡献两个角度出发,探究表面电荷对沿面闪络的作用机理。本文研究有利于促进聚合物表面电荷积聚与沿面放电理论的深入研究,并为解决电气设备常面临的绝缘问题以及设备绝缘优化设计提供科学依据与数据参考。
【图文】：

电极结构

华北电力大学硕士学位论文所示。其中，平板电极、针/棒-板电极分别在绝缘子表面产生了强切向场强及强法向场强分量。相比之下，平面电极的切向及法向场强均较为明显，并且该电极结构便于放电光学现象的观测及表面电荷分布的测量。华北电力大学课题组使用平面电极（指形电极）进行了环氧树脂材料的沿面闪络实验，成果拍摄了沿面闪络的完整电弧通道，并获得了不同电极距离下的闪络电压特性[30]。文献[31]使用锥-板、针-板电极分别模拟 GIS/GIL 中的准均匀电场与极不均匀电场，研究了环氧树脂在不同电场中的直流闪络特性，，较多关注于氧化铝填料含量对沿面电气性能的影响；Krile等[32-33]对指形电极进行改进，设计制作了具有不同法向场强分量的平面电极，研究获得了不同电场下闪络电弧轨迹、闪络电压/电流特性。然而上述研究均未对不同电场下的闪络电压进行比较分析，缺乏不同电场下实验数据的全面对比。前人工作丰富了沿面闪络的研究手段及思路，但仍有必要针对不同电场下绝缘材料的沿面绝缘性能进行分析比较，有利于对闪络发展特点及影响因素进行全面探讨。

闪络,电极,现象,表面电荷

(a) 对称圆形电极 (b) 椭圆状阳极 (c) 针状阳极图 1-3 不同电极下的闪络起始现象.2.2 绝缘材料表面电荷研究现状（1）表面电荷的产生上世纪 80 年代以来，国内外学者对绝缘材料表面电荷积聚现象进行了广泛。对于表面电荷的产生，Knecht 认为电气设备中的大曲率部位局部场强较高，
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM21

【参考文献】