表面微带绝缘子的制备及其真空沿面闪络性能研究

发布时间：2020-09-22 16:58

　　当固体绝缘材料应用于高真空、高电压、强电流及快脉冲等环境中时,其表面容易发生闪络现象,而此时施加在绝缘材料表面的电压强度相比于材料本身的击穿强度来说大大降低了。通过对大量材料的真空沿面闪络现象研究发现:(1)材料的真空沿面闪络电压与材料表面结构密切相关:(2)同一实验条件下,与金属复合的绝缘子具有更高的闪络电压。本文受研究者的实验研究启发,分别以交联聚苯乙烯和氮化硼陶瓷为绝缘材料,制备出了一种新型的表面微带绝缘子,对不同结构绝缘子的表面电场分布进行了模拟,并探究了其真空沿面闪络性能的变化。主要研究内容如下:(1)采用一种新型的表面微带绝缘子,并对其中的微带结构、材料进行设计和选择。(2)利用涂覆法制备出交联聚苯乙烯/导电银浆,氮化硼陶瓷/导电银浆表面微带绝缘子。(3)利用Comsol Multiphysics 5.2有限元模拟软件对不同微带结构下绝缘子的表面电场强度进行模拟,研究导电微带的宽度、数量以及深度对绝缘子表面电场分布的影响。(4)利用闪络电压测试系统研究了不同的表面微带绝缘子的真空沿面闪络电压,并分析其电学性能的变化。(5)采用显微镜观察表面微带绝缘子在闪络前后表面形貌的变化。所得的主要研究结论为:(1)与传统绝缘子的电场强度相比,交联聚苯乙烯/导电银浆,氮化硼陶瓷/导电银浆表面微带绝缘子的电场强度发生了改变;随着导电微带的宽度增加,其电场强度峰值增加;随着导电微带的数量增加,其电场强度峰值降低;随着导电微带的深度增加,其电场强度的分布和大小基本保持不变。(2)当表面微带绝缘子中导电微带的位置和数目不变时,随着绝缘子中绝缘材料介电常数的增加,电场强度的分布基本相同,但电场强度峰值略微降低。(3)对传统交联聚苯乙烯绝缘子来说,随着绝缘子的总厚度增加,其电场强度降低。(4)与传统绝缘子的闪络电压值相比,交联聚苯乙烯/导电银浆,氮化硼陶瓷/导电银浆表面微带绝缘子的闪络电压降低;随着导电微带的宽度增加,其闪络电压值增加;随着导电微带的数量增加,其闪络电压值降低。(5)当表面微带绝缘子中导电微带的位置和数目不变时,随着绝缘子中绝缘材料介电常数的增加,其闪络电压值降低。(6)对于传统交联聚苯乙烯绝缘子,随着绝缘子总厚度的增加,其闪络电压值增加。(7)在闪络击穿发生后,表面微带绝缘子表面均出现了严重的烧蚀现象。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM216
【部分图文】：

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图 1-1 SEEA 理论的真空沿面闪络物理过程示意图[11]1）初始电子发射：当在绝缘材料两端施加电压时，阴极-真空-绝缘材结合点（CTJ，Cathode Triple Junction）处的电场强度较高，从而发射子。2）电子碰撞绝缘材料及二次电子发射：初始电子获得能量，在电场的撞绝缘材料表面，如果其能量足够高，则将激发产生二次电子。3）表面电荷积累：二次电子发射后，绝缘材料表面留下了正电荷，即电，随着电子不断的与表面进行碰撞，使得绝缘材料表面积累了大量。4）表面吸附气体解吸附及碰撞电离：电子碰撞发生的能量传递使得表气体分子获得能量，当能量很高时，吸附气体分子将脱离材料表面的放，如果能量足够大，甚至还会造成气体分子的电离。5）闪络通道的形成：当次级电子和解吸附气体向阳极移动时，绝缘材极附近累积形成的电荷电场使原有场强增加，将加强第一步的场致发

闪络特性,电极材料,绝缘材料,场强

图 1-2 不同电极材料下的闪络特性[16-17]的影响表中可以看到，当对同一绝缘材料施加不同波形的的沿面闪络电压不同。为了更好的了解输出电压波关系，Pillai 和高巍等人做了相关的实验[16，18]，分0 us 微秒以及 60 Hz 的交流电压对绝缘材料进行了闪如图 1-3 所示。其中纳秒 1 下的实验材料为有机玻尼龙，而在直流、微秒和交流电压下的实验材料均为出，绝缘材料在纳秒脉冲下的闪络场强明显大于在对于聚四氟乙烯来说，其在直流电压下的闪络场强场强最低。

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图 1-2 不同电极材料下的闪络特性[16-17]波形的影响述图表中可以看到，当对同一绝缘材料施加不同波形的电压空中的沿面闪络电压不同。为了更好的了解输出电压波形与间的关系，Pillai 和高巍等人做了相关的实验[16，18]，分别使用.2／50 us 微秒以及 60 Hz 的交流电压对绝缘材料进行了闪络电结果如图 1-3 所示。其中纳秒 1 下的实验材料为有机玻璃，料为尼龙，而在直流、微秒和交流电压下的实验材料均为聚四以看出，绝缘材料在纳秒脉冲下的闪络场强明显大于在其它外，对于聚四氟乙烯来说，其在直流电压下的闪络场强最高闪络场强最低。

【参考文献】