高压气体绝缘输电设备用功能梯度材料研究进展

发布时间：2021-06-10 17:19

　　环氧树脂绝缘子作为高压气体绝缘输电设备的关键部件,其沿面电场分布的均匀度直接影响整个设备乃至电力系统的绝缘水平。为此在传统功能梯度绝缘子研究基础上,提出利用表层功能梯度材料（surface functionally gradedmaterials,SFGM）绝缘子来调控气固界面电场分布,达到提升气固绝缘系统耐电强度的目的。首先对FGM绝缘子的经典制备工艺（如离心法、3D打印和柔性浇注）及其电场调控效果进行简要汇总,然后重点介绍了应用于交直流系统的SFGM绝缘子的工作原理、制备工艺和电场调控效果。利用梯度磁控溅射、梯度氟化、涂覆和离心的手段在绝缘子表层构造介电参数梯度分布,相比于FGM绝缘子,SFGM绝缘子无需改变绝缘子原有的生产工艺和机械性能,方便构造任意表层介电梯度分布。在未来特高压输电工程中,SFGM绝缘子可以进一步提高气体绝缘输电设备的可靠性,且实现推广应用所需的成本更低。 

【文章来源】：高电压技术. 2020,46(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

FGM绝缘子离心制备示意图

3D打印FGM绝缘子原理

天津大学选取BaTiO3(εr=1 600)作为高介电常数材料，并通过磁控溅射的方法沉积于绝缘子表面形成微米级厚度的Ba Ti O3薄膜，以制备C–SFGM绝缘子[17]。在绝缘子表面的不同位置，通过控制相应的溅射时间来调控Ba Ti O3薄膜的厚度形成表层的厚度梯度分布，即沿绝缘子表面从高压电极至地电极，逐梯度减少溅射时间，形成3.3、1.6、0.8和0μm 4个离散的厚度梯度分布，即可制得C-SFGM绝缘子(绝缘子E)。为了突出C–SFGM绝缘子在电场调控方面的优势，分别制备了均匀溅射的绝缘子B、C和D作为对比，不同的绝缘子类型如表1所示。仿真及实验结果表明，相比于传统绝缘子(绝缘子A),C–SFGM绝缘子可以显著降低三结合点处的最大电场强度，空气中的交流闪络电压(升压速率0.1 kV/s)提升了约20%(见图6)。为了构造连续介电常数梯度分布，天津大学提出了旋转开槽挡板的方法(见图7)，实现绝缘子径向溅射时间连续梯度分布，消除离散梯度间的电场跳跃畸变[18]。图4 FGM绝缘子与传统绝缘子的放电起始电压

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3222802