纳秒脉冲下真空中绝缘材料表面带电现象的研究

论文摘要

针对真空中有机玻璃和聚乙烯两种常用的绝缘材料,在陡脉冲前沿为50ns、半高宽为350ns和3us(正负极性)的四种脉冲电压作用下,本文研究了绝缘材料局部放电和表面带电特性。围绕着真空沿面放电的实验装置,研制了二维表面电荷测量探头,建立了沿面闪络光电测量系统,测量了不同脉冲下的各种局部放电现象和表面电荷分布。研究结果表明,在脉冲电压作用下,绝缘材料会发生各种局部放电现象,局部放电是纳秒脉冲下绝缘材料表面带电的根本原因。在正负极性的长脉冲和短脉冲电压作用下,只要发生局部放电表面就会出现正极性电荷;在长脉冲电压下不管是否发生局部放电,表面都会出现正极性电荷。在正负极性电压作用下,电子发射总是从阴极开始,使得阴极附近电荷密度大于阳极附近电荷密度,但由于材料陷阱分布的影响,有时也会出现局部突变。对两种绝缘材料的研究表明,有机玻璃比聚乙烯容易发生局部放电和积聚电荷,这可能与材料陷阱分布有关。表面带电与局部放电电流大小有关,局部放电电流越大,表面电荷密度变化越大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 真空中固体绝缘材料沿面闪络与表面带电研究的意义
• 1.2 绝缘材料表面带电研究的进展
• 1.2.1 表面带电测量方法
• 1.2.2 影响绝缘子表面带电的因素
• 1.2.3 绝缘材料表面带电的机理
• 1.3 表面带电现象的研究现状和存在问题
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 试验装置及测试系统
• 2.1 纳秒脉冲电源
• 2.2 试样与电极系统
• 2.3 真空系统
• 2.4 沿面闪络光电测量
• 2.4.1 快脉冲电压测量
• 2.4.2 沿面闪络和局部放电电流测量
• 2.4.3 沿面闪络和预闪络光信号测量
• 2.5 表面电荷测量系统
• 2.5.1 静电电容探头法的原理
• 2.5.2 静电电容探头的制作
• 2.5.3 静电电容探头的标定
• 2.5.4 表面电荷的测量
• 2.6 试验方法
• 2.7 小结
• 第3章 真空中绝缘材料的局部放电
• 3.1 试验结果
• 3.1.1 不发生局部放电的典型波形
• 3.1.2 脉冲电压前沿发生的局部放电
• 3.1.3 脉冲电压峰值附近发生的局部放电
• 3.1.4 脉冲电压波尾附近发生的局部放电
• 3.1.5 存在反向电流的局部放电
• 3.1.6 闪络前后的局部放电
• 3.1.7 局部放电的起始电压
• 3.2 试验结果分析
• 3.3 小节
• 第4章 真空中绝缘材料表面带电现象
• 4.1 试验结果
• 4.1.1 不同脉冲宽度下表面电荷的分布
• 4.1.2 不同极性电压下表面电荷的分布
• 4.1.3 不同材料下表面电荷的分布
• 4.1.4 表面带电与局部放电电流的关系
• 4.2 试验结果分析
• 4.3 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文的主要成果
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表的学术论文和参加科研情况