真空中高压绝缘结构的脉冲耐压特性研究

论文摘要

绝缘子表面耐压性能是决定高压电真空器件绝缘性能的关键因素,开展真空中高压绝缘结构的脉冲耐压性能研究,对特种电真空器件高压绝缘结构的设计具有重要的现实意义和应用价值。论文分析了真空中绝缘介质表面闪络的机理及影响绝缘介质耐压特性的主要因素,搭建了真空中高压绝缘结构的脉冲耐压特性实验条件,研究了单次脉冲电压下氧化铝瓷的耐压表征方法。在完成柱状氧化铝瓷绝缘子形状和电极结构对绝缘结构阴极三相点处电场分布影响进行仿真分析的基础上,设计并加工了实验研究所用的不同结构柱状氧化铝绝缘子和电极结构。研究了单次微秒脉冲条件下了,柱状氧化铝瓷材料（95瓷和BK94瓷）和结构、电极结构,以及真空度（或氘气压）等对柱状氧化铝瓷耐压性能的影响,初步探索了真空中单次微秒脉冲条件下脉冲氧化铝陶瓷闪络击穿机理。结果表明,合理的金属电极结构和绝缘子结构可减弱三相点的电场强度,从而显著提高陶瓷的耐压性能,其中嵌入式隐藏电极结构的可靠耐压值接近150kV,较平板电极提高近50%;BK94瓷的耐压性能比95氧化铝瓷高近20%;在动态系统和密封真空器件中,真空度高于10-1Pa时,95氧化铝瓷绝缘子的耐压性能不受真空度的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文选题背景及意义
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 选题意义
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 真空中脉冲耐压特性的基础理论研究
• 2.1 真空中绝缘结构脉冲耐压特性的研究现状
• 2.2 影响沿面闪络的主要因素
• 2.2.1 电压波形的影响
• 2.2.2 真空度的影响
• 2.2.3 绝缘子材料
• 2.2.4 绝缘子外形及表面特性的影响
• 2.2.5 电极材料及其几何形状
• 2.2.6 预放电的影响
• 2.2.7 磁场作用
• 2.3 沿面闪络研究的实验模式
• 2.4 真空中固体沿面闪络的机理模型
• 2.4.1 二次电子发射雪崩（SEEA）
• 2.4.2 电子引发极化松弛（ETPR）
• 2.4.3 基于陷阱的沿面闪络发展机制
• 本章小结
• 第三章 实验装置及实验方法
• 3.1 试验装置
• 3.1.1 真空系统
• 3.1.2 单次脉冲高电压电源及输出电压幅度范围扩展
• 3.1.3 绝缘性能实验装置
• 3.2 高压脉冲电压电流信号的测量方法
• 3.2.1 电流的测量
• 3.2.2 测量球隙
• 3.2.3 分压器
• 3.2.4 单次脉冲高压电源的标定
• 3.3 耐压表征技术研究
• 3.3.1 耐压表征技术的重要性和挑战性
• 3.3.2 耐压表征方法的确定
• 本章小结
• 第四章 绝缘结构电场仿真与设计
• 4.1 电场仿真概述
• 4.1.1 仿真软件的选择
• 4.1.2 仿真模型的建立
• 4.2 绝缘子结构的电场仿真及绝缘结构设计
• 4.2.1 绝缘子直径对电场分布的影响
• 4.2.2 绝缘子高度对电场分布的的影响
• 4.2.3 表面电荷对电场分布的影响
• 4.2.4 锥形绝缘子的电场仿真分析
• 4.2.5 实验绝缘子结构设计
• 4.3 电极结构的影响及实验样品设计
• 4.3.1 电极与绝缘子的接触形式对沿面耐压性能的影响
• 4.3.2 不同电极结构阴极三结合处的电场场强仿真计算
• 4.3.3 实验电极结构的设计
• 本章小结
• 第五章 真空中绝缘结构脉冲耐压特性实验研究
• 5.1 绝缘子的耐压研究
• 2O₃陶瓷和BK-94陶瓷绝缘子的耐压对比分析'>5.1.1 95Al₂O₃陶瓷和BK-94陶瓷绝缘子的耐压对比分析
• 5.1.2 锥形绝缘子的耐压测试
• 5.1.3 高温处理后BK-94绝缘子耐压性能的试验分析
• 5.1.4 不同结构绝缘子的耐压测试分析研究
• 5.2 电极结构的耐压研究
• 5.3 真空度的影响
• 5.3.1 测试装置中真空度对耐压的影响
• 5.3.2 密封真空器件中氘气压对耐压的影响
• 本章小结
• 第六章 单次微秒级脉冲下氧化铝陶瓷沿面闪络机理探索
• 6.1 两种经典假说的对比分析
• 6.2 闪络过程中两个重要的参数
• 6.2.1 一次电子发射系数
• 6.2.2 二次电子发射
• 6.3 陶瓷样品的二次电子发射系数
• 6.4 氧化铝陶瓷表面分析
• 6.5 绝缘测试实验中的波形分析
• 6.6 光谱分析
• 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 论文的结论
• 7.2 研究展望
• 7.3 结语
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 不同真空度下样品的可靠耐压值
• 附录B 硕士研究生在读期间发表论文情况