高频电应力下聚酰亚胺沿面放电演化特性

作     者：Bilal Iqbal Ayubi 张黎 徐黄宽 范晨露 邹亮 Bilal Iqbal Ayubi;Zhang Li;Xu Huangkuan;Fan Chenlu;Zou Liang

作者机构：山东大学电气工程学院济南250061 

出 版 物：《电工技术学报》 (Transactions of China Electrotechnical Society)

年 卷 期：2023年第38卷第5期

页      面：1177-1189页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 080803[工学-高电压与绝缘技术] 08[工学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52077127 51929701)。 

主　　题：聚酰亚胺 沿面放电 空间电荷 电子密度 电子温度 反应速率 

摘      要：聚酰亚胺(PI)薄膜被广泛应用在固态变压器(SST)的绝缘设计中,而沿面放电是导致SST绝缘失效的重要原因之一。该文使用COMSOL Multiphysics软件为针电极实验装置建立了二维自洽等离子体仿真模型,通过耦合等离子体化学反应、粒子输运方程和泊松方程来分析高频电应力下的沿面放电发展过程;并建立了一个简化模型,用于验证等离子体模型中的空间电荷密度。实验结果表明,沿面放电会使电介质表面碳化并增加PI表面电导率。当电压频率为50Hz时,表面放电呈树枝状,放电出现在该阶段正半周期的上升和下降沿,最大放电幅度为0.013V,放电次数为2180。在高频下,随着绝缘老化,放电幅度从0.009V增加到0.015V,最后阶段记录的放电总数为3610,高频电应力下的沿面放电造成的损伤比工频更为显著。通过仿真模拟,该文获取了空间电荷、电子密度、反应速率和电子温度等微观量。高频电应力下PI薄膜沿面放电轨迹近似线性,在176×10^(-6)s时电子密度达到1.1×10^(19)m^(-3),随着电场强度的增加,电子密度和电子温度分布呈现上升趋势;正负离子密度分布范围与电子密度分布有很大的相似性。对电子密度和反应速率的分析表明,背景气体中的化学反应分析是正确的。