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固–气界面电荷消散特性及其动力学过程

中国电机工程学报 2019年第8期39卷 2477-2488页

作者：张博雅张贵新高文强侯易岑李大雨电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京市海淀区100084

直流电场下气体绝缘设备中固体绝缘介质表面电荷的积聚会导致固–气界面的局部电场畸变,从而降低系统的绝缘水平。研究固–气界面电荷的消散特性可为高压直流气体绝缘装置的研发提供重要的理论基础。利用针–板电极向绝缘材料表面注入电... 详细信息

直流电场下气体绝缘设备中固体绝缘介质表面电荷的积聚会导致固–气界面的局部电场畸变,从而降低系统的绝缘水平。研究固–气界面电荷的消散特性可为高压直流气体绝缘装置的研发提供重要的理论基础。利用针–板电极向绝缘材料表面注入电荷,在不同条件下进行固–气界面电荷消散实验。采用静电探头法测量试样表面的电位分布,并通过反演计算得到电荷密度分布。结果表明:处在气体氛围中的环氧树脂材料,其表面电荷主要是通过与气体中离子中和消散,消散过程与气体中电场的分布有关。处在开放空间中的试样,表面电荷密度越大的地方电场越集中,因而迁移至此的异号带电粒子更多,表面电荷消散也更快,最后在试样表面会逐渐形成"火山口"形的电荷分布。基于固–气界面电荷消散的三种途径,构建了固–气界面电荷消散的动力学模型,分别考察了通过体电导消散、面电导消散,以及与气体中离子中和消散3种不同消散机理主导下的固–气界面电荷消散特性。研究发现,对于体积电导率小于10?15S/m的材料,表面电荷主要通过与气体中离子中和消散;对于体积电导率大于10?14S/m的材料,表面电荷主要通过体电导消散,各处消散速率基本一致;未经特殊处理的绝缘材料,表面电导率较小,对表面电荷消散的作用有限。

关键词：表面电位表面电荷电荷消散静电探头气体绝缘气体绝缘管道输电环氧树脂

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温度对油纸绝缘空间电荷消散特性的影响

电工电能新技术 2018年第7期37卷 1-8页

作者：周远翔黄欣黄猛孟德望刘心曲曾向君电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室清华大学电机系北京100084 华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 南方电网科学研究院广东广州510080

换流变压器的出厂试验中,残留在电介质中的空间电荷将会影响绝缘试验。通过研究油纸绝缘中空间电荷的消散特性,可以为换流变压器出厂试验项目程序和时间间隔控制提供理论和试验依据,进而提出合理的试验方案。本文通过电声脉冲法和三电... 详细信息

换流变压器的出厂试验中,残留在电介质中的空间电荷将会影响绝缘试验。通过研究油纸绝缘中空间电荷的消散特性,可以为换流变压器出厂试验项目程序和时间间隔控制提供理论和试验依据,进而提出合理的试验方案。本文通过电声脉冲法和三电极法测量不同温度条件下的油浸纸试品,观察温度对油浸纸试品直流空间电荷消散特性的影响,并分析提取空间电荷总量、最大正向场强、油浸纸体积电导率等特征量。研究得到了油纸绝缘的活化能为0.48e V。随着温度升高,油纸绝缘不仅在去极化过程中空间电荷消散速度加快,在极化过程中其积聚总量也增加。去极化的初始阶段,最大正向场强出现的位置靠近阳极,随着去极化时间的延长,最大正向场强出现区域逐渐向阴极扩展。同样温度下,去极化过程中,电流达到稳定值的时间小于空间电荷总量消散达到稳定值的时间。在工厂试验和运行过程中,为避免空间电荷畸变电场造成对绝缘的损伤,去极化过程或极性反转时间间隔按照空间电荷总量消散达到稳定值的时间计算,不低于38min。

关键词：空间电荷油纸绝缘电荷消散温度电声脉冲法

直流GIL绝缘子纳米涂层气-固界面的电荷消散过程与沿面闪络特性研究

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直流GIL绝缘子纳米涂层气-固界面的电荷消散过程与沿面闪络特性研...

作者：倪潇茹华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

绝缘子气-固界面是直流GIL绝缘体系的薄弱环节,在直流电场中,绝缘子表面易发生电荷积聚,导致严重的电场畸变,破坏整体绝缘。同时在外电场作用力和绝缘子表面电荷库仑力的作用下,GIL中的金属污染物将吸附于绝缘子表面,降低闪络电压。将... 详细信息

绝缘子气-固界面是直流GIL绝缘体系的薄弱环节,在直流电场中,绝缘子表面易发生电荷积聚,导致严重的电场畸变,破坏整体绝缘。同时在外电场作用力和绝缘子表面电荷库仑力的作用下,GIL中的金属污染物将吸附于绝缘子表面,降低闪络电压。将环氧树脂纳米复合涂层涂覆于绝缘子表面被证明可一定程度地抑制表面电荷积聚,提高闪络电压,具有广泛的应用前景。本文在环氧树脂中掺杂的材料包括纳米SiC、蒙脱土、纳米TiO2,其中蒙脱土和TiO2共同掺杂在环氧树脂中。制备不同纳米掺杂含量的复合涂层,并涂覆至绝缘子表面。为确保复合材料的理化性能满足GIL运行要求,进行了断面形貌、热性能分析、介电特性等测试。结果显示,纳米填料含量较低时在环氧树脂中分散较为均匀,几乎不发生团聚现象;复合涂层材料的接触角未发生明显变化,但热稳定性有大幅提升;介电常数和介电损耗与纯环氧树脂相比也均有一定程度的增加。为研究纳米涂层对绝缘子气-固界面电荷消散过程的影响,本文搭建了电荷测量平台,进行纳米涂层的表面电荷消散特性测试。结果表明,随着纳米粒子含量的增加,绝缘子表面电荷消散速度越来越大;但纳米粒子的含量超过一定值后,绝缘子表面电荷的消散速度将逐渐减小,甚至低于纯环氧树脂的消散率。当纳米SiC含量为6%,蒙脱土和纳米TiO2含量为4%时,试样表面电荷消散速度最大、电荷消散率最高,最终可消散约30%～35%。本文采用陷阱能级理论对其微观机制进行了研究,分析认为当纳米粒子含量较低时,复合材料内引入了部分浅陷阱、降低了浅陷阱能级,因而提高了电荷的消散速度;但纳米粒子含量过高时,由于纳米粒子的团聚等因素,浅陷阱分布发生改变,反而抑制了电荷消散。为研究纳米涂层对绝缘子闪络电压的影响,本文搭建了闪络测试平台,并设计了金属粉尘吸附测试的相关实验。研究结果表明,涂覆不同参数的纳米涂层后,绝缘子闪络电压和金属粉尘吸附量的变化趋势与表面电荷基本一致。当纳米SiC质量分数为6%时,相较于未涂覆的绝缘子闪络电压可提高14%,金属粉尘吸附量可减少53%;当蒙脱土和纳米TiO2含量为4%时,绝缘子闪络电压较涂覆前可提升19%,粉尘吸附量减少42%。究其原因,绝缘子表面电荷消散速率较快时,表面电荷密度降低,表面电场畸变相对较弱,不易形成稳定的放电通道,进而提高了闪络电压;同时绝缘子表面电荷对粉尘的库仑力作用减弱,使粉尘吸附量降低。综合纳米复合涂层的理化性能和电学性能测试结果,即可遴选出合适的纳米涂层,对于保障直流GIL的安全可靠运行具有重要的意义。

关键词：环氧树脂纳米涂层电荷消散闪络特性金属粉尘

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轮胎电荷消散专利技术综述

科技视界 2018年第8期 118-120页

作者：张瑾郭紫琪李晓文国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心四川成都610213

"绿色轮胎"在使用中,轮胎与地面摩擦会产生静电,轮胎上的静电若不能及时导出,则会出现干扰车辆的电子设备之间的通信、使得下车的乘客受到电震、放电产生的臭氧加速轮胎老化等问题,本文对轮胎电荷消散装置的国内外专利申请情况进行统计... 详细信息

"绿色轮胎"在使用中,轮胎与地面摩擦会产生静电,轮胎上的静电若不能及时导出,则会出现干扰车辆的电子设备之间的通信、使得下车的乘客受到电震、放电产生的臭氧加速轮胎老化等问题,本文对轮胎电荷消散装置的国内外专利申请情况进行统计分析,并重点分析轮胎行业的几大生厂商的技术发展路线,得到电荷消散装置的发展趋势。

关键词：绿色轮胎电荷消散专利分析

热老化对Nomex绝缘纸表面电荷积聚消散特性的影响研究

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中国电机工程学报 2020年第17期40卷 5707-5716页

作者：李奕萱高波李晓楠杨雁郁郁吴广宁西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

为研究变压器用Nomex绝缘纸在热老化过程中电荷的积聚消散特性,在实验室搭建加速热老化实验系统,制备试样,采用针-板电极向不同老化周期绝缘纸表面充电,测量电荷消散过程中绝缘纸表面电位分布情况,根据测得的表面电位衰减曲线计算得到... 详细信息

为研究变压器用Nomex绝缘纸在热老化过程中电荷的积聚消散特性,在实验室搭建加速热老化实验系统,制备试样,采用针-板电极向不同老化周期绝缘纸表面充电,测量电荷消散过程中绝缘纸表面电位分布情况,根据测得的表面电位衰减曲线计算得到不同老化周期绝缘纸表面陷阱分布特性。研究结果表明,施加电压后绝缘纸表面电荷呈钟形分布,消散过程中可以保持形貌;绝缘纸中电荷存在向绝缘纸内部消散和沿绝缘纸表面消散两种方式;随着老化程度的增加,绝缘纸表面积累的电荷量呈先减小后增加的趋势;未老化的绝缘纸以沿面消散为主,老化后绝缘纸表面电荷消散速度随老化周期而增加,但正电荷与负电荷消散速度增加的原因不同。研究结果为深入理解变压器高温运行过程中油纸绝缘系统电荷输运特性提供理论依据。

关键词： Nomex纸热老化电荷积聚电荷消散陷阱分布

SF_6及空气中绝缘子表面电荷的消散过程分析

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高电压技术 2011年第1期37卷 99-103页

作者：王蓓张贵新王强李金忠汤浩国核电力规划设计研究院北京100032 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084 电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084 中国电力科学研究院北京100192

为了研究绝缘子表面电荷消散的规律,建立了一套表面电荷测量装置,可以测量不同气体中、不同气压下盆式绝缘子的表面电荷分布。采用的测量方法为电容探头法。针对盆式绝缘子的两种典型应用环境,即0.1MPa的空气环境及GIS/GIL中0.5MPa的SF... 详细信息

为了研究绝缘子表面电荷消散的规律,建立了一套表面电荷测量装置,可以测量不同气体中、不同气压下盆式绝缘子的表面电荷分布。采用的测量方法为电容探头法。针对盆式绝缘子的两种典型应用环境,即0.1MPa的空气环境及GIS/GIL中0.5MPa的SF6气体环境,实验测量了0.1MPa的空气中和0.5MPa的SF6中绝缘子表面电荷的消散过程。实验测得绝缘子表面电荷的消散过程近似呈指数衰减过程,时间常数是104 s数量级。结合实验结果,对绝缘子表面电荷消散的3种途径进行了分析,认为表面电荷主要通过绝缘子内部消散,且消散速率与绝缘子的体积电阻率和表面电阻率有关。

关键词：表面电荷电荷消散 SF6 电荷消散途径体积电阻率表面电阻率

直流电压下绝缘子表面电荷积聚影响因素及消散特性研究

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直流电压下绝缘子表面电荷积聚影响因素及消散特性研究

作者：周武湖南大学

学位级别：硕士

气体绝缘输电线路具有传输容量大、损耗小、安全可靠以及环境友好等优点,在高压输电领域的应用日益广泛。在直流电压下,电荷将在绝缘子表面积聚,使绝缘结构闪络电压降低,阻碍了气体绝缘输电线路向直流领域的推广应用。研究直流电压下绝... 详细信息

气体绝缘输电线路具有传输容量大、损耗小、安全可靠以及环境友好等优点,在高压输电领域的应用日益广泛。在直流电压下,电荷将在绝缘子表面积聚,使绝缘结构闪络电压降低,阻碍了气体绝缘输电线路向直流领域的推广应用。研究直流电压下绝缘子表面电荷积聚的影响因素及消散特性对直流气体绝缘输电线路技术的发展具有重要意义。本文基于电容分压原理研制了满足研究需要的静电探头,配合平板电极和圆柱形聚四氟乙烯模型绝缘子,并利用步进电机及配套的控制装置驱动绝缘子与探头配合运动以使探头能够精确测量绝缘子整个表面,构成了表面电荷实验系统。利用表面电荷实验系统,本文研究了金属颗粒附着、电极接触不良和表面划伤等局部因素对绝缘子表面电荷积聚的影响。研究发现:绝缘子表面附着金属颗粒时,颗粒附近表面电荷积聚明显,电荷极性与附近金属颗粒边沿感应电荷极性一致,气体侧传导和沿面传导共同决定了电荷分布;电极接触不良时,接触不良电极附近积聚了大量异极性电荷,法向场强主导了正负电荷在绝缘子表面的分布;表面划伤时,在较低电压下,划痕两边分布着大量异号电荷,在较高电压等级时不具有明显分布特征。同时,本文研究了不同外施电压下,预加在绝缘子表面的正电荷消散过程。结果显示:外施电压为0时,电荷主要通过与气体侧离子中和消散;外施电压为+20kV时,预加的正电荷难以消散且有所增加;外施电压为-20kV时,高压电极附近的预加正电荷迅速消散,而带屏蔽电极的地电极附近的预加正电荷消散至一定程度后随时间的变化幅度很小。外施电压主要影响电荷沿面传导从而影响电荷消散特性。

关键词：表面电荷金属颗粒电极接触不良表面划伤电荷消散

表层氟化环氧纳米复合材料表面的电荷动态特性

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高电压技术 2015年第2期41卷 410-416页

作者：李昂杜伯学徐航李忠磊肖萌韩涛天津大学电气与自动化工程学院天津300072

环氧树脂绝缘表面积聚的大量电荷是导致表面闪络的重要因素。在环氧树脂中掺杂TiO2无机纳米颗粒之后,可以增强其力学性能和抗电痕破坏性能,但对其表面电荷动态过程研究较少。同时,表层氟化可以保持原有有机聚合物的优良性能之外,还可使... 详细信息

环氧树脂绝缘表面积聚的大量电荷是导致表面闪络的重要因素。在环氧树脂中掺杂TiO2无机纳米颗粒之后,可以增强其力学性能和抗电痕破坏性能,但对其表面电荷动态过程研究较少。同时,表层氟化可以保持原有有机聚合物的优良性能之外,还可使聚合物的本证缺陷得到改善。为此,制备了纯环氧试样以及含纳米TiO2质量分数分别为2%、4%、6%、8%的纳米复合试样,并对试样进行不同时间(0、30、60、90、120 min)的氟化处理,研究其在直流电场下纳米TiO2质量分数与氟化时间对表面电荷的积累与消散特性的综合影响。研究表明:纳米TiO2颗粒会减缓环氧树脂表面电荷消散的速度,6%纳米复合试样电荷消散最慢;表层氟化处理可以加速电荷消散速度,所以可以通过表层氟化处理来弥补纳米颗粒加入后对环氧树脂绝缘性能所带来的不利影响。

关键词：环氧树脂纳米复合绝缘材料 TiO2 高压直流表面氟化表面电荷电荷消散

直流电压下闪络及电晕后聚合物表面电荷积聚特性

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高电压技术 2015年第11期41卷 3618-3627页

作者：王邸博唐炬陶加贵杨景刚重庆大学输配电装备及系统安全国家重点实验室重庆400030 武汉大学电气工程学院武汉430072 江苏省电力公司电力科学研究院南京211103

为深入研究聚合物介质表面电荷聚散的规律,并探索其相关机理,使用闪络及电晕的方法以实验形式对2种情况下产生的表面电荷积聚与消散问题进行了深入分析,重点对实验中出现的异号电荷积聚进行了探究,明确了实验中异号电荷来源于加压结束... 详细信息

为深入研究聚合物介质表面电荷聚散的规律,并探索其相关机理,使用闪络及电晕的方法以实验形式对2种情况下产生的表面电荷积聚与消散问题进行了深入分析,重点对实验中出现的异号电荷积聚进行了探究,明确了实验中异号电荷来源于加压结束时已积聚电荷造成的二次放电。实验发现,连续闪络能够使得试品的闪络电压上升并在闪络3~5次后达到饱和。根据对实际实验现象的分析,提出了介质表面双极性电荷积聚观点,认为闪络后试品及高强度电晕处理会导致双极性积聚,而低强度电晕处理则产生单极性积聚。双极性积聚的电荷会在闪络发展过程中与闪络路径等离子通道中的电荷相互作用,从而影响闪络电压。

关键词：直流表面电荷闪络电晕微观电荷分布电荷积聚电荷消散