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等离子体复合薄膜沉积抑制金属微粒启举

电工技术学报 2018年第20期33卷 4672-4681页

作者：程显徐晖王瑞雪高远章程邵涛郑州大学电气工程学院郑州450001 中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室北京100190

气体绝缘金属封闭线路(GIL)和气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中的金属微粒污染是影响设备绝缘性能的主要因素之一,而电极表面覆膜能够在一定程度上提高直流应力下金属微粒的启举电压。本文探索一种使用等离子体射流对金属电极表面处理... 详细信息

气体绝缘金属封闭线路(GIL)和气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中的金属微粒污染是影响设备绝缘性能的主要因素之一,而电极表面覆膜能够在一定程度上提高直流应力下金属微粒的启举电压。本文探索一种使用等离子体射流对金属电极表面处理以抑制金属微粒启举的方法。利用高频交流电源激励产生大气压等离子体射流在Cu表面沉积SiO_2-TiO_2复合薄膜,获得由厚度约2μm的TiO_2薄膜和3.5μm的SiO_2薄膜组成的致密复合薄膜,并且在测试频率为1kHz时TiO_2和SiO_2薄膜的相对介电常数分别为24和4左右。此外搭建金属微粒运动观测平台对比电极表面沉积薄膜前后对金属微粒启举的影响,并通过建模仿真计算沉积复合薄膜前后高压电极与金属微粒间的电场畸变程度。结果表明:电极表面沉积薄膜后金属微粒的启举电压提高约18%,在相同条件下表面沉积薄膜后金属微粒启举具有明显的延迟效应,并且沉积薄膜后金属微粒和电极间的最大电场强度由1.98×108V/m下降至1.82×108V/m。因此,通过等离子体增强化学气相沉积法在电极表面沉积薄膜能够提高金属微粒启举电压、降低其运动活性,为工程应用提供了新的解决方式。

关键词：等离子体射流直流气体绝缘金属封闭线路沉积薄膜电极表面覆膜金属微粒启举

直流应力下电极表面覆膜对金属微粒启举的影响机理研究

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电工技术学报 2015年第5期30卷 119-127页

作者：王健李庆民李伯涛陈超刘思华李成榕华北电力大学电气与电子工程学院北京102206

针对直流GIL中的自由金属微粒污染物问题,研究表面覆膜措施对金属微粒启举的限制机理。利用气体电离及界面电荷积聚理论提出了直流应力下电极覆膜时金属微粒带电及启举模型,并根据微粒带电量的时变特征提出了充电时间的概念。为验证模... 详细信息

针对直流GIL中的自由金属微粒污染物问题,研究表面覆膜措施对金属微粒启举的限制机理。利用气体电离及界面电荷积聚理论提出了直流应力下电极覆膜时金属微粒带电及启举模型,并根据微粒带电量的时变特征提出了充电时间的概念。为验证模型的正确性,构建了多功能模块的金属微粒带电.运动观测实验平台,对不同大小、材质的球形金属微粒以及不同厚度的PET薄膜开展实验,实验结果验证了模型的正确性:直流应力下,覆膜措施产生的界面极化过程只是增加了微粒的充电时间,而对微粒最终带电量并无影响,但覆膜产生的静电吸附力可显著提高微粒的启举电压;外施电压、覆膜介电常数及体电导率对微粒充电时间均有显著影响;而由于充电时间的存在使得电极覆膜措施下出现微粒"间歇启举"现象。

关键词：直流GIL 电极表面覆膜金属微粒启举充电时间常数间歇性启举重启举时长

苯硫醚聚酰亚胺电极覆膜材料合成及直流应力下对金属微粒运动特性的抑制作用

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电工技术学报 2018年第20期33卷 4712-4721页

作者：黄旭炜倪潇茹王健李庆民林俊王忠东高电压与电磁兼容北京市重点实验室(华北电力大学) 北京102206 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 曼彻斯特大学电气与电子工程学院

金属微粒的有效治理是关乎直流气体绝缘输电线路(GIL)绝缘设计的重要问题。通过溶液缩聚-热酰亚胺化法制备含有苯硫醚结构的聚酰亚胺薄膜,同时利用红外光谱、热失重、差示扫描量热、介电谱和接触角等测试方法对聚酰亚胺薄膜的结构与性... 详细信息

金属微粒的有效治理是关乎直流气体绝缘输电线路(GIL)绝缘设计的重要问题。通过溶液缩聚-热酰亚胺化法制备含有苯硫醚结构的聚酰亚胺薄膜,同时利用红外光谱、热失重、差示扫描量热、介电谱和接触角等测试方法对聚酰亚胺薄膜的结构与性能进行表征,并构建金属微粒运动观测实验平台,测试直流应力下薄膜材料对金属微粒运动特性的抑制作用。结果表明,引入苯硫醚结构,可在保证热稳定性的同时有效提升聚酰亚胺薄膜与铝合金电极的粘附功,因而改性聚酰亚胺可作为直流GIL无胶电极覆膜材料,以提升其运行稳定性。当电极涂覆改性的聚酰亚胺薄膜时,可显著提高金属微粒在直流电场中的启举电压,这缘于引入的苯硫醚结构提高了薄膜的介电常数以及金属微粒与薄膜间的粘附功,使得金属微粒所受的粘附力和静电吸附力均有所提升,进而抑制了微粒在直流电应力下的运动行为。

关键词：直流气体绝缘输电线路苯硫醚聚酰亚胺粘附功热稳定性电极覆膜金属微粒启举

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等离子体射流薄膜沉积对微放电抑制的研究

等离子体射流薄膜沉积对微放电抑制的研究

作者：徐晖郑州大学

学位级别：硕士

高压直流GIL/GIS设备生产、组装及运行过程中产生的金属微粒在较高的电场应力作用下易荷电并发生启举运动,并且金属微粒在电极间运动的过程中极易诱发局部微放电甚至造成绝缘介质击穿,严重影响GIL/GIS设备的安全稳定运行。在金属微粒的... 详细信息

高压直流GIL/GIS设备生产、组装及运行过程中产生的金属微粒在较高的电场应力作用下易荷电并发生启举运动,并且金属微粒在电极间运动的过程中极易诱发局部微放电甚至造成绝缘介质击穿,严重影响GIL/GIS设备的安全稳定运行。在金属微粒的治理方法中,电极表面覆膜法由于具有简便、有效的优势而愈发受到关注,其中PECVD(等离子体增强化学气相沉积)法能够在材料表面快速制备高质量的功能性薄膜,因此本文尝试使用等离子体射流在Cu电极表面沉积TiO-SiO复合薄膜并探究其对金属微粒启举和微放电的抑制作用。本文首先通过等离子体射流在Cu和PMMA表面沉积SiO薄膜对薄膜沉积过程进行了探究,实验通过改变O和N的流量对放电强度和薄膜特性进行调节,并根据不同参数下的测量结果分析了影响薄膜沉积的主要因素,为功能性薄膜的制备提供了实验指导。随后,在Cu表面快速沉积了与基底结合紧密的TiO-SiO复合薄膜,并分别通过金属微粒启举测试系统和COMSOL分析了沉积薄膜对金属微粒启举及其引发微放电的抑制效果。最后,实验通过热老化的方法研究了沉积的TiO-SiO复合薄膜对金属微粒启举抑制效果的稳定性。本文的研究结果表明,基底性质和放电气体组分对等离子体放电特性及薄膜性质均具有较大影响,其中绝缘基底表面由于电荷积累作用使其表面沉积的SiO薄膜氧化程度高于金属基底的情况。在激发气体中混入O能够有效均匀产生的射流等离子体,而混入40sccm的N后薄膜表面颗粒物直径减小至100nm左右。在Cu电极表面沉积复合薄膜后金属微粒启举电压提高了约18%,电极间的电场畸变程度亦有一定程度降低。本文的实验验证了使用等离子体沉积法在电极表面制备功能性薄膜抑制金属微粒启举的可行性,为实际问题的解决提供了新的思路。

关键词：等离子体射流薄膜沉积表面形貌生长速率金属微粒启举微放电