微波大气击穿阈值的理论研究

本文通过对使用有效场强(或均方根场强)得到的微波大气击穿阈值表达式进行讨论, 指出其推导中所做的假设及这些假设应用到微波大气击穿过程中存在的问题. 然后分别使用解析理论和数值模拟对微波大气击穿过程中的有效电子温度变化过程和击穿阈值进行研究, 并将其与直流电场进行比较. 分析发现在高气压下, 电子能量转移频率高, 有效电子温度随电场大幅振荡, 由于电离频率随有效电子温度的增长率大于电子能量损失随有效电子温度的增长率, 因此在高气压时, 微波大气击穿阈值低于使用有效场强的击穿阈值. 通过大量分析, 给出了理论推导和数值模拟得到的微波大气击穿阈值拟合表达式.     

重复频率纳秒脉冲聚四氟乙烯薄膜击穿特性

实验研究了聚四氟乙烯薄膜在重复频率纳秒脉冲下的击穿特性,选用脉冲上升时间约15 ns,脉宽30~40 ns,重复频率1~1 000 Hz。测量并计算了击穿前后的电压电流波形、重复频率耐受时间和施加脉冲个数与击穿特性密切相关的参数。结果表明,重复频率纳秒脉冲下聚四氟乙烯薄膜击穿场强为MV/cm量级,重复频率耐受时间随施加场强和重复频率的增大而减小。薄膜本身性质及油浸时间使实验数据具有分散性,重复频率纳秒脉冲下聚四氟乙烯薄膜击穿应考虑重复频率条件下的热积累效应和材料缺陷。     

氮离子注入对聚四氟乙烯表面电荷积聚和消散特性的影响北大核心CSCD

为了抑制聚四氟乙烯材料表面电荷积聚,采用射频产生氮等离子体对其表面进行等离子体浸没离子注入以改善其表面性能。对注入前后的聚四氟乙烯材料样品进行了X射线光电子能谱分析(XPS)、傅里叶红外光谱测试(FTIR)、水接触角测量、表面电阻率测量以及表面电位衰减测量,并基于等温表面电位衰减理论对其表面陷阱能级和密度分布进行了计算,以分析聚四氟乙烯样品经离子注入处理后其表面成分和物理性能的变化,并研究了这些变化对聚四氟乙烯样品表面电荷积聚和消散特性的影响。结果表明:氮离子注入后,聚四氟乙烯材料表面化学成分的主要变化是自身分子结构的破坏和转化,部分CF2结构转变为CF和CF3结构,导致样品表面陷阱能级变浅;水接触角升至140°左右,比未处理样品上升了约27°,表面电阻率降至3×10^15Ω,比未处理样品下降了两个数量级;表面电晕放电1 min后,经氮离子注入处理的聚四氟乙烯材料表面积聚电荷量减少,消散速度加快,这是因为表面陷阱能级变浅有利于表面电荷脱陷,同时表面电阻率降低也促进了表面电荷沿面传导的消散过程,聚四氟乙烯样品表面陷阱能级分布曲线也证实了这一论点。     

10 kV双极同轴高温超导直流电缆低温绝缘特性研究

本文对10 kV冷绝缘正负极同轴直流高温超导电缆的低温绝缘特性进行了研究。聚丙烯层压纸PPLP是冷绝缘高温超导电缆常用的绝缘材料,首先对PPLP开展了液氮下的击穿实验研究,通过三参数Weibull分布对实验数据进行拟合,得到了PPLP的直流耐压、雷电冲击耐压绝缘强度。以此为基础,对10 kV双极同轴高温超导直流电缆的本体绝缘进行设计,制作了1 m长的模型电缆样品,最后按照国家标准要求,对电缆样品进行了耐压试验测试,验证了绝缘设计的合理性。     

一种脉冲电容器绝缘的无损检测方法

对脉冲电容器绝缘的检测，常用的耐压试验或测量介质损耗方法都不足以全面真实地反映绝缘状况。前者属破坏性试验，由于脉冲电容器本身的工作场强很高，绝缘裕度较小，因此高于工作电压的耐压试验很容易导致正常的电容器因绝缘击穿而损坏，且不能反映绝缘状况的渐进式劣化。介质损耗虽然也反映了绝缘微观上的变化，但主要反映了材料内的热效应；对于脉冲电容器而言，由于其不连续工作和有效工作时间短，由介质损耗导致的发热很小，因而对绝缘的损害可以忽略。     

基于贝叶斯方法的设备级电磁脉冲效应评估

在电磁脉冲效应试验中,由于所获得的效应数据量一般较少,利用经典的数理统计方法对效应阈值场强进行概率拟合非常困难。基于贝叶斯数理统计方法,对油气管道数据采集与监视控制系统的中心控制系统客户端的电磁脉冲效应数据拟合分析。选择了Weibull分布模型和正态分布模型作为假设模型,并依次求得这两种模型参数的先验分布、似然函数和后验分布。通过拟合优度检验,最后基于贝叶斯信息准则选择形状参数、尺度参数分别为8.87,21.11的Weibull模型作为更合理的阈值场强概率分布模型。     

结构材料对传导冷却超导磁体励磁稳定性影响

针对NbTi线材绕制的7 T无液氦传导冷却低温超导磁体,利用有限元方法对励磁过程中超导磁体结构材料内部的涡流损耗进行计算;对比不同材料的低温比热容、热导率和电阻率,利用有限元软件对不同结构材料超导磁体励磁过程进行仿真,得到磁体内部的涡流和温度分布以及不同励磁速度对超导绕组温升的影响。结果表明,磁体最大允许励磁速度与结构材料的低温电阻率呈正相关,超导绕组的最高温度随励磁速度线性变化。     

沿面闪络流体模型电离参数粒子模拟确定方法

介绍了粒子模拟确定高功率微波介质沿面闪络击穿流体模型相关电离参数的方法.对粒子模拟方法 (包括带电粒子动力学方程、次级电子发射以及蒙特卡罗碰撞模型)和流体整体模型方法 (包括连续性方程和能量守恒方程)做了简介.基于自编的1D3V粒子模拟-蒙特卡罗碰撞程序给出了在高(低)气压、不同气体种类以及不同微波场强和微波频率下流体模型电离参数的粒子模拟结果,包括电离频率、击穿时间、平均电子能量、电子能量分布函数类型.研究结果表明:平均电子能量与电子能量分布函数类型关系不大;中低气压下,电子能量接近Maxwell分布,电子能量分布函数类型对电离参数几乎没有影响;中高气压下,电子能量分布函数类型对电离参数有重要影响,其依赖系数X趋于高阶形式.不同气体的电子能量分布函数类型不同,需要利用粒子模拟对电子能量分布函数类型进行标定.同时,电子能量分布函数依赖系数与微波场强和频率也有关系,其随微波场强增加而增大,随微波频率增加而减小.在给定考察范围(微波场强在7 MV/m以下,微波频率在40 GHz以内),中低气压下,平均电子能量随微波场强增加而迅速增大,电离频率随微波场强增加先增大后降低,平均电子能量随微波频率增加而降低,电离频率随微波频率增加先增加后降低;高气压下,平均电子能量随微波场强增加而缓慢增大,电离频率随微波场强增加而增大,微波频率对平均电子能量和电离频率影响不大.     

45kV薄壁加热器环氧树脂高温绝缘试验研究

环氧树脂是45 kV级薄壁加热器主要绝缘材料，它在高温、高电压状态下的绝缘性能对设备的安全至关重要。本文将环氧树脂样品经高温处理后通过红外光谱测试、介电常数测试、直流耐压测试研究材料的物化性质变化。在结果中观察到了环氧树脂材料的表面和内部的差异性变化，在材料表层发生了氧化反应，有酰胺、酮以及羧酸的产生，在内部发生了二次固化反应。研究发现材料的整体耐压强度与加热时间正相关、与加热温度正相关。实验证明等于或低于140℃温度条件下环氧树脂材料的绝缘性能安全可靠。     

加压去离子水短脉冲击穿特性的初步研究

 液体的介质气泡击穿理论作为研究基础，开展了两种短脉冲下高压强水介质开关的击穿实验，获得了水介质击穿场强及耐压时间与水中压强关系的数据，通过分析比较得出：在脉宽300 ns和1 μs两种脉冲电压作用下，当水中压强逐渐提高时水介质击穿电压和耐压时间均呈上升趋势，压强越高趋势越明显，而且作用脉冲越宽水中压强对于水介质击穿特性的影响越显著。