磁场及电极因素对甘油击穿特性影响的研究

摘要

甘油介质具有较高的介电常数、耐压特性和电阻率，与常用储能介质相比在多方面具有较大的优势。针对脉冲功率驱动源高功率、紧凑化的发展趋势，甘油是一种很有潜力的储能介质。然而国内外对甘油击穿特性的研究尚不充分，未能使甘油得到广泛的应用。本文以甘油为介质，研究了磁场和电极表面特性两种因素对同轴形成线中液体介质击穿特性的影响。论文的工作主要包含以下几个方面：
　　1.搭建了上升沿20μs，电压可升至500 kV的实验平台，制定了统一的甘油灌注和排气处理工艺，初步测试了甘油的击穿特性。在相同充电电压下，测试了甘油介质同轴击穿试件在正负极性下的耐压，其中正极性击穿的平均击穿场强为216 kV/cm，充电时间10.7μs，负极性击穿的平均击穿场强209 kV/cm，充电时间10.6μs，近似认为甘油介质在正负极性的耐压特性相同。
　　2.研究了空芯变压器内磁场的时空分布。针对脉冲功率系统中复杂的磁场环境，对空芯变压器内磁场时空分布进行了分析和测量，发现耦合系数为0.8的变压器在负载电压峰值区域具有较高磁场，磁场大小可达0.6T。制作了具有较高频率响应的磁场探针，对变压器内磁场分布进行了测量，测量结果与模拟分析一致。
　　3.研究了磁场浸没条件对甘油击穿特性的影响。使用通电螺线圈在同轴电极间建立了轴向的大小0-1.0T可调的轴向脉冲磁场，研究了准稳恒磁场条件下甘油的击穿特性。结果显示，1.0T量级磁场条件对含气量较大的甘油具有提高击穿阈值的作用，对首次击穿实验具有提高击穿阈值的作用，但对含气量较小的甘油介质无提高作用；T量级磁场具有影响气体中击穿过程的作用，但不足以影响纯液体中的击穿过程。
　　4.研究了使用砂纸打磨、羊毛抛光、金属电镀、非金属电镀四种具有不同表面特性电极时甘油介质的击穿特性。通过对表面微观形貌的观察对比分析了四种电极粗糙度、均匀性、易受影响程度等方面的特征。通过击穿实验证明几种电极表面形貌的差异与甘油介质的击穿特性具有一定的相关性，结论是粗糙度较小的电极能够承受更高的场强，且有更高的稳定性，能有效避免首次击穿现象的发生。其中，使用羊毛抛光、金属电镀、非金属电镀手段对电极表面进行处理可分别使击穿场强提高14.51％，11.60%，19.67%，其中非金属电镀表面均匀程度远高于其他电极，最高击穿场强可达288 kV/cm，比对照组平均击穿场强提高33.09%。

目录

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2 影响液体介质耐压的外界因素

1.3 磁绝缘条件在高压领域的应用

1.4 电极表面特性对液体介质击穿特性的影响

1.5 甘油的理化性质及研究现状

1.6 论文安排和主要内容

第二章 实验准备及甘油耐压的初步测试

2.1 实验平台介绍

2.2 击穿试件的研制

2.3 甘油的灌注

2.4 排气处理及其对甘油击穿特性的影响

2.5 击穿实验数据的测量方法

2.6 甘油耐压极性的验证

2.7 小结

第三章 磁场浸没条件对甘油介质耐压特性的影响

3.1 空芯脉冲变压器内部磁场时空分布的分析与测量

3.2 甘油介质中准稳恒磁场条件的建立

3.3 实验结果与分析

3.4 小结

第四章 电极表面特性对甘油介质耐压特性的影响

4.1电极处理工艺及表面微观形貌特点

4.2不同电极条件下甘油耐压测试结果与分析

4.3 重复击穿过程对电极表面形貌和耐压的影响

4.4 小结

第五章 总结与展望

5.1主要工作和结果

5.2工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果