固–气界面电荷消散特性及其动力学过程

作     者：张博雅 张贵新 高文强 侯易岑 李大雨 ZHANG Boya;ZHANG Guixin;GAO Wenqiang;HOU Yicen;LI Dayu

作者机构：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 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (Proceedings of the CSEE)

年 卷 期：2019年第39卷第8期

页      面：2477-2488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] 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFB090253) 

主　　题：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 

摘      要：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。