检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2016年第4期65卷 273-281页

作者：茹佳胜闵道敏张翀李盛涛邢照亮李国倡西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 国网智能电网研究院北京102209

介质材料表面电荷的积累和衰减行为是制约众多高压直流电力设备研制的关键因素.薄片状介质试样的表面电荷密度与表面电位近似呈线性关系,因此常通过表面电位衰减行为研究表面电荷的衰减特性.基于电晕充电、表面电荷沉积和脱陷、介质体... 详细信息

介质材料表面电荷的积累和衰减行为是制约众多高压直流电力设备研制的关键因素.薄片状介质试样的表面电荷密度与表面电位近似呈线性关系,因此常通过表面电位衰减行为研究表面电荷的衰减特性.基于电晕充电、表面电荷沉积和脱陷、介质体内单极性电荷输运等3个物理过程,建立表面电位动态响应的物理模型.通过计算环氧树脂的表面电位衰减行为,得到栅极电压、相对介电常数和体电导率等对其表面电位衰减特性的影响.栅极电压越高,表面电位的衰减速度越快;环氧树脂材料参数典型值(相对介电常数3.93,体电导率10^(-14)S·m^(-1))下,归一化表面电位的衰减速率随时间变化的曲线可拟合为分段幂函数,其中,分段幂函数的特征时间、指数系数与栅极电压分别呈幂函数和线性变化关系.相对介电常数越大,表面电位的衰减速度越慢;环氧树脂相对介电常数典型范围(3—4)内,表面电位衰减时间常数由1720 s增大到2540 s,两者呈线性关系.体电导率越大,表面电位的衰减速度越快;环氧树脂体电导率典型范围(10^(-15)—10^(-13)S·m^(-1))内,表面电位衰减时间常数由24760 s减小到260 s,两者呈幂函数变化关系.

关键词：环氧树脂表面电荷直流电晕充电表面电位衰减

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采用表面电位衰减法表征高压交联聚乙烯电缆绝缘中空间电荷的输运特性

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高电压技术 2012年第8期38卷 2097-2103页

作者：高宇杜伯学天津大学电气与自动化工程学院天津300072

空间电荷积聚是影响高压直流交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电缆运行安全的重要原因,定量表征XLPE中空间电荷的输运特性,对抑制空间电荷积聚、提高电缆绝缘可靠性具有重要意义。采用厚200μm的XLPE薄膜为试样,通过表面电位... 详细信息

空间电荷积聚是影响高压直流交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)电缆运行安全的重要原因,定量表征XLPE中空间电荷的输运特性,对抑制空间电荷积聚、提高电缆绝缘可靠性具有重要意义。采用厚200μm的XLPE薄膜为试样,通过表面电位衰减(surface potential decay,SPD)法测量其陷阱能级分布、载流子迁移率和体电导率。结果表明,电子陷阱能级深度分布在0.8～1.07eV,在1.01eV处存在陷阱密度中心;空穴陷阱能级深度分布在0.71～1.06eV,分别在0.89eV和1.01eV处存在陷阱密度中心。正、负电荷的迁移率分别为1.5×10-14 m2/(V.s)、1.7×10-15 m2/(V.s)。体电导率随场强降低而减小,逐渐达到稳定值约5×10-17 S/m。研究表明:交联剂过氧化二异丙苯受热分解形成的副产物苯乙酮和α-甲基苯乙烯,是导致浅能级空穴陷阱密度显著大于电子陷阱密度、从而使正电荷具有较高迁移率的主要原因。

关键词：交联聚乙烯(XLPE) 电荷输运特性陷阱能级分布电荷迁移率电导率表面电位衰减

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低密度聚乙烯材料表面电位衰减的数值仿真研究

低密度聚乙烯材料表面电位衰减的数值仿真研究

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作者：陈宇航沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的发展,高压直流输电已经成为一种更加优越的选择。它具有线路造价低廉、输送距离不受限制、无交流稳定性问题等优点。再加上水下直流输电工程的不断发展,特别是跨海输电工程的建设以及大型城市电力网络的改造,使高压... 详细信息

随着电力电子技术的发展,高压直流输电已经成为一种更加优越的选择。它具有线路造价低廉、输送距离不受限制、无交流稳定性问题等优点。再加上水下直流输电工程的不断发展,特别是跨海输电工程的建设以及大型城市电力网络的改造,使高压直流电缆受到了广泛的关注。而研发高压直流电缆的主要障碍便是其绝缘材料中存在的空间电荷问题。因此,深入研究绝缘材料内部空间电荷的形成、输运以及消散特性就显得尤为重要。本文以低密度聚乙烯(LDPE)材料作为研究对象,为了深入研究聚合物材料的表面电位衰减特性及其影响因素,主要开展了如下工作:(1)利用双极性电荷输运模型在COMSOL软件中进行建模,仿真计算低密度聚乙烯(LDPE)材料的表面电位衰减特性及其内部的空间电荷分布特性。其中,考虑了浅陷阱控制的迁移率和单一能级深陷阱电荷的捕获、脱陷机制,模拟出了表面电位衰减曲线的典型形式,并与文献中的实验结果进行对比。结果表明,本文的模型可以较好地模拟低密度聚乙烯(LDPE)薄膜负电晕充电条件下的表面电位衰减过程。通过对仿真结果进行讨论,直观深入地研究低密度聚乙烯(LDPE)薄膜的表面电位衰减特性及其内部空间电荷的输运特性。(2)对双极性电荷输运模型中的主要参数进行调整,完成多次仿真,进一步研究了初始电位、迁移率、注入势垒、陷阱密度和能级等参数对材料表面电位衰减特性的影响规律,揭示材料内部电荷输运特性与表面电位衰减过程之间的联系。并利用Matlab软件将衰减曲线转换成td V/dt和logt的形式,验证了td V/dt和logt曲线中峰出现的主要原因是表面沉积电荷的注入这一结论。(3)基于等温表面电位衰减(ISPD)模型,结合深陷阱和浅陷阱的假设,利用Matlab软件编程对仿真得到的表面电位衰减数据进行处理,计算得到陷阱电荷密度、陷阱密度与陷阱能级的依赖关系。结果表明,本文研究的低密度聚乙烯(LDPE)材料中电子型深陷阱的密度高于电子型浅陷阱,电子型浅陷阱能级深度为0.73-0.92e V,电子型深陷阱能级深度为0.8-1.0e V。另外,通过对材料内部陷阱分布的分析可知,低密度聚乙烯(LDPE)材料内部的陷阱分布特性与表面电位衰减过程有着紧密的联系。(4)根据表面电位衰减特性计算低密度聚乙烯(LDPE)材料的渡越时间、体电导率以及本征击穿场强等参数,并进一步利用所提取的陷阱分布特性,对材料的直流击穿场强进行预测。(5)建立一种基于材料体电导率的模型并在COMSOL软件中进行仿真,从宏观角度模拟低密度聚乙烯(LDPE)材料的表面电位衰减特性,并讨论了相对介电常数以及体电导率对表面电位衰减过程的影响,深入研究低密度聚乙烯(LDPE)材料表面电位衰减过程与材料宏观特性之间的联系。

关键词：低密度聚乙烯材料表面电位衰减双极性电荷输运模型陷阱分布特性体电导率

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偏压热刺激表面电位衰减——测量陷阱参数的新方法

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电子测量与仪器学报 1993年第2期7卷 32-36页

作者：王玉芬刘付德刘耀南西安交通大学华南理工大学

针对现有的绝大部分陷阱能态分布测试方法都不能区分电子陷阱和空穴陷阱的贡献,而等温表面电位衰减虽能区分双载流子的贡献却耗时太长的缺点,本文提出一种能克服上述缺点的新方法——偏压热刺激表面电位衰减测试技术。这一方法所考虑的... 详细信息

针对现有的绝大部分陷阱能态分布测试方法都不能区分电子陷阱和空穴陷阱的贡献,而等温表面电位衰减虽能区分双载流子的贡献却耗时太长的缺点,本文提出一种能克服上述缺点的新方法——偏压热刺激表面电位衰减测试技术。这一方法所考虑的模型比较接近实际情况,并能快速而方便地分别测得电子陷阱和空穴陷阱的能级密度。

关键词：陷阱热刺激表面电位衰减测量

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硅橡胶/SiC复合材料非线性电阻及电荷输运特性

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中国电机工程学报 2016年第24期36卷 6647-6653页

作者：杨卓然李忠磊李进杜伯学天津大学电气与自动化工程学院天津市南开区300072

为探索非线性电阻率对SiR/SiC复合材料空间电荷及表面电荷特性的影响,对不同SiC颗粒含量的SiR/SiC复合材料在不同电压下的电阻率以及空间电荷与表面电位进行了测量,分析SiR/SiC复合材料在不同电压下电阻率的变化规律以及电阻率对SiR/Si... 详细信息

为探索非线性电阻率对SiR/SiC复合材料空间电荷及表面电荷特性的影响,对不同SiC颗粒含量的SiR/SiC复合材料在不同电压下的电阻率以及空间电荷与表面电位进行了测量,分析SiR/SiC复合材料在不同电压下电阻率的变化规律以及电阻率对SiR/SiC复合材料电荷积累与消散特性的影响。研究结果表明:当SiC颗粒含量(质量分数)低于10%时,SiR/SiC复合材料的电阻率没有明显的非线性;当SiC颗粒含量高于30%时,SiR/SiC复合材料的电阻率随着电场强度的升高,呈现非线性的变化,并且电场阈值随SiC颗粒含量的增加而降低。在空间电荷极化过程中,较低的电阻率抑制了SiR/SiC复合材料空间电荷的积累;同时在空间电荷去极化过程中,较低的电阻率明显加速了SiR/SiC复合材料空间电荷的消散。此外,较低的电阻率同样对表面电荷消散表现出明显的加速作用。该文初步探究了SiR/SiC复合材料非线性电阻率和电荷特性的变化规律,为直流电缆附件非线性电阻率材料的应用提供了参考。

关键词：直流电缆附件硅橡胶碳化硅颗粒非线性电阻率空间电荷表面电位衰减

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温度对碳化硅器件封装用有机硅弹性体陷阱特性的影响

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高电压技术 2023年第2期49卷 577-587页

作者：孟伟李学宝张金强赵志斌崔翔王亮华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 北京智慧能源研究院先进输电技术国家重点实验室北京102209

有机硅弹性体作为一种高分子聚合物,因具有良好的耐高温性能、绝缘强度以及与芯片的相容性,已在碳化硅功率器件中得到应用。目前国内外针对有机硅弹性体在高温下的绝缘特性研究较少,而介质的陷阱特性与其绝缘性能密切相关,研究有机硅弹... 详细信息

有机硅弹性体作为一种高分子聚合物,因具有良好的耐高温性能、绝缘强度以及与芯片的相容性,已在碳化硅功率器件中得到应用。目前国内外针对有机硅弹性体在高温下的绝缘特性研究较少,而介质的陷阱特性与其绝缘性能密切相关,研究有机硅弹性体的陷阱特性及其受温度的影响,对于该种灌封材料在碳化硅器件封装中的应用具有重要意义。为此,采用表面电位衰减法(surfacepotentialdecay,SPD)测量了有机硅弹性体在温度20~250℃范围内的表面电位衰减曲线,提取了不同温度下有机硅弹性体的陷阱电荷能级密度分布和迁移率等微观参数,建立了有机硅弹性体迁移时间、迁移率、电位衰减时间常数随温度变化的拟合表达式,分析了温度对有机硅弹性体陷阱特性的影响机制,确定了有机硅弹性体陷阱捕获电荷数量最大时的温度阈值。此外,结合有机硅弹性体陷阱特性,从载流子输运的角度解释了该材料电导率、迁移率以及深浅陷阱的电位衰减时间常数之差随温度变化的规律,并通过分析有机硅弹性体的微观结构特征,解释了该材料陷阱特性的极性效应。相关结果可以为不同温度下有机硅弹性体绝缘特性的认知提供支撑。

关键词：高压大功率碳化硅器件高温有机硅弹性体陷阱特性表面电位衰减

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聚合物绝缘材料载流子陷阱的表征方法及陷阱对绝缘击穿影响的研究进展

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高电压技术 2019年第7期45卷 2219-2230页

作者：高宇王小芳李楠许棒棒王继隆杜伯学天津大学电气自动化与信息工程学院

聚合物绝缘材料在电气设备中已得到广泛应用,其绝缘安全对电气设备的可靠服役具有显著影响。由于聚合物材料内部因生产工艺、运行老化等原因形成大量的载流子陷阱,为空间电荷的积聚提供了条件,从而使聚合物绝缘材料面临着击穿破坏的风险... 详细信息

聚合物绝缘材料在电气设备中已得到广泛应用,其绝缘安全对电气设备的可靠服役具有显著影响。由于聚合物材料内部因生产工艺、运行老化等原因形成大量的载流子陷阱,为空间电荷的积聚提供了条件,从而使聚合物绝缘材料面临着击穿破坏的风险,严重威胁其运行安全。因此,对聚合物绝缘材料内部的载流子陷阱进行有效表征,探寻其与材料老化、击穿的相关性,对于保障绝缘材料安全具有重要意义。针对聚合物绝缘材料载流子陷阱表征方法的研究进展进行总结,分析并评述了各类材料陷阱表征方法的基本原理、应用及局限性。研究表明:等温表面电位衰减法、热刺激电流法、光刺激放电法和电声脉冲法均可有效进行载流子陷阱的表征,但需进一步建立精细化数学模型以适用于不同尺寸规格的样品,并探究多种表征方法的内在关联性,发展聚合物材料载流子陷阱的三维成像技术。通过各类物理、化学手段实施聚合物材料的陷阱调控或陷阱编缉,可为提高材料的绝缘性能提供了新的思路。

关键词：聚合物绝缘材料载流子陷阱表征表面电位衰减热刺激电流光刺激放电电声脉冲法

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环氧基碳纳米管纳米电介质的直流真空沿面闪络特性

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高电压技术 2017年第9期43卷 2857-2865页

作者：李枕黄印闵道敏李盛涛林生军康文斌西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 平高集团有限公司国家电网高压开关设备绝缘材料实验室平顶山467001 中国电力科学研究院武汉430074

气-固界面的沿面闪络电压低于同等条件下同种气体的击穿电压,从而制约着特高压电力设备的发展。对固体绝缘材料进行改性可以提高气-固绝缘系统的沿面闪络性能。为此,制备了8种不同的多壁碳纳米管(MWCNTS)掺杂环氧树脂,即掺杂质量分数分... 详细信息

气-固界面的沿面闪络电压低于同等条件下同种气体的击穿电压,从而制约着特高压电力设备的发展。对固体绝缘材料进行改性可以提高气-固绝缘系统的沿面闪络性能。为此,制备了8种不同的多壁碳纳米管(MWCNTS)掺杂环氧树脂,即掺杂质量分数分别为0%、0.02%、0.05%、0.1%、0.125%、0.15%、0.2%和0.5%的8种试样,并对试样进行了显微形貌、玻璃化转变温度、介电常数、表面粗糙度、电阻率、表面电位衰减特性(SPD)、直流真空沿面闪络特性的测试。试验结果表明:随着掺杂质量分数的提高,环氧复合材料的沿面闪络电压先上升后下降,并且在掺杂质量分数为0.1%时达到极大值,环氧复合材料的闪络电压比纯环氧树脂的提升了23.1%。通过分析发现,掺杂质量分数较低时,沿面闪络电压的上升与陷阱深度的增加及介电常数的下降有关;而掺杂质量分数较高时,沿面闪络的下降与浅陷阱密度的增加及介电常数上升有关。通过分析得到,介电常数会引起电场畸变,陷阱的深度和密度会影响载流子迁移过程,二者均对沿面闪络电压产生影响。

关键词：碳纳米管环氧树脂沿面闪络陷阱介电常数表面粗糙度表面电位衰减

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中频变压器用环氧树脂/纳米BN复合介质的导热和电气性能研究

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电工电能新技术 2021年第10期40卷 44-52页

作者：张梦甜王国海孟繁博江铁洪泽林陈向荣浙江大学电气工程学院浙江省电机系统智能控制与变流技术重点实验室浙江杭州310027 浙江万马高分子材料集团有限公司浙江杭州311305 国网杭州供电公司浙江杭州310000

为了研究中频变压器用环氧树脂复合材料的导热和电气特性,本文选取高导热纳米氮化硼(BN)颗粒作为填料,利用盐酸多巴胺对其进行表面修饰,采用溶液法制备了环氧树脂/纳米BN复合材料试样(BN质量分数分别为1%、2%和5%),通过扫描电子显微镜... 详细信息

为了研究中频变压器用环氧树脂复合材料的导热和电气特性,本文选取高导热纳米氮化硼(BN)颗粒作为填料,利用盐酸多巴胺对其进行表面修饰,采用溶液法制备了环氧树脂/纳米BN复合材料试样(BN质量分数分别为1%、2%和5%),通过扫描电子显微镜对试样的微观形貌进行分析,测试了试样的热导率、体积电导率、中频击穿场强和表面电位衰减特性。结果表明:纳米BN的添加提高了环氧树脂的热导率;1 wt%和2 wt%纳米BN的添加降低了环氧树脂的电导率和载流子迁移率;随着电压频率的升高,试样的击穿场强降低;随着纳米BN浓度的增加,击穿场强呈现出先升高后降低的趋势;纳米BN能够缓解环氧树脂击穿场强随频率升高的影响,降低环氧树脂的表面电位衰减速度。上述结果表明,适量添加1 wt%和2 wt%的纳米BN能够提高中频变压器用环氧树脂复合材料的导热和电气性能。

关键词：环氧树脂纳米氮化硼热导率体积电导率中频击穿表面电位衰减

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聚合物介质材料电荷捕获输运特性和机理的研究

聚合物介质材料电荷捕获输运特性和机理的研究

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作者：闵道敏西安交通大学

学位级别：博士

聚合物介质材料的电荷输运特性决定介质的空间电荷积聚特性。空间电荷积聚会造成介质中电场畸变,当介质中的局部电场达到一定阈值,电-机械应力、或电荷脱陷过程中释放的能量会造成材料的老化或劣化、甚至击穿,影响电力设备、航天器的安... 详细信息

聚合物介质材料的电荷输运特性决定介质的空间电荷积聚特性。空间电荷积聚会造成介质中电场畸变,当介质中的局部电场达到一定阈值,电-机械应力、或电荷脱陷过程中释放的能量会造成材料的老化或劣化、甚至击穿,影响电力设备、航天器的安全运行和寿命。介质的电荷输运特性决定着材料的空间电荷积聚水平,然而一些高阻聚合物介质材料的电导机制、空间电荷形成与传导等电荷输运特性和机理尚不完全清楚。因此,有必要深入系统地研究聚合物介质材料电荷输运特性和机理。本文研究了聚合物介质材料中存在单一分立能级陷阱、多重分立能级陷阱和指数能级分布陷阱时,介质中的电荷入陷/脱陷动力学响应特性,稳态载流子有效迁移率及其随陷阱分布、电荷密度、温度和电场的变化关系,及空间电荷限制电流(SCLC)特性。测试了电子束辐射后聚酰亚胺(PI)材料的二维表面电位衰减(SPD)特性,建立了SPD模型,计算了材料的表面和体电荷输运参数。采用双极性电荷输运模型(BCT)仿真计算了SPD过程中的表面电荷衰减、体内电荷和电场分布时空演变特性。研究了高温强场下PI薄膜的SCLC电流特性、及不同SCLC电流区的电荷输运特性和机理。首先,研究了陷阱捕获效应对介质电荷入陷/脱陷动力学响应特性、电荷输运特性和SCLC电流的影响规律。提出了库仑势垒电荷捕获修正模型,得到了陷阱捕获截面和捕获概率解析表达式。推导了载流子有效迁移率和SCLC电流随陷阱能级、载流子迁移率边缘、温度、电荷密度和电场变化的解析表达式。其次,研究了温度在298-338K、电场强度小于5.4×107Vm-1时,厚度为27μm PI材料的SPD特性和电荷输运特性。考虑材料的表面传导和体传导过程,建立了结合遗传算法的二维SPD模型,计算得到了不同温度下PI材料的视在表面电阻率、体欧姆电阻率和载流子有效迁移率,及视在表面电阻率和体欧姆电阻率的活化能和材料的深陷阱能级。再次,采用BCT模型仿真研究了PI材料在室温不同初始表面电位时的SPD特性和空间电荷时空演变特性,提取了材料的电荷输运参数。BCT模型结合遗传算法计算得到了不同初始表面电位时材料的SPD曲线,得到了经过优化的松弛极化和电荷输运参数。将优化过的参数带入BCT模型中,计算得到了SPD过程中材料的表面沉积电荷、体内自由电荷分布、陷阱电荷分布和电场分布随时间的变化特性。接着,研究了多重分立能级陷阱和指数能级分布陷阱中电荷动力学响应特性,及稳态载流子有效迁移率随陷阱分布、电荷密度和温度等的变化特性。通过理论推导和数值仿真研究了电荷入陷/脱陷动力学响应特性,得到了等效电路模型。推导得出了稳态时陷阱电荷密度与自由电荷密度的关系式,得到了指数能级分布陷阱中载流子有效迁移率的解析表达式。最后,研究了在高温(593-673K)、强场(107-3×108Vm-1)条件下,厚度为1.4μm PI薄膜的电荷输运特性和空间电荷分布特性。研究PI薄膜的单一分立能级陷阱和指数能级分布陷阱SCLC电流特性,计算得到了PI材料的陷阱分布参数。然后,计算得到了介质的准费米能级和载流子有效迁移率随电荷密度和温度的变化关系,以及不同SCLC电流区介质中的电荷密度和电场随位置的分布特性。

关键词：聚合物介质材料电荷输运特性电荷入陷/脱陷表面电位衰减空间电荷限制电流

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