沖擊電壓下納米改性液體電介質(zhì)中空間電荷時(shí)空分布特性研究.pdf

1、液體電介質(zhì)的擊穿以流注發(fā)展為基礎(chǔ)，而放電過(guò)程中空間電荷的存在會(huì)影響液體電介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng)分布，從而對(duì)流注發(fā)展產(chǎn)生極為重要的影響。又有研究表明，納米粒子的添加會(huì)對(duì)液體電介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度產(chǎn)生影響。因此，研究液體電介質(zhì)中空間電荷的測(cè)量方法，分析空間電荷對(duì)于液體介質(zhì)絕緣性能的作用原理以及納米改性液體電介質(zhì)改善絕緣特性的作用機(jī)理，對(duì)于指導(dǎo)大型超特高壓電力設(shè)備內(nèi)絕緣優(yōu)化改善和電網(wǎng)過(guò)電壓水平的提升意義深遠(yuǎn)。本文基于改進(jìn)的Kerr電光場(chǎng)圖測(cè)量系統(tǒng)，圍繞操作

2、沖擊電壓下液體電介質(zhì)（包含納米改性液體電介質(zhì)）中電場(chǎng)和空間電荷的測(cè)量方法、納米粒子對(duì)液體電介質(zhì)中空間電荷的影響以及空間電荷對(duì)放電過(guò)程的影響規(guī)律展開(kāi)細(xì)致深入的研究。
　　通過(guò)研究Kerr電光場(chǎng)圖測(cè)量方法的基本原理，從光學(xué)矢量和Jones矩陣的角度對(duì)不同偏振器件和玻片組合情況下的電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行了推演和歸類總結(jié)。將陣列型光電探測(cè)器引入Kerr電光場(chǎng)圖測(cè)量系統(tǒng)，解決了CCD相機(jī)無(wú)法連續(xù)拍攝的問(wèn)題。CCD相機(jī)能記錄光強(qiáng)隨空間的變化規(guī)律

3、，采集特點(diǎn)為時(shí)間離散、空間連續(xù)；而陣列型光電探測(cè)器能采集光強(qiáng)隨時(shí)間的發(fā)展變化規(guī)律，采集特點(diǎn)為時(shí)間連續(xù)、空間離散。針對(duì)CCD和陣列型光電探測(cè)器各自的特點(diǎn)，選擇合適的光學(xué)元件完成CCD測(cè)量系統(tǒng)和陣列光探測(cè)量系統(tǒng)的搭建，詳細(xì)闡述了兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的試驗(yàn)方法和對(duì)應(yīng)的圖像處理方法。通過(guò)本文研制的測(cè)量方法，使用陣列光探得到了平行平板電極間空間電場(chǎng)強(qiáng)度和空間電荷密度隨極板間隙距離和時(shí)間的三維變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)陣列光探測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差分析以及與CC

4、D測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了陣列光探測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。
　　選擇Fe3O4納米粒子（粒徑20nm，鐵磁性納米粒子）對(duì)碳酸丙烯酯液體進(jìn)行改性，使用超聲分散方法來(lái)配備納米改性碳酸丙烯酯，并用分光光度法驗(yàn)證所配納米流體的穩(wěn)定性。改性前后碳酸丙烯酯的操作沖擊擊穿試驗(yàn)結(jié)果表明，鐵磁性納米粒子的添加使得碳酸丙烯酯平板電極間正極性操作沖擊擊穿電壓提高11.65％，同時(shí)平均擊穿時(shí)間也有所下降。對(duì)改性前后碳酸丙烯酯平行平板電極間的電場(chǎng)分布

5、和空間電荷分布進(jìn)行時(shí)間連續(xù)性測(cè)量，得到電場(chǎng)和空間電荷的時(shí)空特性分布。從電場(chǎng)分布圖看出，在純碳酸丙烯酯中電場(chǎng)分布呈現(xiàn)出上凸形狀，而相同時(shí)刻下納米流體中的電場(chǎng)分布曲線形狀則平坦得多，這說(shuō)明納米粒子的存在使得電場(chǎng)由于空間電荷引起的畸變更小；從空間電荷時(shí)空動(dòng)態(tài)分布圖中看出，F(xiàn)e3O4納米粒子的添加不但降低了空間電荷密度的峰值，還使得空間電荷的消散過(guò)程明顯加快。分析認(rèn)為碳酸丙烯酯在經(jīng)過(guò)納米改性后，鐵磁性納米粒子能夠吸附快速移動(dòng)的自由電子并轉(zhuǎn)化為慢