基于磁場(chǎng)閃絡(luò)抑制效應(yīng)的真空沿面閃絡(luò)特性研究.pdf

1、真空沿面閃絡(luò)是發(fā)生在絕緣體與真空界面上的一種貫穿性放電現(xiàn)象。由于絕緣體與真空界面的沿面閃絡(luò)電壓比相同距離下真空擊穿電壓和絕緣材料體擊穿電壓低很多，因此，真空固體絕緣界面往往是脈沖功率系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié)，也是國內(nèi)外高電壓絕緣技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。真空沿面閃絡(luò)的形成一般分為以下三個(gè)階段:初始電子形成階段、電子倍增階段和形成貫穿性導(dǎo)電通道階段。目前，對(duì)真空沿面閃絡(luò)機(jī)理的解釋存在陽極激發(fā)、陰極激發(fā)等多種假說或模型，其中被廣泛認(rèn)可的模型是二次電子發(fā)

2、射雪崩(Secondary Electron Emission Avalanche，簡(jiǎn)稱SEEA)模型，但無論哪一種模型都一致認(rèn)為絕緣體表面的二次電子發(fā)射和雪崩倍增過程是產(chǎn)生沿面閃絡(luò)的重要原因。
　　已有的工作表明，磁場(chǎng)閃絡(luò)抑制技術(shù)(Magnetic Flashover Inhibition，簡(jiǎn)稱MFI)能夠有效的抑制二次電子雪崩過程，從而提高沿面閃絡(luò)電壓。目前在國內(nèi)對(duì)磁場(chǎng)閃絡(luò)抑制方面的研究還處于起步階段，而在國際上，雖然對(duì)磁場(chǎng)閃

3、絡(luò)抑制方面的研究起步較早，但是至今尚未獲得臨界磁場(chǎng)的準(zhǔn)確判據(jù)，并且對(duì)在外加磁場(chǎng)條件下發(fā)生沿面閃絡(luò)的機(jī)制尚未開展深入的研究。
　　本課題即針對(duì)在外加磁場(chǎng)條件下的真空沿面閃絡(luò)，對(duì)其特性開展了相應(yīng)的數(shù)值模擬與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，定性分析了臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度和外加電壓之間的關(guān)系，從而對(duì)真空界面絕緣設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。在廣泛借鑒國外已有經(jīng)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，本論文完成了以下工作:外加磁場(chǎng)下絕緣體表面二次電子雪崩過程的模擬計(jì)算;相關(guān)高壓絕緣實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制，主要包

4、括安裝調(diào)試了Marx型脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、可變分壓比水電阻以及平面電極系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等;脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以及脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的準(zhǔn)確測(cè)量;外加磁場(chǎng)對(duì)沿面閃絡(luò)電壓影響的實(shí)驗(yàn)研究，并取得了MFI的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　在數(shù)值模擬方面，計(jì)算了外加磁場(chǎng)對(duì)二次電子運(yùn)動(dòng)的影響。通過計(jì)算表明:當(dāng)外加磁場(chǎng)存在時(shí)，如果磁場(chǎng)的位形是有利于電子離開絕緣體表面，那么只要當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到某一臨界值，絕緣體表面發(fā)射的二次電子就會(huì)在洛侖茲力的作用下不再回到絕緣體表面，從而

5、使二次電子雪崩倍增過程受到抑制，進(jìn)而使沿面閃絡(luò)受到有效的抑制;除此之外，我們還發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)臨界值的大小與磁場(chǎng)覆蓋絕緣體的空間區(qū)域有關(guān)，在相同外電場(chǎng)條件下，磁場(chǎng)覆蓋近陰極區(qū)時(shí)，所需的臨界磁場(chǎng)小于覆蓋近陽極區(qū)的值。
　　在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)之上，本工作還開展了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，定性取得了外加磁場(chǎng)和沿面閃絡(luò)電壓的關(guān)系，分析了磁場(chǎng)的作用機(jī)理，以及圓錐角和沿面閃絡(luò)電壓的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)磁場(chǎng)方向?yàn)槭沟秒娮与x開絕緣體表面時(shí)，可有效抑制沿面閃絡(luò)、提高