高压电晕放电后孔洞与微米功能电介质材料的表面电荷动态衰减特性分析.pdf

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1、第33卷第5期东北电力大学学报Vn1．33．No．52013年1O月JournalOfNortheastDianliUniversityOct．．2013文章编号：1005—2992(2013)05—0036—03高压电晕放电后孑L洞与微米功能电介质材料的表面电荷动态衰减特性分析赵珩，张嘉辉2，单良，姜智文4，刘少洋4(I．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012；2．中铝宁夏能源集团六盘山热电厂，宁夏固原756000；3．吉林省电力勘测设计院，长春130022；4．吉林省电力有限公司白山供电公司，吉林白山134300)摘要：通过对具有孔洞和掺杂微米颗粒的不同功能电介质材料

2、的表面电荷动态特性进行比较，研究了材料内部孔洞结构和微米颗粒结构对于其电荷陷阱，表面电荷稳定性能的影响。得出了电介质材料内部孔洞对于电荷的存储和保持具有重要的作用，同时，在聚合物基体中掺杂少量微米颗粒能够起到抑制电荷形成，增大表面电荷衰减率的效果。该研究成果对于绝缘和功能电介质材料的应用基础具有重要的参考价值和现实意义。关键词：微米颗粒；电介质材料；表面电荷；动态特性中图分类号：TM851文献标识码：A功能电介质材料的表面电荷衰减动态特性是电荷储存稳定性的重要表征之一，也是是驻极体最重要的质量指标之一_1I2J。选择合理的表面电荷测试方法，正确评价功能电介质材料表面电荷的保持性能

3、，是深入研究材料电荷迁移特性和内部电荷抑制性能所必需的基础性工作。J。同时，功能电介质中的特殊结构，如孔洞和微小颗粒等均对材料的表面电荷衰减特性具有重要的影响作用。文献[8]针对聚合物薄膜表面粗糙度对于表面电荷衰减的影响进行了研究讨论。文献[9]讨论了厚度的变化对于薄膜驻极体内储存的电荷密度、内电场、体电导率和脱阱电荷的迁移率的直接影响，分析了厚度因素对于材料电荷储存稳定性和电荷储存能力的影响。文献[10]对于真空与大气条件下的聚合物表面电荷分布状况进行了分析。但目前，对于具有孔洞结构以及掺杂微米颗粒的功能电介质材料的表面电荷特性比较和分析国内外尚未报道，而这些性质对材料在绝缘材

4、料及功能电介质方面的应用至关重要。本文较系统地讨论了孔洞结构与微米颗粒对孔洞聚丙烯(CellularPolypropylene，PP)和硅(Silicon)薄膜驻极体表面电荷衰减性能的影响。为新型驻极体传感器材料的研发以及绝缘材料的内部电荷积聚效应研究提供了理论和技术支持。1试验系统1．1试验样品采用的试验样品分别为厚度为50m，面积为40mmx40mm的孔洞聚丙烯(CellularPP)和硅(Sill-con)以及制作过程中掺入2％wtFe0微米颗粒的硅(Silicon+2％FeO)。所有样品均被单面真空蒸镀50nm厚的金电极。1．2直流负电晕放电系统该试验系统中的栅控负电晕放

5、电系统由高压发生器、电极、金属格栅及样品组成。点电晕放电时间收稿日期：2013—07—10基金项目：国家自然科学基金资助项目(51307016)作者简介：赵珩(1982一)，女，山东省聊城市人，东北电力大学电气工程学院讲师，硕士，主要研究方向：电力系统及其自动化第5期赵珩等：高压电晕放电后孔洞与微米功能电介质材料的表面电荷动态衰减特性分析37为10分钟，放电温度为室温条件。电极电压和栅极电压分别为一30kV和一4kV，针电极距样品高度为4em，金属格栅位于针电极与样品之间，其作用是保证样品表面电荷的均匀分布“。1．3表面电荷测量系统表面电荷测量系统如图所示。该系统由数字示波器、非

6、接触式静电电压计、静电探头以及被测样品组成。被测样品表面电荷衰减由示波器进行实时记录。并按换算成标准表面电荷衰减率。通过量测不同样品电荷衰减率，比较得到各个样品对于表面电荷的抑制性能的强弱。同时，为了客观、精确、系统地比较各个样品表面电荷的衰减率，采用放电过后5000秒内连续测量以及24小时内连续测量两种方式进行表面电荷衰减率的比较。3结果和讨论图1表面电荷测量系统‘、斟靛罂培1串恒懈表面电荷的衰减特性是驻极体电荷储存稳定性的重要质量指标∞之一∞，图∞2∞(a和bO)显示出了经负电晕放电后的孔洞聚丙烯薄膜，硅薄膜以及掺入2％Fe，0的硅微米薄膜的表面电荷动态衰减特性。测量时间范围

7、分别为放电后5000秒以及24小时以内。堡}i；了{：啦ll：-m-Cellular⋯PP1靛Silcon＼i{ili{llilSilieon+2％Fe，0逛嚏l；1懈]≠＼厂]～0510152O25时间／Il(b)O-24h衰减曲线图2电荷等效表面电位衰减曲线对比可知，在相同时间范围内，孔洞薄膜驻极体的电荷衰减率明显小于非孔洞功能电介质以及掺入微米颗粒的电介质材料。同时，在1—4h的时间范围内，具有t~：fL洞结构的硅薄膜的电荷衰减率又小于掺人2％Fe0微米颗粒的硅薄膜。而在经