冷絕緣高溫超導(dǎo)電纜絕緣的擊穿和沿面閃絡(luò)性能研究.pdf

1、由于超導(dǎo)電纜具有載流能力大、體積小的優(yōu)點(diǎn)，傳輸容量將比常規(guī)電纜高3～5倍，而電纜本體的焦耳熱損耗幾乎為零。因而，相對(duì)于常規(guī)電纜其具有極大的優(yōu)勢(shì)，使得高溫超導(dǎo)電纜受到廣泛的關(guān)注。絕緣是超導(dǎo)電纜的重要組成部分，對(duì)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和運(yùn)行可靠性均具有重要的意義。低溫高電壓絕緣技術(shù)是超導(dǎo)電力技術(shù)朝著高電壓、大功率發(fā)展過(guò)程中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。目前對(duì)于新型薄膜和繞包絕緣在液氮下的絕緣性能鮮有研究。本文對(duì)包括新型薄膜在內(nèi)的不同介質(zhì)在液氮下的擊穿

2、和沿面閃絡(luò)性能進(jìn)行了研究;同時(shí)也研究了繞包結(jié)構(gòu)絕緣液氮下的擊穿性能及對(duì)HTS電纜本體絕緣相關(guān)設(shè)計(jì)因素進(jìn)行闡述。這些研究成果為冷絕緣HTS電纜的本體絕緣和終端絕緣的設(shè)計(jì)提供參考。
　　研究了柱-板電極下的擊穿場(chǎng)強(qiáng);對(duì)于100HN，100CR，150FN019，150FCR019四種薄膜，按下不同薄膜介質(zhì)在室溫和液氮下的交直流擊穿性能，得出介質(zhì)的直流擊穿性能明顯的優(yōu)于其交流擊穿性能;液氮下介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)高于室溫液氮下交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)從大到

3、小的順序排列依次為:100HN，100CR，150FN019，150FCR019;按液氮下直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)從大到小的順序排列依次為:100CR，100HN，150FCR019，150FN019。液氮下T418的擊穿性能優(yōu)于T410，與PPLP相比，T418的直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)低于PPLP但其交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)大于PPLP。通過(guò)分析摻雜對(duì)介質(zhì)直流擊穿性能的影響機(jī)理，得出液氮下雜化薄膜的擊穿場(chǎng)性能好優(yōu)于與其對(duì)應(yīng)的非雜化薄膜，主要由于雜化薄膜的陷阱密度大使其

4、空間電荷限制電流的作用增強(qiáng)引起的。通過(guò)對(duì)柱板電極下單層和三層PPLP在液氮下的交流擊穿測(cè)試，并對(duì)單層和三層薄膜擊穿機(jī)理進(jìn)行分析。得出單層擊穿場(chǎng)強(qiáng)大于三層的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，主要因?yàn)槿龑覲PLP層間液氮的局放使其擊穿性能下降。
　　通過(guò)研究在不銹鋼和黃銅電極下，不同介質(zhì)材料在液氮下的沿面閃絡(luò)性能得出不銹鋼電極下T410的耐直流閃絡(luò)電壓性能優(yōu)于T418和100HN，黃銅電極下100HN的耐直流閃絡(luò)電壓性能優(yōu)于T410和T418;通過(guò)分析電極材

5、料對(duì)介質(zhì)沿面閃絡(luò)性能的影響機(jī)理，得出對(duì)于同一介質(zhì)黃銅電極下的閃絡(luò)電壓高于不銹鋼下的這主要由于黃銅的電子逸出功大的緣故。液氮下，100HN的耐沖擊性能好與100CR，可能由于100CR的電導(dǎo)性能優(yōu)于100HN。通過(guò)對(duì)100HN，100CR在特定的階梯升壓下進(jìn)行尖板電極沿面放電發(fā)展過(guò)程的試驗(yàn)研究，將100HN整個(gè)閃絡(luò)放電過(guò)程分為起始放電，放電發(fā)展和危險(xiǎn)放電三個(gè)階段;將100CR整個(gè)沿面放電階段分為起始放電階段，電子倍增階段，空間電荷限制電流

6、階段。
　　測(cè)試了單一絕緣和復(fù)合絕緣繞包絕緣在液氮下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。對(duì)于單一絕緣的繞包絕緣，100HN繞包絕緣的耐AC和DC擊穿性能優(yōu)于100CR，150FN019繞包絕緣的耐AC和DC擊穿性能優(yōu)于150FCR019;100HN繞包絕緣的耐正極沖擊電壓性能低于100CR繞包絕緣但100HN繞包絕緣的耐負(fù)極沖擊電壓性能優(yōu)于100CR繞包絕緣，150FN019繞包絕緣的耐正極沖擊電壓性能低于其負(fù)極，150FCR019繞包絕緣的耐負(fù)極沖擊電

7、壓性能低于其正極。對(duì)于復(fù)合絕緣的繞包絕緣，類型2和類型3的第一種繞包絕緣的交直流擊穿性能最佳，對(duì)于類型4繞包絕緣，第2種繞包絕緣的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)最大，第1種繞包絕緣的直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)最大;在四種類型的繞包絕緣中，類型1的第1種繞包絕緣的耐壓性能最好。通過(guò)對(duì)繞包絕緣擊穿路徑的分析，得出繞包絕緣的交直流擊穿點(diǎn)多在其邊緣處，主要是因?yàn)檫吘壧幍膱?chǎng)強(qiáng)相對(duì)比較大，同時(shí)其間隙中的液氮對(duì)擊穿位置和擊穿性能有十分重要的影響。
　　對(duì)于冷絕緣HTS電纜的主