直流电压下SF6 气体中电极覆膜对金属微粒启举的影响机理
GIS装置及其绝缘技术介绍(西安交通大学)
影响沿面闪络电压的其它因素
绝缘子材料对表面闪络电压的影响
•绝缘子的相对介电常数对绝缘子的电场分布和闪络电压有重要的影响，随着介电 常数的增加，会引发下列后果而使得沿面闪络电压降低： (1)在绝缘子表面的杂质处局部电场增加 (2)出现微观放电的外施电压降低 (3)微观放电的能量增加 •绝缘子的表面电阻率的降低有助于使绝缘子所带的表面电荷泄漏掉，从而降低了 表面电荷增强局部电场的作用，其结果是提高了闪络电压
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影响沿面闪络电压的其它因素
导电微粒对闪络电压的影响
绝缘子表面上存在的导电微粒会使绝缘子的闪络电压下降 导电微粒引发的局部放电有可能使得绝缘子表面带电，从而降低其闪络电压
采用第三章中讲述的方法控制导电微粒的影响
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当 =70°时，沿面电场分布是比较均匀的
Xi’an Jiaotong University -1缘子的闪络通常是在金属电极-环氧树脂-SF6气体的三重结合点开始的 •另外，当绝缘子和导体电极接触不良时，绝缘子和导体之间的小气体间隙会 出现高场强，使得绝缘子的闪络电压降低。针对这一问题，可以考虑采用内 装屏蔽电极。
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变介电常数材料绝缘子
沿绝缘子表面电场分布
沿面闪络电压
采用变介电常数的材料可改善绝缘子表面电位分布，提高其闪络电压
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小结
气体绝缘系统中支撑绝缘子的类别与材料
电场分布及其对沿面闪络电压的影响 屏蔽电极的好处
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表面粗糙度和导电微粒对SF6绝缘的影响
② 支撑绝缘子的沿面放电 ③ VFTO的问题
电极材料对放电的影响
电极材料 加工工艺 不同 清洗方法
击穿电压不同
电极材料对放电有影响？
电极材料对SF6间隙的耐电强度无显著影响 本质因素：表面粗糙度
不同材料，采取不同加工方法后， 电极表面的微观结构不同，使得电 极表面轮廓算术平均偏差Ra有很 大差别的缘故。
导电微粒污染的影响
固定微粒的影响
相当于电极上长了“毛刺”
•起晕电压低，造成局部放电
•冲击电压下击穿电压低
导电微粒污染的影响
导电微粒诱发击穿的机理
•微粒端部电场发生畸变使得电场集中 •运动微粒周围气体密度下降 •微粒与电极之间的微放电造成的触发作用 •微粒端部与电极接触瞬间的冲击电场
控制微粒污染作用的技术
SF6气体绝缘对电场集中敏感 击穿电压不同
电极表面粗糙度对放电的影响
由于表面不是完全光滑的，在实际应用条件下，气体间隙的击穿起始E/p 小于(E/p)0。这种现象可以用电极表面粗糙度系数来描述。
Es p
(E p)0
物理模型 •彼得逊模型 •坦特福德模型
电场分布
E(x)
Ea [1
(
2R3 x R)3
实验室条件下，使用小面积电极 所得到的SF6间隙击穿电压值， 不能直接用于实际的大型绝缘系 统。
电极的面积效应
电极的老练
在一定的条件下，气体间隙的击穿电压开始随着放电次数的增加而提 高，最后达到稳定值。这种现象的出现是由于电极的老练过程而引起 的。 气体间隙击穿电压的提高，是由于放电烧掉了落在电极表面的灰尘或 电极表面的毛刺引起的。在高压实验中，试验前经常要老练电极以得 到稳定有效的实验结果。
直流电压下SF6气体的沿面局部放电特性
直流电压下SF6气体的沿面局部放电特性发布时间：2021-10-14T07:28:42.686Z 来源：《科学与技术》2021年17期作者：梁珺[导读] 随着特高压电网的发展，直流气体绝缘输电线路得到广泛的应用。
梁珺国网山西省电力公司检修分公司山西省太原市 030032摘要：随着特高压电网的发展，直流气体绝缘输电线路得到广泛的应用。
气体绝缘线路（Gas Insulated Line,GIL）的电气性能、结构与气体绝缘组合设备（Gas Insulation Switchgear,GIS）类似，具有传输电流大、占地面积小等特点，在大容量、远距离输电中具有明显优势。
近些年，因我国大力发展直流输电技术，针对直流GIL的研究具有重要的现实意义。
关键词：直流电压；SF6气体；局部放电 1 试样与试验平台1.1 试样与试验模型本文选取沿面放电模型作为稍不均匀场的典型模型，制作的试验模型如图1所示。
试验模型由铝板、有机玻璃筒、尼龙螺杆、螺母、橡胶圈、充气阀门、气压表以及电极模型构成，电极模型由板电极、柱电极和绝缘介质构成。
电极材料为钨铜，其中，板电极和环氧树脂直径D1=50mm，厚度H1=50mm；柱电极由圆柱和半球构成，半径R=10mm，为了与环氧树脂板更好地接触，半球体尖端打磨成直径D2=4mm 的圆面。
绝缘介质采用由环氧树脂、氧化铝、固化剂配比为2∶10∶1制成的环氧树脂，厚度为2mm，半径为10mm，以方便平稳地放置于板电极表面。
在模型底端安装气压表，以方便实时地检测模型内部压强。
经计算试验模型最大耐压可达到1.0MPa。
1.2 试验系统利用半波整流电路搭建直流高压试验平台，试验系统如图2所示。
UAC为交流电源，T1为调压器，T2为无局放试验变压器（200kV/100kV·A),VD为高压硅堆（600kV/0.5A),Cx为90nF的滤波电容，交流电压经过调压整流滤波成直流电压，经测量与调试，其纹波系数为0.9%，符合相关标准。
sf6刻蚀原理
sf6刻蚀原理SF6是一种广泛应用于半导体工艺中的气体，具有优良的刻蚀性能。
本文将从SF6刻蚀的原理进行详细介绍。
SF6（六氟化硫）是一种无色无臭的气体，具有极高的电负性和化学稳定性。
这些特性使得SF6在半导体工艺中被广泛应用于刻蚀过程。
SF6刻蚀依靠的是其与基片表面的化学反应和物理碰撞来实现材料的去除。
SF6刻蚀的基本原理是通过氟化反应来实现。
SF6气体在高能电子的作用下被电离成SF6+和F-等离子体，然后通过电离反应生成了大量的F原子和F离子。
这些F原子和F离子与基片表面的材料发生化学反应，将材料表面的原子或分子转化为气态化合物，从而实现了刻蚀过程。
SF6刻蚀的原理还涉及到物理碰撞。
在SF6等离子体中，氟原子和离子具有较高的能量，它们在与基片表面的材料碰撞时会传递能量并引起材料原子或分子的位移或振动。
这些位移或振动会导致材料的疏松或破坏，进而使材料被刻蚀掉。
SF6刻蚀过程中的化学反应和物理碰撞是相互作用的。
化学反应提供了刻蚀的化学动力学，而物理碰撞提供了刻蚀的机械动力学。
这两个过程共同作用，使得SF6具有良好的刻蚀性能。
SF6刻蚀的选择性也是其重要的特性之一。
选择性是指在刻蚀过程中对不同材料的选择性去除能力。
SF6刻蚀具有较高的选择性，可以选择性地去除一些材料而不损伤其他材料。
这是因为不同材料与SF6反应的速率和反应产物的挥发性不同，从而使得刻蚀过程具有选择性。
除了以上的基本原理之外，SF6刻蚀还受到一些其他因素的影响。
例如，刻蚀速率受到SF6气体流量、射频功率、压力和温度等参数的影响。
适当调节这些参数可以控制刻蚀速率和刻蚀剖面，从而实现对器件的精确加工。
SF6刻蚀是一种在半导体工艺中广泛应用的刻蚀方法。
其刻蚀原理基于化学反应和物理碰撞，通过与基片表面材料的反应和碰撞来实现材料的去除。
SF6刻蚀具有良好的选择性和可控性，可以满足不同器件的加工需求。
随着半导体工艺的发展，SF6刻蚀技术也将不断优化和改进，为半导体产业的发展做出更大的贡献。
SF 6混合绝缘气体的协同效应及其机理研究
SF_6 混合绝缘气体的协同效应及其机理研究SF6 混合绝缘气体是一种新型的绝缘气体，由于其具有稳定性高、绝缘性好和环保等优点，越来越受到广泛关注和应用。
其协同效应是指在一定气体混合比例下，两种或多种气体在特定工作条件下，相互作用所产生的协同作用。
本文将从以下几个方面探讨SF6 混合绝缘气体的协同效应及其机理。
一、SF6 混合绝缘气体的基本特性SF6 混合绝缘气体具有以下特性：1.高绝缘性：SF6 具有极好的绝缘性，可在较大的电场下仍能保持良好的介质强度，使其成为理想的绝缘介质。
2.热稳定性：由于SF6 分子中含有大量氟原子，其分子中的键合非常牢固，使得SF6 具有较高的化学稳定性和热稳定性。
3.低氧含量：混合气体中氧气的含量会降低，有利于防止燃烧、爆炸等危险。
4.无毒无害：SF6 不会产生有毒或有害的副产物，因此适用于人员密集、环境要求较高的场所使用。
二、SF6 混合绝缘气体的协同效应SF6 混合绝缘气体的协同效应是指在特定气体混合比例下，两种或多种气体在特定工作条件下，相互作用所产生的协同作用。
常见的混合绝缘气体有：SF6/H2、SF6/N2、SF6/CO2、SF6/CF4 等。
这些混合气体的协同效应能够增强绝缘性和灭弧能力。
1.增强绝缘性当SF6 与其他绝缘气体混合时，混合气体的平均速度和能量分布发生变化，使电流沿径向、周向分布更加均匀。
这种分布方式能够减小电场强度，提高绝缘性能。
同时，混合绝缘气体的介电常数不同于单一的SF6，这也有利于增强绝缘性。
2.增强灭弧能力SF6 具有较强的灭弧性质，但其在极低擦拭、较差的电流过载能力等方面存在一定的缺陷。
当与其他绝缘气体混合时，能够产生协同效应，增加灭弧性和电流过载能力。
例如，SF6/H2 混合气体能够增加电弧的冷却能力，使电弧更容易熄灭；而SF6/N2 混合气体中N2 对电弧的扩散能力更强，能够增强灭弧性能。
三、SF6 混合绝缘气体协同效应的机理SF6 混合绝缘气体的协同效应机理是通过以下两个方面产生的：1.电流分布的影响在混合气体中，不同气体分子的大小、形状和运动速度都不同，在电场作用下呈现不同的电流-电场特性。
六氟化硫气体的光学特性分析与检漏系统研制的开题报告
六氟化硫气体的光学特性分析与检漏系统研制的开题报告题目：六氟化硫气体的光学特性分析与检漏系统研制一、背景介绍六氟化硫气体（SF6）是一种常用的绝缘气体，在高压、超高压开关设备、电力变压器等电力设备中广泛使用。
但是，六氟化硫气体是一种温室气体，对环境有不良影响。
而当设备发生泄漏时，SF6会对大气进行污染，因此需要对其进行检漏。
传统的检漏方法通常使用红外测量仪，但是成本较高。
因此，开发一种更为便捷、经济的SF6检漏系统具有重要的现实意义。
二、研究内容及意义本研究旨在分析SF6气体的光学特性，基于其光学特性研制一种新型的SF6检漏系统，使其能够在更低的成本下实现高效的检测和定位SF6泄漏点。
具体研究内容包括：1. 对SF6气体的吸收特性进行分析和仿真，确定最佳的检测波长范围；2. 设计和制造SF6气体检测系统硬件平台，并对其进行实验验证；3. 设计和实现SF6气体检测系统软件算法，实现数据的处理和泄漏点的定位；4. 对系统进行实际场地测试和精度分析。
本研究的意义在于：1. 系统可以检测不同浓度的SF6气体，从而有效地避免环境污染和人员伤害；2. 其成本较传统的检测工具更低，具有较高的实用性和经济性。
三、研究方法本研究采用的方法包括：1. 光学模拟分析：通过MATLAB对SF6气体的吸收特性进行模拟分析，确定最佳的检测波长。
2. 硬件制造：基于光学分析结果，设计并制造SF6气体检测系统硬件平台，并进行实验验证。
3. 软件算法设计：设计和实现SF6气体检测系统软件算法，包括校准、数据处理和泄漏点定位等功能的实现。
4. 现场测试和分析：对系统进行实际场地测试和精度分析，验证其检测精度和可靠性。
四、预期成果1. 分析和确定SF6气体的吸收特性和最佳检测波长；2. 设计制造一种新型的SF6气体检测系统，实现对SF6气体泄漏点的快速定位和检测；3. 实现SF6气体检测系统的软件算法，包括校准、数据处理和泄漏点定位等功能的实现；4. 检测系统可靠性和精度分析。
SF6中支撑绝缘子的沿面放电
直流电压作用下的绝缘子
直流电压作用下绝缘子的电场分布与交流电压作用下不同
电压分配规律：
交流下 直流下
U1
2d1 1d2 2d1
U
U1
1d1 1d1 2d2
•表面无电场畸变和局部电场集中 绝缘子形状和绝缘材料的介电常数
•必须能承受长期电压作用而不老化损坏 绝缘材料的性能、真空浇注的质量、避免局部放电
•要有一定的机械强度 必须能支撑导体，承受各种应力
•绝缘子与导体、气体结合处不应有最大电场集中 三重结合点是GIS系统的弱点之一，通常需要有一些特殊的设计
•必须能承受一定的温升 GIS是大容量设备，其内导体可能流过数千安培的电流，因此必 须容许有一定的温升
如果介质均匀且各向同性，则表面电荷密度随时间的变化规律为：
(t)
U
1
2
21
(1
t
e 0
)
A 2 B1
其中，1， 2为固体和气体的介电常数； 1， 2为固体和气体的电导率；A, B 为常数；0为电荷积聚时间常数；U为外施电压。
当表面电荷达到饱和时，表面电荷密度与法向场强之间的关系为：
Et1 Et 2
tg1 1 tg2 2
SF6: 环氧树脂：
1.00ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 3.9-6.5
电场分布及其对沿面闪络电压的影响
当有两种介质置于平行平板电极之间而介质的交界面并不与电极表面垂直时， 可观察到在介电常数较小的介质中，位于介质交界面和电极表面的夹角小于 90°的一侧，等位线出现压缩现象。 避免支撑绝缘子与电极锐角相交。
高压电课件第5章-六氟化硫气体绝缘
第六节 含六氟化硫的混合气体
SF6是强温室效应气体：
SF6 气体不会破坏大气臭氧层，然而它是1997年京都议定书指 定的六种温室气体(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6)之一。SF6 气体对温室效应的实际影响很小，目前只占0.07%左右。将SF6 气体列为温室效应气体，主要是SF6 气体对温室效应有着相当 大的潜在危险。
体积小、可靠性高
•适用于征地困难的地区 •维护工作量小 •寿命长，全寿命造价低
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URBAN
Conventional Sweden: 某132/10kV 变电站，两路130kV母线，两台
30MVA变压器，20台10kV开关柜 5/54
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SF6的物理化学特性 SF6由卤族元素中最活泼的元素氟(F)原子与硫(S)原子结合而成， 其分子结构是六个F原子处于顶 点位置而S原子处于中心位置的 正八面体，S和F以共价键联结，键距1.58×10-10m。
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一. SF6的理化特性
1. 液化问题
在－40 ℃ <T<80 ℃， P<0.8MPa 范围内气态占优势 ,一般使 用范围内不存在液化问题，在高寒地区，需考虑采取措施， 如加热、采用SF6-N2混合气体。
2. 毒性分解物
纯净SF6是无色，无味，无毒，不燃的惰性气体， 由于电子碰撞、热以及光辐射导致SF6气体分解出有毒分解
f: 电场不均匀系数
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第三节 极不均匀电场中六氟化硫的击穿
3.1 极不均匀电场
在极不均匀电场中，间隙击穿前先出现电 晕，稍不均匀场和均匀场中，电晕即意味 击穿。
气压越高，分界点（极不均匀电场和稍不 均匀电场的分界点）越处于球半径小的区 域（不均匀系数大的区域，也即利用系数 小的区域）。
电极材料对SF6气体局部放电分解特性的影响
技术前沿2019.4 电力系统装备丨211Technology Frontier2019年第4期2019 No.4电力系统装备Electric Power System Equipment 1 引言现如今，金属材料对于SF 6分解性质所造成的影响，往往集中于电弧放电的情况下。
由Boudene 、Kulsta 、Kurte.R 和FYChu 等人员共同针对SF 6在电弧放电状况中的电极材料分解性质实施了探究，进而得出了SF 6在不一样的材料电极下所具有的分解性质有着比较大的改变。
当处于铝电极下的时候，其分解产物则是最大的，在铝与锌电极下所获得的分解产物可以达到银与铜电极的100倍。
对于以上所述的探究来讲，其只是重视了金属材料对于电弧放电下SF 6所形成的降解性能的影响。
但是，在PD 下，对于SF 6分解影响的研究仍然不足。
本文经过96 h 的PD 分解测验，进而对于各种PD 金属材料内SF 6的分解性质实施了判定。
并进一步针对SF 6处于各类金属材料电极PD 下所形成的分解规律实施了多种方式的剖析。
最终得出，金属材料能够对于分解性质的形成主要的影响。
2 实验在这篇文章中，应用的SF 6正极性直流PD 分解测验体系主要分为下面多个单元：高压无晕试验交流电源、高压整流硅堆、滤波电容、SF 6放电气室以及50Ω无感电阻等。
这个体系经由专一配制的高压无晕测验变压器（标称电压为50 kV ）去进行升压处理。
在升压之后要先经过保护电阻R1（标称电压为100 kV ，其电阻为20k Ω），再经过高压整流硅片堆D （标称电流为2A ，标称电压为100 kV ）以及滤波电容C1（标称电压为60 kV ，电容为0.1025 μF ），进而构建了容性负载半波不可控整流体系，能够实现测试所需的直流电压。
然后，经过阻抗R+（标称电压为60 kV ，阻值为5.3k Ω）并加载至SF 6放电气室中所安设的绝缘缺陷模型之上。
在下面的图1中展示的就是用来形成局部放电的针板电极模型。
武大电气2019年高电压绝缘复习
2019年高电压绝缘复习一．题型1填空（30空30分）2简答（7题70分）二．题库第二章：气体击穿理论分析和气体间隙绝缘1．气体放电的五种形式及其特点：辉光放电：电弧放电：火花放电：电晕放电：刷状放电：注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿，而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件不同，这些放电现象可相互转换。
2．质点产生四种形式：（1）气体分子本身发生电离①光电离:光辐射引起的气体分子的电离过程。
外光源(紫外线照射)/激励态原子回到基态/正负离子的复合。
②碰撞电离：由于质点碰撞所引起的电离过程。
（主要是电子碰撞电离）。
是气体中产生带电粒子的最重要的方式。
分级电离时能量小于上式。
分析气体放电发展过程时，往往只考虑电子所引起的碰撞电离。
③热电离：因气体热状态引起的电离过程。
热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合。
(2）气体中的固体或液体金属发生表面电离④表面电离：金属表面电离比气体空间电离更易发生。
阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。
电极表面电离按外加能量形式的不同，可分为四种形式：①正离子撞击阴极表面②光电子发射（光电效应）③热电子发射④强场发射（冷发射）3.质点消失三种形式：①电场作用定向移动消失于电极形成电流。
②扩散：在热运动的过程中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化的物理过程。
特点：气压越低，温度越高，扩散进行的越快。
电子的热运动速度大、自由行程长度大，其扩散速度也要比离子快得多。
③带电粒子的复合，气体中带异号电荷的粒子相遇而发生电荷的传递与中和，还原为分子的过程。
带电粒子的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又成为导致电离的因素参与复合的粒子的相对速度越大，复合概率越小。
通常放电过程中离子间的复合更为重要带电粒子浓度越大，复合速度越大，强烈的电离区也是强烈的复合区。
4．汤逊放电：特点：电子的碰撞电离（α过程）和正离子（γ过程）撞击阴极造成的表面电离起主要作用。
SF6气体放电机理
SF6气体放电机理GIS以高压力的SF6气体为绝缘介质，SF6气体是局部放电发生的环境。
气体中的放电现象与SF6气体中的带电质点有关。
电极空间及电极表面的气体分子在碰撞、光辐射或热辐射的情况下会发生电离，产生带电质点。
当电场强度一直增加并达到一定场强时，带电质点获得了很大的能量，需要以放电的形式来进行释放，导致放电现象的发生。
由于GIS内外两电极的曲率半径的数量级一致，两电极间一般仅相距几十毫米，所以在没有出现绝缘缺陷的情况下，GIS内部的电场应为稍不均匀电场。
一旦有绝缘缺陷出现时，局部电场过于集中致使电场发生畸变，形成极不均匀电场。
所以，SF6气体放电机理研究一般是基于极不均匀电场进行的。
首先发生在极不均匀电场中的放电现象是电晕放电，电晕放电进一步发展成先导放电，先导放电继续发展形成主放电。
在极不均匀场中，当电压高到一定程度后，在气体间隙完全击穿前，大曲率电极附近有薄薄的发光层，这种放电现象定义为电晕。
如果加在SF6气体间隙上的电压过大，一旦场强集中处的场强高于临界场强，放电机理就会出现变化，放电由汤姆逊形式过渡到流注放电形式。
在电场作用下，SF6气体中的电子在奔向阳极的过程中不断发生碰撞电离，产生电子崩。
电子崩电离过程集中于头部，导致其头部电荷密度很大，电离过程强烈，当电子崩发展到一定程度时，电子崩形成的空间电荷的电场将大大增强，致使合成电场发生明显的畸变，崩头将放射出大量光子。
崩头前后的电场明显增强，促进激励现象的发生，产生更多的分子和离子。
分子和离子慢慢会从激励状态恢复到正常状态，在这个过程中会有光子被放射出来。
由于电子崩内的正、负电荷区域之间的电场受到削弱，这大大促进了复合过程的发生，同时也使得更多的光子被放射出来。
如果外加电场足够大，达到了击穿场强，电子崩头部就会形成流注放电。
当间隙距离较长时，会存在某种新的、不同性质的放电过程，即先导放电。
要发生先导放电，首先要产生流注电晕，流注进而形成先导，先导不断发展最后导致击穿。
电极覆纸时流动变压器油中金属微粒局部放电特性研究
电极覆纸时流动变压器油中金属微粒局部放电特性研究江翼1，2，杨旭1，2，张静1，2，文豪1，2，周正钦1，2，程林1，2，刘诣1，2（1.国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北武汉430074；2.南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，江苏南京211006）摘要：本研究建立了变压器油循环流动装置，开展了含金属微粒流动变压器油的局部放电（PD）实验，并提取PD特征参数，结合流动变压器油中金属微粒的运动行为，讨论电极覆纸情况对流动变压器油中金属微粒PD的影响机制。
结果表明：相比于电极裸露的情况，电极覆盖绝缘纸时，测得的局部放电起始电压升高，放电幅值和频率降低。
在双电极裸露与仅下电极覆纸的情况下，放电集中在0°～90°和300°～360°两个相位区间，而在双电极覆纸的情况下，放电相位主要集中在45°和160°附近。
绝缘纸的存在会使金属微粒在纸上滞留，并导致两个相邻碰撞点之间的水平距离增加。
此外在电极覆纸后油中电场会减小，使得微粒运动时的垂直速度减小，降低了微粒与极板的碰撞频率，导致局部放电强度有所削弱，放电相位分布发生改变。
关键词：金属微粒；流动变压器油；运动特性；PD特性中图分类号：TM214文献标志码：A文章编号：1009-9239（2022）09-0074-06DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2022.09.013Partial Discharge Characteristics of Metal Particles inFlow Transformer Oil with Paper-covered Electrodes JIANG Yi1,2,YANG Xu1,2,ZHANG Jing1,2,WEN Hao1,2,ZHOU Zhengqin1,2,CHENG Lin1,2,LIU Yi1,2(1.State Grid Electric Power Research Institute Wuhan Nanrui Co.,Ltd.,Wuhan430074,China;2.NARI Group(State Grid Electric Power Research Institute)Co.,Ltd.,Nanjing211006,China)Abstract:A transformer oil circulating flow device was established,the flow transformer oil containing metal particles was conducted partial discharge(PD)experiment,and the PD characteristic parameters were extracted.By combining with the movement behavior of metal particles in flow transformer oil,the influence mechanism of electrode covering paper on the PD of metal particle in flow transformer oil was discussed.The results show that when the electrode is covered with paper,the partial discharge initial voltage(PDIV)increases,and the discharge amplitude and frequency decrease.When the double electrodes are bare or only the lower electrode is covered with paper,the discharge concentrates in two phase sections of0°−90°and300°−360°.When the two electrodes are covered with paper,the discharge phases concentrate near45°and160°mainly.The metal particles will be settled on the paper because of the existence of insulating paper and lead to the increase of horizontal distance between two adjacent collision points.In addition,after the electrode is covered with paper,the electric field in the oil will decrease,which makes the vertical velocity of the particles decrease and the collision frequency between particles and electrodes decrease,resulting in the decrease of PD strength and change of the discharge phase distribution.Key words:metal particles;flow transformer oil;motion characteristics;PD characteristics收稿日期：2021-09-03修回日期：2021-10-29基金项目：国家电网有限公司总部科技项目（524625200029）作者简介：江翼（1985-），男（汉族），湖北武汉人，高级工程师，研究方向为高压电器设备绝缘检测与评估诊断技术；通信作者：张静（1986-），男（汉族），黑龙江佳木斯人，高级工程师，研究方向为高压电器设备绝缘检测与评估诊断技术。
PECVD的工作原理
PECVD的工作原理PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、显示器件等领域。
本文将详细介绍PECVD的工作原理。
1. PECVD的基本原理PECVD是在低压条件下，通过高频电场激发等离子体，使气体中的原子或者份子发生化学反应，从而在基底表面沉积出所需的薄膜。
其基本工作原理如下：1.1 等离子体的产生PECVD的关键是产生等离子体。
通常使用高频电源产生高频电场，将气体置于两个电极之间的反应室中。
当高频电场加在气体上时，气体份子会发生电离，产生正离子、电子和自由基等等离子体。
1.2 化学反应等离子体中的正离子、电子和自由基等活性粒子与气体中的前驱物份子发生碰撞，引起化学反应。
这些反应产生的中间产物在基底表面沉积形成薄膜。
1.3 沉积薄膜沉积薄膜的化学反应过程主要包括气相反应和表面反应。
气相反应是指等离子体中的活性粒子与气体中的前驱物份子发生碰撞生成中间产物。
而表面反应是指中间产物在基底表面沉积形成薄膜。
2. PECVD的工艺参数PECVD的工艺参数对薄膜的性质有着重要影响。
常见的工艺参数包括：2.1 气体流量气体流量是指在PECVD过程中，进入反应室的气体的体积流量。
不同的气体流量会影响沉积速率、薄膜质量等。
2.2 反应室压力反应室压力是指PECVD反应室内的气体压力。
压力的选择要根据具体的薄膜材料和设备要求来确定。
2.3 气体组分气体组分是指PECVD反应室内的气体成份。
不同的气体组分会影响薄膜的化学成份和性质。
2.4 RF功率RF功率是指高频电源供给的功率。
功率的大小会影响等离子体的强度和活性粒子的数量。
2.5 反应温度反应温度是指PECVD反应室内的温度。
温度的选择要根据具体的薄膜材料和设备要求来确定。
3. PECVD的应用PECVD广泛应用于半导体、光电子、显示器件等领域。
常见的应用包括：3.1 薄膜沉积PECVD可用于沉积多种功能性薄膜，如氮化硅膜、二氧化硅膜、氮化硅氧膜等。
SF6气体中绝缘缺陷的冲击电压局部放电特性及其影响因素
对气压、电压、缺陷结构对冲击电压局部放电的影响进行了研究，结果表明：气 压的升高能够有效提高各种缺陷中的局部放电起始电压，限制局部放电脉冲幅值和次 数；外施电压的类型和大小对局部放电的起始和发展以及电荷的积聚和消散都起到决 定性作用；金属尖端等效半径、悬浮金属电极在空间或介质表面位置都会影响局部放 电时延（时间间隔）、局部放电脉冲幅值以及局部放电脉冲数量；
A dissertation submitted to Xi’an Jiaotong University in partial fulfillment of the requirement
for the degree of Doctor of Engineering Science
By Ming Ren (Electrical Engineering) Supervisor: Prof. Aici Qiu March 2013
通过试验，对各类缺陷局部放电的典型光、电脉冲序列进行了总结，并得到了不 同放电类型的发生比例与外施试验条件之间的统计关系。基于金属表面电子发射、气 体中负离子场致分离及固体介质表面电子发射和电子脱陷理论，提出了“首次局部放 电 V-t 曲线”的理论计算方法，用其分析了局部放电时延与外施电压之间的关系。
通过对比不同施加电压对不同缺陷局部放电的激发效率以及局部放电的活跃程度
I
西安交通大学博士学位论文
可知，雷电性冲击电压和振荡操作冲击电压对气体中金属尖端和绝缘子沿面电场异常 类缺陷的发现能力较强，相比工频电压具有更好的检测有效性。
SF6及其混合气体流注放电过程分析的开题报告
均匀电场下N2/SF6及其混合气体流注放电过程分析的开题报告一、选题的背景和意义气体流注放电技术是一种基于非热平衡等离子体的电化学过程，在电力电子、光电子、环保等领域有着广泛的应用。
目前，气体流注放电技术的研究主要集中在单一气体体系下，而在实际应用中，很多情况下需要使用混合气体，因此研究混合气体的流注放电特性具有很大的实际意义。
此外，均匀电场是气体流注放电研究中的一种重要场形，探究均匀电场下混合气体的流注放电特性对于深入理解气体流注放电过程具有重要的理论和实际意义。
二、研究的目的和内容本研究的目的是探究N2/SF6及其混合气体在均匀电场下的流注放电特性，分析不同电场强度、不同N2/SF6比例对混合气体流注放电特性的影响。
具体内容包括：1.建立均匀电场下的N2/SF6混合气体流注放电数学模型，利用计算机模拟得到混合气体的电学特性和等离子体参数。
2.设计实验装置，通过在不同电隙下对不同N2/SF6比例的混合气体进行流注放电实验，获取流注放电的参量，如电流、电压、功率、等离子体参数等。
3.分析不同电场强度、不同N2/SF6比例对混合气体流注放电特性的影响，探究流注放电机制。
三、研究方法和技术路线本研究的方法主要包括数学模型建立、计算机模拟和实验研究。
数学模型的建立需要考虑混合气体的化学反应、能量传递和等离子体物理过程，利用Python等计算机语言编程实现模型的计算机模拟，并通过实验获取实验数据，对模型的准确性进行验证和完善。
最终通过分析计算机模拟和实验数据，得出不同电场强度、不同N2/SF6比例对混合气体流注放电特性的影响和流注放电机制的探究。
四、预期成果本研究的预期成果包括：1.建立均匀电场下的N2/SF6混合气体流注放电数学模型，得出混合气体的电学特性和等离子体参数。
2.通过实验，获取不同电场强度、不同N2/SF6比例的混合气体流注放电参量数据。
3.分析不同电场强度、不同N2/SF6比例对混合气体流注放电特性的影响，探究流注放电机制。
电极材料对SF6气体局部放电分解特性的影响
图 3 放电量校正基本原理示意图
放电量(pC)
60000
50000
40000 30000 20000
y=1052x+8 R2=0.998
10000 0
电压(mV)
0 2 4 6 8 10 12
图 4 放电量与信号电压幅值关系图
标定中通过 TekAFG3102 型任意波形发生器 产生方波脉冲，通过传感器的耦合作用记录输出
为 350K 时 ， SF2 与 H2O 的 生 成 速 率 为 1.0~2.6×10-19mol/J[10]。
3 气体组分检测
3.1 放电量校正
在 PD 的电测法中，如果未经放电量的校正， 就无法知道检测仪的显示器上所显示的放电脉 冲的幅值代表放电量是多少。电测法 PD 检测系 统的定量校正是根据视在放电量的定义，校正回
路如图 3 所示，如果定量校正试品 Cx 产生的局部 放电量，可以用幅值为 U0 的方波电压源串联小电 容 C0 组成人工模拟支路并将产生的放电量 q0 注 入与 Cx 两端，此注入的电荷量为 q0=U0C0，这时 在 PD 检测仪的显示器上可测得脉冲高度 H0，则 放电量的分度系数为：
K0=q0/H0
AlF3,CuF2 等。 尽管从稳定性角度来讲，SF4 是比SF5 更稳定
的放电产物，但是毫无疑问生成SF5 的反应是放 电区域发生的主要反应。在局部放电和其他低能
电极材料对SF6局放分解特征组分生成的影响
目前关于金属材料对 SF6 分解特性的影响主要 集中在电弧放电条件下，Boudene [9]、Kulseta[10]、 Kurte. R[11]、F. Y. Chu[12]等在研究功率电弧放电条件 下 SF6 分解特性与电极材料之间的关系时发现，不 同材料电极下 SF6 的分解组分特性差异很大，其中 铝电极下分解产物生成量最大，且铝电极和锌电极 下的分解产物是银电极和铜电极的 100 倍。同时， Shotaro. Tominaga[13]、K. Hirooka[14]、Ashokk Vijh[15] 等学者通过研究发现电弧放电条件下触头气化产生 的金属蒸汽也能与 SF6 气体发生反应并生成低氟硫 化物及金属氟化物。上述研究只针对金属材料在电 弧放电下对 SF6 分解特性的影响，而对 SF6 在 PD 下分解特性的影响尚缺乏研究。
(9)
SF6− + SO2 → SO2F− + SF5
(10)
当 SF6 及其初级分解产物与金属材料反应生产
的低氟硫化物 SF4、SF2 以及 SOF4 由离子扩散区扩
散至主气室时，将与容器内存在的微量氧气和水分
进一步反应生成 SO2F2、SOF2、HF 等，其主要反应 过程为：
SF6− + O2 → SO2F2
电气绝缘基础知识
2、巴申定律 UF=f（pS） 在均匀电场中，气体的间隙距离一定，间 隙的击穿电压与气体的压力有关
三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响
在标准大气压下，温度为20℃ 均匀电场空气间隙的击穿场强大约为： 30kV/cm 不均匀电场空气间隙的击穿场强大大下降: 空间间隙距离大于50cm 负极性的直流平均击穿场强: 10kV/cm; 正极性的直流平均击穿场强: 4.5kV/cm;
③碰撞游离（形成电弧的原因）
具有很高的速度和巨大的动能的电子，不断地与空 气（或其他绝缘介质）的原子或分子发生碰撞，使原 子核周围的束缚电子释放出来，形成自由电子和正离 子称为碰撞游离。
思考：什么叫碰撞游离？
自由电子在强电场的作用下，加速向阳 极运动，这些具有很高的速度和巨大的动能 的电子，不断地与空气（或其他绝缘介质） 的原子或分子发生碰撞，使原子核周围的束 缚电子释放出来，形成自由电子和正离子， 这种现象就称为碰撞游离。
带点粒子在足够大的电场作用下，高速运动 并不断加速，出现强烈的碰撞电离，形成电子崩， 由许多电子崩产生大量正负带电质点混合的离子 通道即流注，当流注把空气间隙的两极接通时， 整个间隙随之击穿。
整个过程： 碰撞电离 电子崩（非自持放电） 二次电子崩 流注 间隙被击穿 在均匀电场中发生自持放电，间隙即被击穿；
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第二章 电气绝缘基础知识
汪辉
安庆培训基地
内容提要
第一节 气体介质的绝缘特性 第二节 液体介质的绝缘特性
第三节 固体介质的绝缘特性
第四节 组合绝缘的耐电特性
思考题与习题
第一节 气体介质的绝缘特性
一、空气间隙的击穿机理
氧化铝填充环氧绝缘子SF6气体中直流负极性闪络特性(论文)
第34卷第36期中国电机工程学报V ol.34 No.36 Dec.25, 20142014年12月25日Proceedings of the CSEE ©2014 Chin.Soc.for Elec.Eng. 6523 DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.36.019 文章编号：0258-8013 (2014) 36-6523-07 中图分类号：TM 85氧化铝填充环氧绝缘子SF6气体中直流负极性闪络特性李鹏1,2，李金忠1,2，张乔根1，赵军平1(1．国家电气绝缘和电力设备重点实验室(西安交通大学)，陕西省西安市 710049；2．中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192)Negative DC Flashover Characteristics of Alumina Filled Epoxy Resin Insulators in SF6LI Peng1,2, LI Jinzhong1,2, ZHANG Qiaogen1, ZHAO Junping1(1. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment(Xi’an Jiaotong University), Xi’an 710049, Shaanxi Province,China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)ABSTRACT: DC gas insulated transmission line (GIL) can be utilized to substitute part of the overhead lines or cables in special environments to improve the flexibility of the selection of the transmission corridor. Key factors that greatly threaten the insulation level of DC GIL include free conducting particles and contents of alumina filler. Influence of the content of alumina filler on the characteristics of flashover and erosion of the alumina filled cast epoxy resin insulator in quasi-uniform field and highly non-uniform field in SF6 gas under negative DC voltage was investigated. Results show that among alumina filled epoxy resin insulators with filler contents from 250phr to 400phr, insulator with filler content of 250phr has most excellent surface dielectric strength than those of other insulators in both short-term flashover and long-term withstand voltage tests, as well as the best erosion property in both the quasi-uniform field and highly non-uniform field. While the insulator with filler content of 350phr has the worst performance. The flashover takes place in the shallow surface of the insulator according to its microscopic image of the flashover trace. Meanwhile, influence of the filler content on the erosion characteristics of the flashover and the tree properties under DC voltage were studied by analyzing the fractal dimension of tree trace of the flashover.KEY WORDS: epoxy resin; filler content; flashover voltage; time constant; geometry; treeing; fractal dimension摘要：直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated transmission line，GIL)在一些特殊环境下可替代部分架空输基金项目：国家电网公司科技项目资助项目(SGAH0000 KXJS1401753)。
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2017年7月电工技术学报Vol.32 No. 13 第32卷第13期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jul. 2017DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.161906直流电压下SF6气体中电极覆膜对金属微粒启举的影响机理律方成1刘宏宇1李志兵2董蒙1颜湘莲2（1. 新能源与电力系统国家重点实验室（华北电力大学）北京 1022062. 中国电力科学研究院北京 100085）摘要为研究直流电场下SF6气体中低压电极覆膜对金属微粒启举的影响机理，搭建了实验平台并使用高速摄像机记录运动轨迹。
实验结果表明，随着SF6气体压力的增大，微粒启举场强升高，且启举后到达高压电极的时间缩短。
基于图像处理获得了微粒的瞬时位移，结合运动力学方程和最小二乘法提出了启举时电荷量的计算方法，微粒电荷量的计算分析表明启举时的电荷量减小。
建立了覆膜后金属微粒周围电场分布的理论模型，电场分析表明金属微粒与薄膜间的电场明显增大及表面电荷密度分布的改变，使得金属微粒受到向下的极化作用力。
研究认为：电荷量减小和极化作用力向下综合导致金属微粒的启举场强提高；覆膜后局部放电是金属微粒的带电机理；SF6气体压力增大使得金属微粒发生局部放电的起始场强升高，导致极化作用力增大，需要更高场强发生启举。
关键词：直流电压SF6气体电极表面覆膜电荷量极化作用力金属微粒启举中图分类号：TM75Influence Mechanism of Dielectric Coated Electrodes onMetallic Particle Lift-Off in SF6 Gas under DC VoltageLü Fangcheng1 Liu Hongyu1 Li Zhibing2 Dong Meng1 Yan Xianglian2（1. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy SourcesNorth China Electric Power University Beijing 102206 China2. China Electric Power Research Institute Beijing 100085 China）Abstract In order to study the influence mechanism of dielectrically coated electrode in SF6 gas under DC electric field on metallic particle lift-off, experimental platform was setup and motion trajectory was recorded by high-speed camera. The experiment results showed that with the increasing of SF6 gas pressures, the lift-off field of metallic particle was increased and the time to reach the high-voltage electrode was shortened. Instantaneous displacement of metallic particle was gained on the basis of image processing and computational method of charge quantity was raised on the combination of dynamics equation and least square method，analyzing of charge quantity showed that the metallic particle’s charge quantity decreased. Meanwhile, theoretical analysis model of field distribution around metallic particle under dielectric coated electrode was established, analyzing of electric field indicated that there was a enhance of electric field between coating and metallic particle and a transform of charge density distribution, which leaded to a downward polarization force for国家电网公司科技项目资助（GY71-16-070）。
收稿日期 2016-12-01 改稿日期 2017-03-19240 电工技术学报 2017年7月metallic particle. Both the decreasing of the electric charge quantity and the downward polarization force result in the increasing of lift-off field. On the whole, this article maintains that partial discharge is the charging mechanism of metallic particle; the enlargement of SF6 gas pressure brings about the raise of initial electric field of partial discharge, causing the increase of downward polarization force with higher electric field to lift-off.Keywords：DC voltage, SF6 gas, dielectric coated electrodes, electric charge quantity, polarization force, metallic particle lift-off0引言气体绝缘金属封闭输电线路（Gas Insulation Line, GIL）因其输送能力强、占地面积小、可靠性高等优点成为未来远距离、大规模输电的一种重要选择方式[1]。
然而，GIL在加工、运输、安装、运行过程中将不可避免地产生金属微粒[2]，由金属微粒运动导致的绝缘性能下降是GIL在工程应用中亟待解决的问题之一[2,3]。
低压电极表面覆膜是抑制金属微粒运动、改善金属微粒污染的一种重要措施，通过实验测量覆膜后金属微粒的启举场强，并和裸电极结果进行比较是研究覆膜对金属微粒启举场强影响的常见思路[4-6]。
基于该思路，文献[4,5]研究了交流电压下SF6气体中金属微粒（不锈钢球）在电极表面分别覆氧化铝膜、聚乙烯膜时的启举场强，文献[6]研究了交流电压下N2/SF6气体中线形金属微粒（铝质）在电极表面覆改性邻苯二甲酸酯膜时的启举场强，结果均表明在0.1～0.4MPa范围内，随着气体压力增大，金属微粒的启举场强提高。
上述电极表面覆膜对金属微粒启举影响的研究均在交流电压下进行。
与交流电压相比，直流电压下金属微粒受到单一方向的电场作用力在电极间发生贯穿性运动，导致金属微粒污染问题更加严重，因此直流电压下覆膜的研究显得尤为重要。
但目前对此研究较少，大部分工作在空气中开展[7,8]。
此外，电极表面覆膜后，阻止了金属微粒与电极接触时的直接带电，金属微粒与薄膜间的传导或局部放电成为金属微粒带电的主要机理，和裸电极相比金属微粒所带电荷量可能发生变化[8,9]，因此，明确金属微粒启举时的电荷量对研究电极表面覆膜对金属微粒启举的影响机理具有重要意义。
综合考虑直流电压下SF6气体中有关覆膜研究较少及金属微粒启举时的电荷量这一参数的重要意义，本文搭建了直流电压下SF6气体中电极表面覆膜后金属微粒启举的实验平台，获得了金属微粒的启举场强及运动图像；金属微粒运动图像处理方法（中值滤波、背景差分、形态学滤波）、运动力学方程、最小二乘法相结合计算得到了金属微粒启举时的电荷量；探讨了覆膜对金属微粒启举的影响机理;最后从机理上定性分析了SF6气体压力对金属微粒启举场强的影响。
1金属微粒启举实验1.1实验平台金属微粒启举实验平台如图1所示。
将平行板电极放置在可充SF6气体的密闭罐体中，直流电压通过套管施加到平行板电极上极板，下极板接地，罐体表面设置观察窗，使用高速摄像机观测并记录金属微粒启举后的运动轨迹。
为保证图片拍摄清晰，利用LED可调光源进行补光。
其中，平行板电极的（a）示意图（b）实物图图1 金属微粒启举实验平台Fig.1 Experimental platform of metallic particle lift-off第32卷第13期律方成等 直流电压下SF 6气体中电极覆膜对金属微粒启举的影响机理 241材质为黄铜，极板直径为20cm ，厚度为5mm ，极板边缘通过圆角处理，圆角半径为0.5mm ，电极间距为10mm ；低压电极所覆薄膜的材质和文献[7-9]相同，为PET （相对介电常数3.8，电导率1×10−14S/m ），厚度为100μm ；金属微粒为直径1mm 的铝球（密度为2 800kg/m 3）。
实验基本步骤：1）用浸有无水乙醇的丝绸擦拭电极和金属微粒保证金属微粒与电极表面洁净，待乙醇完全蒸发后，将金属微粒放置在下极板中心位置。
2）使用SF 6气体回收回充设备（RF −051）对封闭罐体进行抽真空（真空度至120Pa ）、充一定压力（0.1MPa 、0.15MPa 、0.2MPa ）的SF 6气体。
3）为方便后续图片处理，设置高速摄像机的帧率为 1 000fps 。
调节高速摄像机控制软件中的色温参数，使平行板电极间隙整体背景呈绿色、金属微粒呈黑色。
4）通过直流高压发生器（FVG −±150kV ）进行加压，升压速度为0.32～0.36kV/s ，直至金属微粒启举。
5）保存高速摄像机拍摄的金属微粒启举后的运动图片，回收SF 6气体，记录金属微粒启举时的电压数值并根据公式E=U /d 换算为场强数值，每组实验测量3次，得到金属微粒的平均启举场强E 。