一种绝缘子及提高绝缘子沿面耐电强度的方法

文档序号:9647470阅读:823来源:国知局
一种绝缘子及提高绝缘子沿面耐电强度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于绝缘子技术领域,特别设及一种绝缘子及提高绝缘子沿面耐电强度的 方法。
【背景技术】
[0002] 绝缘子在远低于自身W及相同尺寸真空间隙的击穿强度下就会发生沿面击穿,例 如真空的临界击穿约为350kV/cm,高纯度氧化侣陶瓷约为300~400kV/cm,而真空-氧化 侣陶瓷系统通常在几十kV/cm的电场下就会发生闪络,运种现象严重制约着高压真空电气 系统的绝缘性能。与常规电真空设备相比,脉冲功率装置因受体积的限制和紧凑性的要求, 其绝缘问题尤为突出。提高绝缘子的沿面耐电强度已成为大型脉冲功率装置发展中无法回 避的问题,是限制脉冲功率技术发展的瓶颈技术。因此,研究绝缘子沿面闪络现象及其形成 机理,寻找提高其闪络电压的方法意义重大。
[0003] 固体绝缘的沿面闪络在本质上是一种发生在高电场下复合介质系统中的复杂的 表面界面物理现象,大量研究表明:电极材料及结构,电极-介质接触方式,绝缘子材料及 几何形状、表面状况及预放电处理,施加电压波形,真空度,溫度,磁场等众多因素均可影响 绝缘子沿面闪络特性。研究认为在保证绝缘材料的力学、热学等性能的前提下,统筹考虑优 先选择介电常数小、表面电阻率适当小、二次电子发射系数小、浅能级陷阱密度低、表面释 气弱的材料有助于提高绝缘子在脉冲电压下的绝缘特性,单一参数优并不一定沿面耐电特 性好。对特定的绝缘结构,对界面附近电极与介质的形状进行优化设计,如电极嵌入绝缘材 料内部或绝缘材料嵌入电极内部、使用屏蔽环、绝缘子边缘倒角等措施可提高其沿面闪络 电压。只有优异的绝缘材料配合优化的绝缘结构设计才能表现出极佳的性能。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于提供一种绝缘子及提高绝缘子沿面耐电强度的方法,W提高绝 缘子的沿面闪络电压。
[0005] 为达到上述目的,本发明采用如下技术方案予W实现:
[0006] 一种绝缘子,包括两个绝缘子无刻槽区域和位于两个绝缘子无刻槽区域之间的绝 缘子刻槽区域;绝缘子刻槽区域上设有若干个槽;槽中设置有嵌入电极。
[0007] 进一步的,两个绝缘子无刻槽区域上分别设置有阴极和阳极;所述槽、阴极和阳极 位于绝缘子同一侧。
[0008] 进一步的,绝缘子刻槽区域与阴极的距离为Omm ;或者,绝缘子刻槽区域与阳极的 距离为Omm ;或者,绝缘子刻槽区域与阳极之间的间距大于Omm ;绝缘子刻槽区域与阴极之 间的间距大于Omm ;阴极和阳极之间的中屯、线与绝缘子刻槽区域的中屯、线重合。
[0009] 进一步的,该绝缘子的材料为常用有机绝缘材料,如聚四氣乙締、有机玻璃、交联 聚苯乙締、聚乙締、聚碳酸醋、环氧树脂、聚酷亚胺等。
[0010] 进一步的,绝缘子刻槽区域占绝缘子表面积的1/3~1/2 ;槽的延伸方向与阴极和 阳极之间的连线垂直。
[0011] 进一步的,阴极和阳极之间的间距为15mm,绝缘子刻槽区域长5mm,绝缘子表面刻 槽形状为矩形,刻槽参数为:槽宽G, 0.5mm,槽深Gd 2mm,槽间距Gd0.5mm,嵌入电极采用直 径0. 5mm的铜丝,阴极与阳极均采用不诱钢。
[0012] 进一步的,绝缘子无刻槽区域靠近绝缘子刻槽区域的边沿距离绝缘子刻槽区域最 外侧的槽的外边沿半个槽间距。
[0013] 一种提高绝缘子沿面耐电强度的方法,包括W下步骤:
[0014] (1)制备绝缘子,并于其表面进行刻槽,形成绝缘子刻槽区域,绝缘子刻槽区域占 绝缘子表面积的1/3~1/2;
[0015] (2)制备嵌入槽中的嵌入电极,嵌入电极与步骤中的刻槽相匹配;嵌入表面进行 抛光处理,使其表面无能够导致电场崎变的缺陷;
[0016] (3)将上述步骤(2)中制备的嵌入电极安装于步骤(1)所制备的刻槽底部。
[0017] 进一步的,槽的形状为矩形,嵌入电极的形状为圆形或矩形;所述缺陷为尖端或毛 刺。 阳01引进一步的,
[0019] 绝缘子刻槽区域与绝缘子上的阴极安装区域的距离为Omm ;
[0020] 或者,绝缘子刻槽区域与绝缘子上的阳极安装区域距离为Omm ;
[0021] 或者,绝缘子刻槽区域与绝缘子上的阴极安装区域的间距大于Omm;绝缘子刻槽 区域与绝缘子上的阳极安装区域之间的间距大于Omm;绝缘子上的阴极安装区域和绝缘子 上的阳极安装区域之间的中屯、线与绝缘子刻槽区域的中屯、线重合。
[0022] 进一步的,绝缘子上的阴极安装区域和绝缘子上的阳极安装区域之间的间距为 15mm,绝缘子刻槽区域长5mm,绝缘子表面刻槽形状为矩形,刻槽参数为:槽宽Gw 0. 5mm,槽 深Gd 2mm,槽间距Gd0. 5mm,嵌入电极采用直径0. 5mm的铜丝。
[0023] 相对于现有技术,本发明具有W下有益效果:
[0024] 基于二次电子发射雪崩(Secondary electron emission avalanche,沈EA)理论, 真空中绝缘子的沿面闪络起始于阴极、真空W及绝缘材料的结合处的场致电子发射,初始 电子在电场作用下与绝缘材料表面发生碰撞形成二次电子发射,进而产生电子雪崩,引起 表面吸附气体脱附并电离而引发闪络。本发明提出的绝缘介质沿面耐电特性提高技术,同 时利用绝缘子表面刻槽W及因嵌入金属电极而产生周期性变化的法向电场达到调整绝缘 子表面的二次电子发射及倍增过程,从而实现提高绝缘子沿面耐电特性的目的。本发明方 法易于实现加工,制造技术难度低,有利于向实际工程应用层面转化,推动脉冲功率技术的 发展。
【附图说明】
[00巧]图1为本发明嵌入金属的表面刻槽绝缘子结构的剖视示意图。图中:1为绝缘子 刻槽区域,2为绝缘子无刻槽区域、3为嵌入金属,4为阴极,5为阳极。另外,图中各物理量 定义为:G,-槽宽,G-槽深,Gd-槽间距,1-刻槽区域与阴极的距离,d-电极间距。
[0026] 图2为样品闪络时延特性测试所采用的冲击电压波形示意图。
[0027] 图3为PTFE绝缘子刻槽靠近阴极(1 = 0)时的真空沿面闪络时延特性示意图。
【具体实施方式】
[0028] W下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明,应当理解,此处所描 述的具体实施例仅用W解释本发明,并不用于限定本发明。
[0029] 请参阅图1所示,本发明一种绝缘子包括:绝缘子、嵌入金属3、阴极4、阳极5。绝 缘子包括两个绝缘子无刻槽区域2和位于两个绝缘子无刻槽区域2之间的绝缘子刻槽区域 1,阴极4和阳极5分别设置于两个绝缘子无刻槽区域2上。绝缘子刻槽区域1外周设有多 个槽;槽中设置有嵌入电极3。绝缘子刻槽区域1与绝缘子无刻槽区域2之间的边界为绝 缘子刻槽区域1的最两侧的槽的外边沿+1/2槽间距Gd。绝缘子可W为平板形、圆弧形或其 它形状。
[0030] 本发明一种提高绝缘子沿面耐电强度的方法,包括W下步骤:
[0031] (1)制备绝缘子,并于其表面的局部高场区域进行刻槽(靠近阴极、靠近阳极、 W及电极中间区域),形成绝缘子刻槽区域(1),绝缘子刻槽区域(1)占绝缘子表面积的 1/3~1/2 ;刻槽形状可选为矩形;绝缘子可W为矩形板或其它形状;
[0032] (2)制备嵌入槽中的嵌入电极(3),嵌入电极与步骤(1)中的刻槽相匹配,嵌入电 极形状可选为圆形或矩形;嵌入表面进行抛光处理,使其表面无尖端、毛刺等能够导致电场 崎变的缺陷;
[0033] (3)将上述步骤(2)中制
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