一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及绝缘子技术领域，特别涉及一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方 法。
【背景技术】
[0002] 固体绝缘子在各种高压设备和脉冲功率设备中的主要作用是支撑结构和电气绝 缘。因此其绝缘水平的高低决定了这些设备的耐受电压以及功率的大小。但是由于绝缘子 通常与气体、液体以及真空等氛围构成复合绝缘系统，而这样的系统中绝缘子在远低于自 身以及相同尺寸氛围间隙的击穿强度下就会发生沿面闪络，以氧化铝陶瓷为例，真空（ΠΓ 3Pa)的击穿场强的临界值为350kV/cm，高纯度氧化铝陶瓷约为300~400kV/cm，而真空-氧 化铝复合绝缘系统通常在几十kV/cm的外加场强作用下就会发生闪络现象，仅为真空耐电 强度的10~30%左右。因此，研究固体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] 影响材料沿面闪络的因素较多，如施加电压波形、绝缘体几何形状及长度、绝缘体 几何面积、绝缘体表面处理、绝缘体材料介电常数、绝缘体预放电处理、电极材料及其几何 形状、多层高梯度绝缘技术等，其中电极结构及其与材料的接触方式对闪络电压有较大影 响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，通过在绝缘 材料表面形成金属膜电极以改善电极-介质接触，同时将电极嵌入绝缘材料内部，以提高其 闪络电压。
[0005] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
[0006] -种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，包括以下步骤:在固体绝缘材料的 表面进行凹陷处理形成凹陷，并在凹陷中制备一层金属膜电极;所述凹陷的形状与设置在 固体绝缘材料上的电极形状相配合。
[0007] 进一步的，所述凹陷的深度大于金属膜电极的高度，金属膜电极沉积在凹陷底部。
[0008] 进一步的，利用溅射、热蒸镀、等离子体化学气相沉积等方法在固体绝缘材料的凹 陷区域底面制备金属膜电极。
[0009] 进一步的，所述金属膜电极的材质为金、银、铜等导电性能良好的金属材料。
[0010] 进一步的，电极嵌入凹陷内并紧贴金属膜电极。
[0011] 进一步的，所述固体绝缘材料的材质为有机玻璃;尺寸Φ 35mm X 4mm，电极为圆形 电极，高度2 mm;凹陷形状为圆形，深度为3 mm;凹陷底部制备的金属膜电极的材质为金，厚度 为10nm。
[0012] 进一步的，所述固体绝缘材料的表面间隔设置有两个凹陷，每个凹陷底部制备有 金属膜电极;两个金属膜电极上分别紧贴有作为阴极和阳极的电极。
[0013] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:实际工程中，电极与材料之间往往存 在间隙，间隙的存在将畸变三结合点处（电极、材料、氛围）的电场强度，引起闪络电压的降 低，因此，本发明在绝缘材料表面制备金属膜电极(如金、银、铜等）以消除电极和固体绝缘 材料之间的间隙，改善二者之间的接触，提高系统的闪络电压；同时对材料表面进行凹陷处 理，并将金属电极嵌入其中，可避免在制备金属膜电极过程中在电极、材料以及氛围的三结 合处形成新的电场畸变点而降低闪络电压的可能。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明表面凹陷处理后的绝缘材料示意图。
[0015] 图2所示为本发明所用罩盖示意图。
[0016] 图3所示为处理后的绝缘材料和罩盖组合示意图，图中：1为罩盖，2为固体绝缘材 料。
[0017] 图4所示为本发明的方法流程图。
[0018] 图5所示为实施例中绝缘系统示意图。图中：2为处理好的固体绝缘材料，3为两个 圆形电极，4为两个金属膜电极。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
[0020] 本发明一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，具体包括以下步骤：
[0021] 步骤1:根据实际工作状况确定固体绝缘结构的绝缘指标，以此设计绝缘结构的各 项参数:具体包括固体绝缘材料的选取和电极的形状参数、尺寸参数的设计；
[0022] 步骤2:根据上述步骤（1)中的电极形状和尺寸参数在选取的固体绝缘材料2表面 进行凹陷处理，凹陷区域与电极形状相配合以保证电极能被嵌入其中，如图1所示。同时根 据电极形状制作罩盖1，如图2所示，其形状需与凹陷区域相配合以确保金属粒子能全部沉 积在凹陷区域底面，罩盖所用材料一般为金属材料，其中罩盖在凹陷区域的壁厚即为金属 膜电极与凹陷内壁的距离，一般为1mm。
[0023] 步骤3:将上述步骤(2)中处理好的绝缘材料和罩盖组合在一起，如图3所示，利用 溅射、热蒸镀、等离子体化学气相沉积等方法在材料凹陷区域底面制备金属膜电极。
[0024] 本发明所制备的固体绝缘材料使用时，将电极嵌入凹陷内并紧贴金属膜电极。
[0025] 实施例：
[0026] 步骤（1):电极为圆形电极，高度2mm，直径10mm;选取有机玻璃(PMMA)作为绝缘材 料，尺寸 Φ 35mm X 4mm ；
[0027] 步骤(2):在有机玻璃上进行凹陷处理，形成两个相距5mm的圆形凹陷区域，其深度 为3mm，且直径与圆形电极直径相同；同时根据电极形状制作溅射时所用的罩盖，罩盖材料 为不锈钢，形状与两个凹陷区域相配合，确保金属粒子能全部沉积在两个凹陷区域底面。
[0028] 步骤(3):将上述步骤(2)中处理好的绝缘材料和罩盖组合在一起，并利用离子溅 射仪对材料凹陷区域底面溅射金属膜电极(材料为金，厚度为l〇nm)，然后再将该试样与电 极装配形成的绝缘系统，如图5所示，图中2为处理好的固体绝缘材料，3为两个圆形电极；
[0029] 将上述步骤(3)中形成的绝缘系统在沿面闪络特性测试平台上进行测试，测试波 形为标准雷电波（1.2/50ys)，测试参数为首次闪络场强Efb、老练场强Ec。以及耐受场强E h。。 处理前后绝缘材料的真空表面闪络场强如表1所示。
[0030] 表1处理前后绝缘系统的闪络场强对比（单位:kV/cm)
[0031]
[0032] ~可以看出，经过处理后，材料的首次闪络场强Efb提高了96.1%;老练场强E。。提高_ 了 102.7%;耐受场强Eh。提高了90.9%。由实施例可见，本发明可大幅提高绝缘材料的沿面 闪络特性。
【主权项】
1. 一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，其特征在于，包括以下步骤:在固体绝 缘材料的表面进行凹陷处理形成凹陷，并在凹陷中制备一层金属膜电极;所述凹陷的形状 与设置在固体绝缘材料上的电极形状相配合。2. 根据权利要求1所述的一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，其特征在于，所 述凹陷的深度大于金属膜电极的高度，金属膜电极沉积在凹陷底部。3.根据权利要求1所述的一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，其特征在于，电 极嵌入凹陷内并紧贴金属膜电极。4.根据权利要求1所述的一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，其特征在于，所 述金属膜电极的材质为金、银、铜。5.根据权利要求1所述的一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，其特征在于，所 述固体绝缘材料的材质为有机玻璃;尺寸Φ 3 5 mm X 4 mm，电极为圆形电极，高度2 mm;凹陷形 状为圆形，深度为3mm;凹陷底部沉积的金属膜电极的材质为金，厚度为10 nm。6. 根据权利要求1所述的一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，其特征在于，所 述固体绝缘材料的表面间隔设置有两个凹陷，每个凹陷底部沉积有金属膜电极;两个金属 膜电极上分别紧贴有作为阴极和阳极的电极。
【专利摘要】本发明公开一种提高固体绝缘材料沿面闪络特性的方法，包括以下步骤：在固体绝缘材料的表面进行凹陷处理形成凹陷，并在凹陷中制备一层金属膜电极；所述凹陷的形状与设置在固体绝缘材料上的电极形状相配合；所述凹陷的深度大于金属膜电极的高度，金属膜电极沉积在凹陷底部；电极嵌入凹陷内并紧贴金属膜电极。本发明在绝缘材料表面制备金属膜电极(如金、银、铜等)以消除电极和固体绝缘材料之间的间隙，改善二者之间的接触，提高系统的闪络电压；将金属电极嵌入绝缘材料内部，可以有效地避免在制备过程中在电极、材料以及氛围的三结合处形成新的电场畸变点而降低闪络电压的可能。
【IPC分类】G01R31/12
【公开号】CN105467281
【申请号】CN201510808474
【发明人】张冠军, 王艺博, 苏国强, 宋佰鹏, 周润东, 王勐, 李逢
【申请人】西安交通大学, 中国工程物理研究院流体物理研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月19日