沖擊電壓下納米改性液體電介質(zhì)中空間電荷時空分布特性研究.pdf

1、液體電介質(zhì)的擊穿以流注發(fā)展為基礎(chǔ)，而放電過程中空間電荷的存在會影響液體電介質(zhì)內(nèi)部的電場分布，從而對流注發(fā)展產(chǎn)生極為重要的影響。又有研究表明，納米粒子的添加會對液體電介質(zhì)的絕緣強度產(chǎn)生影響。因此，研究液體電介質(zhì)中空間電荷的測量方法，分析空間電荷對于液體介質(zhì)絕緣性能的作用原理以及納米改性液體電介質(zhì)改善絕緣特性的作用機理，對于指導(dǎo)大型超特高壓電力設(shè)備內(nèi)絕緣優(yōu)化改善和電網(wǎng)過電壓水平的提升意義深遠。本文基于改進的Kerr電光場圖測量系統(tǒng)，圍繞操作

2、沖擊電壓下液體電介質(zhì)（包含納米改性液體電介質(zhì)）中電場和空間電荷的測量方法、納米粒子對液體電介質(zhì)中空間電荷的影響以及空間電荷對放電過程的影響規(guī)律展開細致深入的研究。
　　通過研究Kerr電光場圖測量方法的基本原理，從光學(xué)矢量和Jones矩陣的角度對不同偏振器件和玻片組合情況下的電場強度計算公式進行了推演和歸類總結(jié)。將陣列型光電探測器引入Kerr電光場圖測量系統(tǒng)，解決了CCD相機無法連續(xù)拍攝的問題。CCD相機能記錄光強隨空間的變化規(guī)律

3、，采集特點為時間離散、空間連續(xù)；而陣列型光電探測器能采集光強隨時間的發(fā)展變化規(guī)律，采集特點為時間連續(xù)、空間離散。針對CCD和陣列型光電探測器各自的特點，選擇合適的光學(xué)元件完成CCD測量系統(tǒng)和陣列光探測量系統(tǒng)的搭建，詳細闡述了兩個測量系統(tǒng)的試驗方法和對應(yīng)的圖像處理方法。通過本文研制的測量方法，使用陣列光探得到了平行平板電極間空間電場強度和空間電荷密度隨極板間隙距離和時間的三維變化規(guī)律。通過對陣列光探測量系統(tǒng)的測量結(jié)果進行誤差分析以及與CC

4、D測量結(jié)果進行對比分析，驗證了陣列光探測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。
　　選擇Fe3O4納米粒子（粒徑20nm，鐵磁性納米粒子）對碳酸丙烯酯液體進行改性，使用超聲分散方法來配備納米改性碳酸丙烯酯，并用分光光度法驗證所配納米流體的穩(wěn)定性。改性前后碳酸丙烯酯的操作沖擊擊穿試驗結(jié)果表明，鐵磁性納米粒子的添加使得碳酸丙烯酯平板電極間正極性操作沖擊擊穿電壓提高11.65％，同時平均擊穿時間也有所下降。對改性前后碳酸丙烯酯平行平板電極間的電場分布

5、和空間電荷分布進行時間連續(xù)性測量，得到電場和空間電荷的時空特性分布。從電場分布圖看出，在純碳酸丙烯酯中電場分布呈現(xiàn)出上凸形狀，而相同時刻下納米流體中的電場分布曲線形狀則平坦得多，這說明納米粒子的存在使得電場由于空間電荷引起的畸變更?。粡目臻g電荷時空動態(tài)分布圖中看出，F(xiàn)e3O4納米粒子的添加不但降低了空間電荷密度的峰值，還使得空間電荷的消散過程明顯加快。分析認為碳酸丙烯酯在經(jīng)過納米改性后，鐵磁性納米粒子能夠吸附快速移動的自由電子并轉(zhuǎn)化為慢