真空沿面闪络的研究与进展.docx

材料科学与工程学院
本科毕业设计（论文）外文资料翻译

原文名称DevelopmentProcessofImpulseSurfaceFlashover
onAluminaDielectricsinVacuum
原文作者HirokiKojima,NaokiHayakawa，TsugunariIshida,HitoshiOkubo，KenjiTsuchiya
原文出版物IEEETransactionsonDielectricsandElectricalInsulation
翻译内容页码918~923
中文名称真空中氧化铝电介质的脉冲沿面闪络发展过程
学生姓名赵龙飞
专业复合材料与工程
学号1105100130
2014年1月

真空中氧化铝电介质的脉冲沿面闪络发展过程
摘要：为了真空断路器（VCB）更高的电绝缘性能，真空中的表面绝缘特性应提高。在本文中，我们研究了真空中氧化铝陶瓷绝缘体的脉冲沿面闪络发展机制。通过施加脉冲电压和电流波我们同步测量了静态图像和快速发展中的沿面闪络的超高速分幅图像。沿面闪络引发的光辐射跃迁也被阐明。真空条件下在沿面闪络的发展过程中我们发现在阴极周围形成了暗区并且从阳极形成了导电通道。
关键词：真空，沿面闪络，表面放电，氧化铝绝缘体，二次电子发射
1、引言
为了环保，真空断路器（VCB）和真空灭弧室（VI）都需要开发更高的电压应用[1]。为了提高真空断路器（VCB）和真空灭弧室（VI）的运行电压，有必要提高真空中的高压电气绝缘性能。尤其对固体绝缘体来说沿面闪络是VCB/VI的电绝缘性的基本因素之一。
二次电子发射雪崩（SEEA）可以引发沿面闪络[2]。它受绝缘体的许多因素的影响，例如材料特性，表面状态和表面电荷分布[3-9]。我们已经研究了氧化铝表面的充电特性和表面充电对闪络特性的影响[10，11]。沿面闪络引发的基本特性已经得到阐明。然而，真空中沿面闪络发展过程的基本机制本身尚未被详细阐明。
在本文中，通过施加脉冲电压和电流波我们同步测量了静态图像和快速发展中的沿面闪络的超高速分幅图像。在闪络过程中专注于电流和光发射的同时我们研究了脉冲沿面闪络的表面放电发展机制。
2、实验
2.1、实验装置
图1示出了实验装置和测量系统。腔室中的真空压力设定在10-5Pa指令上。脉冲发生器产生一个负脉冲电压(-1.2/50μs)。我们通过万能分压器测量了电压波和由高频电流互感器测量了放电电流波。放电超高速分幅图像是使用了图像增强器（I.I.）的数码相机测量的，其暴露时间由脉冲发生器利用栅极信号被控制在纳秒。每施加一个电压通过两个独立的摄像系统我们可以先后得到两幅图像。

图1实验装置和测量系统
图2示出了电极结构。氧化铝电介质（HA-92）的尺寸为150㎜×150㎜×5㎜，平均表面粗糙度（Ra）为亚微米级。高压电极的直径为2毫米。对面的接地电极直径是20mm。这些电极是由SUS304不锈钢制成。实验前，氧化铝样品和电极用乙醇在超声波清洗器中进行清洗，并在真空干燥器中干燥超过12小时。在对面的接地电极端测量放电电流。
图3示出了该电极系统中的等电位分布。电场线几乎垂直的入射到氧化铝表面。
我们在高电压电极端施加一个负脉冲电压并产生了沿面闪络。我们测量了沿面闪络的电压和电流波，并测量了每个施加电压的两个超高速光发射图像。
图2电极结构图3等电位分布2.2、实验结果
图4显示施加-28kV脉冲时沿面闪络的静态图像没有增强。在高压电极和对面的接地电极之间有沿面闪络路径并且在电极周围有强光发射。
图5示出了施加脉冲电压时的沿面闪络电压和电流波的一个例子。在电压峰值附近电流升高。注意到闪络发展过程在击穿之前存在了200-400ns，并且电流和光强度随电压下降而增加。

图4表面闪络静态图像（-28kV）图5沿面闪络波
图6示出了沿面闪络的超高速分幅图像和施加电压及放电电流，即同每两个图像相对应。图6a对应于图6a-1和6a-2，图6b对应于图6b-1和6b-2，图6c分别对应图6c-1和6c-2。

图6高速分幅图像和沿面闪络波形
分幅图像的曝光时间为50ns。在图6中，时间（a-1）是电流开始的时刻并且时间（a-2）是电流刚开始之后的点。时间（b-1）处于闪络发展过程之中。时间（b-2），（c-1）和（c-2）分别是刚击穿之前，击穿的瞬间和刚击穿后。图6a-1和6a-2表明，在闪络发展过程的早期阶段光发射在氧化铝表面从高压电极延伸。图6b-1和6b-2表明，高压电极的周围形成暗区并且对面的接地电极周围的光发射变得更亮。在图6a-2至图6b-2中，暗区在氧化铝表面上逐渐延伸。图6c-1和6c-2表明，强光发射从对面的接地电极延伸，并导致高压电极击穿。图6b-2表示在图6c-1中所示的光发射开始形成。这些在闪络发展过程中