摘要：为了从微观角度分析绝缘材料老化和击穿的原因,研制了一套基于电声脉冲法(PEA)直接测量聚合物中空间电荷分布的试验装置。分析了电声脉冲法测量空间电荷的原理;设计了一种基于测试系传递函数的陡脉冲(幅值600V,脉宽10ns),以消除由系统硬件引起的过冲;讨论了各种干扰对测量结果的影响,设计了前置宽带高频小信号放大电路(增益34dB,带宽340MHz)和压电传感器。试验表明,该测量装置的分辨率可达到30μm,输出波形能直接反映试样中空间电荷分布,避免了复杂的数学处理,并以此装置实测了变频电机绝缘用聚酰亚胺膜中空间电荷的分布。

摘要：研制了基于电声脉冲法(PEA)直接测量聚合物中空间电荷分布的测试装置。首先分析了普通电声脉冲法测量空间电荷的原理和测试系统传递函数,得到了一种基于测试系统传递函数倒数的陡脉冲输入波形,以消除由系统硬件带宽限制而引起的过冲;根据一种线脉冲发生器原理研制的脉冲发生器能产生脉宽8 ns的陡脉冲。通过对压电传感器引出线的特殊设计,减少了因接触气隙而导致的声脉冲色散。最后通过对测试系统的实验和标定,表明该装置能有效去除过冲,并得到样本中的实际电荷密度值,并以此装置实测了聚酰亚胺膜中空间电荷的分布。

摘要：温度变化时聚合物材料内部的电荷输运特性或电极/介质界面处电荷注入的特性可能发生改变。因此,研究聚合物绝缘材料在高温下的空间电荷特性十分必要。该文采用新型的、具有高居里点的聚偏氟乙烯–三氟乙烯(polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene,P(VDF-TrFE))薄膜作为压电传感器,分体设计了脉冲耦合电路、信号放大器电路和电极加热单元,建立了适用于室温~110℃的电声脉冲法(pulsed electro-acoustic method,PEA)空间电荷测量系统。从电声脉冲法测量空间电荷的原理出发,分析了对压电传感器输出的电压信号、最终空间电荷密度值的影响因素。计入了温度对试样中的声速和试样相对介电常数的影响,得出了温度影响空间电荷密度的幅值和位置的校正方法。利用该系统测量了纯环氧试样在不同温度下的空间电荷分布特性。

摘要：提出一种交流电压下的电声脉冲法空间电荷测试新方法。采用电脉冲作为触发源,利用数字示波器的长存储功能同时获取空间电荷信号和高压交流电压信号,从而避免了传统交流空间电荷测试方法的硬件同步。通过调整脉冲发生器的频率可获取不同相位下的高压交流下的空间电荷响应,并通过平均若干个交流周期的空间电荷信号获得足够信噪比的相位相关的空间电荷信号。通过对低密度聚乙烯工频50 Hz下的空间电荷测量结果表明,在交流电场下,下电极附近区域会形成异号电荷;与传统的交流空间电荷测量系统相比,由于测量时间得到很大程度缩短空间电荷信息能够最大限度保存,并且新系统较老系统有更高的相位分辨率,空间电荷衰减图形更能逼真的反映电荷动态变化。

摘要：以高频电力变压器等为代表的新型电力系统装备面临大容量化、紧凑型发展需求,但装备多层复合绝缘材料中的电荷积聚问题严重影响其安全稳定运行,基于电声脉冲法测试空间电荷分布有利于分析其时空演化特性,但测试系统中的复杂声波透射与反射过程直接影响多层介质的电荷结果分析。本文基于电声脉冲测试信号传递和基本传输线系统中信号传播的相似性,提出了电声脉冲系统的等效表征原理,并结合与实验测量波形的一致性模拟结果验证了模型的可靠性。进一步,基于所构建传输线模型,开展了多层绝缘介质下的电荷仿真模拟,研究表明介质及吸声材料厚度是影响多层介质电荷测量结果的关键因素。基于此,提出了适用于多层介质的电声脉冲法测量遴选标准,所提出方法可有效减少声波反射对测量结果的影响。同时,针对声阻抗匹配程度对测量结果的影响作用机制开展研究,模拟结果表明:当半导电电极与试样声阻抗不相等时,将改变界面处的声波产生系数,进而影响上电极界面侧的被测信号幅值;而当传感器与背衬吸声部分的声阻抗不相等时,则会导致所测结果中所有界面处电压波形发生畸变,出现波形展宽和拖尾的情况。本文相关工作可为多层介质电声脉冲测量实验设计与波形恢复提供相关指导。

摘要：空间电子辐射环境中绝缘介质充放电特性与介质表面电荷交换过程或内部电荷迁移过程密切相关.介质表面/内部电荷运动很大程度上取决于材料的微观特性,空间电荷与陷阱是反映绝缘介质微观特性的重要参数.本文综述了电子辐射环境中绝缘介质内部空间电荷和陷阱的形成、作用机理、测量方法、存在的问题及国内外研究现状.首先,简要介绍了入射电子与介质材料的相互作用机理及沉积电荷的形成;分析了电子束辐射下介质内部电荷迁移模型,辐射诱导电导模型(RIC模型)和电子-空穴对的产生/复合模型(GR模型)的优缺点;对比分析了经典电声脉冲法(PEA)以及适用于电子束辐射下空间电荷测量的"短路PEA"和"开路PEA",并总结了电子辐射下PEA装置设计中存在的主要技术难点;其次,简要介绍了电子束辐射下陷阱的形成及作用机理,分析了聚合物介质陷阱参数的提取方法,如热刺激电流法、表面电位衰减法(电晕注入方式或电子辐射方式)、空间电荷衰减法,指出在同一真空环境中完成电子注入和表面电位测量的方法较适合空间介质材料陷阱参数的表征,并以聚酰亚胺为例,进行了陷阱参数提取;最后,从理论模型、参数表征和测量技术等方面,展望了空间绝缘介质亟需解决的科学问题.

摘要：传导电流可以反映电介质中载流子运输过程的许多微观特性。为了研究传导电流与空间电荷分布之间的关系,基于电声脉冲法(PEA)开发研制了一套可以同步测量电介质材料空间电荷与传导电流的系统。该测试系统重点设计了电极系统,通过将下电极分区域进行设计,实现了同步测量传导电流和空间电荷的功能。利用本系统分别对PE材料和ZnO材料进行了空间电荷及传导电流的测试,测量结果与相关文献的测试结果对比表明,该系统可以很好地对电介质材料进行空间电荷的测试,并能够同步测量材料的传导电流。

摘要：电声脉冲法(PEA)是一种目前较为流行的空间电荷分布测量技术,使用该法的一个前提条件是必须产生一个高压脉冲。阐述了电声脉冲法(PEA)测量电介质中空间电荷的原理,并分析了高压脉冲波形对测量信号的影响。在分析传统高压脉冲发生器的基础上,介绍了一台新型带相位检测的高压脉冲发生器,从而使PEA空间电荷测量系统能够适合交流电压下的电缆绝缘测试,该发生器能够形成50 ns、100 ns和200 ns的5 kV陡脉冲电压信号。

摘要：聚四氟乙烯(PTFE)薄膜与硅油构成的复合绝缘材料在干式高压电器有着广泛的应用。但是聚四氟乙烯作为复合绝缘的关键组成部分,其空间电荷分布特点还不清楚,而已有的研究表明,空间电荷对绝缘放电有着不可忽略的影响。本文采用电声脉冲法对聚四氟乙烯薄膜在不同温度下的空间电荷分布进行了测量。结果表明,在外加直流电场的作用下,PTFE介质中容易积聚负极性空间电荷。其次温度的提高有助于加快聚四氟乙烯介质的空间电荷消散速率,有助于电荷消散。但是,温度的提高同样会导致PTFE的空间电荷注入、积聚速度加快,并促进介质中杂质电离,使得PTFE介质中积聚更多的空间电荷。因此,从尽量消除介质空间电荷的角度,建议PTFE绝缘介质尽量避免在高温下运行工作。

摘要：采用电声脉冲法测量空间电荷时需要对试样施加脉冲激励,使试样中的空间电荷发生微弱位移产生机械波。为了获得足够高的信噪比,必须连续采集多个信号进行平均处理,对于多数测试系统平均次数至少需要40次。测量一次所需时间为脉冲频率和平均次数的乘积,因此脉冲源的频率决定了测量的速度。基于高压固体开关设计了高压高频脉冲源,可产生半峰宽5 ns至380 ns的窄脉冲,兼具连续脉冲模式和脉冲簇模式,脉冲重复频率可达3 k Hz,在脉冲簇模式下脉冲间隔最小为1μs,输出脉冲幅值最大为2.5 k V。经设备校验可知脉冲源可有效提高空间电荷测试速度,并适用于交流甚至任意波形下的空间电荷测试。