西安交通大学9XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY绝缘沿面放电闪络-II真空中固体介质表面放电的诊断、机理及抑制技术西安交通大学电气工程学院先进高电压与等离子体技术研究中心1896
绝缘沿面放电闪络-II ——真空中固体介质表面放电 的诊断、机理及抑制技术 西安交通大学 电气工程学院 先进高电压与等离子体技术研究中心
目录1研究背景真空中固体介质表面放电现象2诊断及物理机制电荷固体介质二次电子发射、3陷阱、气体解吸附特性基于材料选型和结构优化的4表面放电抑制技术-2-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -2- 目 录 固体介质二次电子发射、电荷 陷阱、气体解吸附特性 真空中固体介质表面放电现象、 诊断及物理机制 4 3 2 基于材料选型和结构优化的 表面放电抑制技术 1 研究背景
背景：了真空-固体复合绝缘的应用LIA类似装置电真空径向绝缘支撑电真空LIA注入器器件真空断路器电力系统真空Z箍缩真空固体类似装置开关设备绝缘技术轴向绝缘堆Z-Pinch绝缘堆航天器其它各种绝缘脉冲功率器件材料HPM介质窗-3-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -3- 背景：真空-固体复合绝缘的应用 其它 脉冲功率器件 电力系统 LIA类似装置 Z箍缩 类似装置 径向绝缘支撑 轴向绝缘堆 真空 开关设备 真空固体 绝缘技术 LIA注入器 Z-Pinch绝缘堆 真空断路器 HPM 介质窗 电真空 电真空 器件 航天器 各种绝缘 材料
真空表面放电现象（1）一航天器充放电和微放电破坏高低高电场/带电高真空温粒子轰击微放电是口带电粒子轰击引起的充放电、美国NASA统计326次航天器事故导致航天器故障的主要原因辐照损伤其他原因放电事故太阳电池帆板12.04%5.35%资料来源：>50%504所静电放电54.18%单粒子效应28.43%帆板驱动机构资料来源：NASA口我国多颗导航、通信卫星在轨运行放电破坏微波器件或地面实验中多次发生放电破坏口其中2010~2015年，我国某关键地球同步轨道卫星发生44次与空间环境相关放电异常真空中固体绝缘放电是影响航天器性能的关键因素-4-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -4- 真空表面放电现象(1)— 航天器充放电和微放电破坏 p我国多颗导航、通信卫星在轨运行 或地面实验中多次发生放电破坏。 p其中2010~2015年，我国某关键地球 同步轨道卫星发生44次与空间环境 相关放电异常。 高真空 高低 温 高电场/带电 粒子轰击 p 带电粒子轰击引起的充放电、微放电是 导致航天器故障的主要原因 放电事故 >50% 资料来源： 504所 美国NASA统计326次航天器事故 资料来源： NASA 真空中固体绝缘放电是影响航天器性能的关键因素！
真空表面放电现象（2）一脉冲功率装置的真空-固体绝缘放电多种绝缘介质：电工陶瓷、聚合物等高真空高电场/带电粒子轰击穿越不同介质的功率流密度~33mEBDPmas介质类型8,O-nel(MV/m)(TW/m2)水80751~2130~270真空401~104.2~421塑料2.310012480真空-固体绝缘15L15界面惯约VISPFLMarxVertical TriLaserSwitchplate TL聚变区体击穿场强沿面闪络场强NMaR阳极anodePFLa影响因素繁多真空沿面放电闪络物理过程复杂PFL机理认识不清Switch工程应用受限PFLMIR真空水介质！阴极cathode绝缘结构紧性（提高工作场强、减小结构电感）真空沿面绝缘放电是瓶颈！专论》-5-XianJiaotons
Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -5- 真空表面放电现象(2)—脉冲功率装置的真空-固体绝缘放电 Marx IS Laser Switch Vertical Tri- plate TL Water convolute MITL & load VIS PFL ~ 33 m ~ 6 m Marx IS Laser Switch PFL Water Switch Tri-Plate TL Marx IS Laser Switch PFL Water Switch VIS MITL DPHC Load . . . . . . 1 12 Marx IS Laser Switch PFL Water Switch Tri-Plate TL Marx IS Laser Switch PFL Water Switch . Oil Water Oil Water 水介质 真空 Water . . . . . . convolute 穿越不同介质的功率流密度 绝缘结构紧凑性(提高工作场强、减小结构电感) 真空沿面绝缘放电是“瓶颈”！ 沿面闪络场强 << 体击穿场强 影响因素繁多 物理过程复杂 机理认识不清 工程应用受限 真空沿面放电闪络 介质类型 εr EBD (MV/m) αnet Pmax (TW/m2) 水 80 75 1~2 130~270 真空 1 40 1~10 4.2~42 塑料 2.3 100 12 480 真空-固体绝缘 界面 1 15 15 7 惯约 聚变区 高真空 高电场/带电粒子轰击 多种绝缘介质：电工陶瓷、聚合物等