直流电压下陶瓷绝缘材料的表面电荷积聚与消散特性

张豪峰; 刘卓; 罗兵; 肖微; 钟正; 王佳曦; 王希林

doi:10.13957/j.cnki.tcxb.2025.03.010

陶瓷学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (03) : 530 -538. DOI: 10.13957/j.cnki.tcxb.2025.03.010

直流电压下陶瓷绝缘材料的表面电荷积聚与消散特性

张豪峰, 刘卓, 罗兵, 肖微, 钟正, 王佳曦, 王希林

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摘要

表面电荷积聚容易引发沿面闪络事故。对于直流电压下DC-GIS、DC-GIL的盆式绝缘子和特高压直流穿墙套管支柱绝缘子表面的电荷积聚问题，已有研究主要集中在环氧树脂、聚四氟乙烯等聚合物在直流下的气固界面电荷积聚规律上，缺乏针对陶瓷自身特性的研究，这限制了陶瓷绝缘材料的应用。为明确陶瓷表面电荷积聚和消散的机理，建立陶瓷材料在直流电场下的电荷积聚和消散模型，通过针—板电极向试样表面注入电荷，采用静电探头法对Al₂O₃、AlN、Si₃N₄三种陶瓷材料的表面电荷密度进行了测试，并用等温表面电位衰减法分析其陷阱分布特性。测试结果表明：三种陶瓷表面均积聚与外加电压相同极性的电荷，电荷密度以注入点为中心沿径向降低。中心积聚电荷密度的排序为：低湿度下，Si₃N₄>Al₂O₃>AlN；高湿度下，Al₂O₃>Si₃N₄>AlN。撤去外加电压后的表面电荷消散是表面消散和体消散共同作用的结果，消散速度的排序为：AlN>Si₃N₄>Al₂O₃。根据等温表面电位衰减模型分析，AlN内陷阱以浅陷阱为主，而Al₂O₃和Si₃N₄内陷阱以深陷阱为主。