论文部分内容阅读
SF6以其优异的绝缘性能和灭弧性能,已成为在电气设备绝缘领域中使用最广泛的气体介质。虽然SF6是导致大气温室效应的气体之一,但迄今为止,还未发现可以兼具其绝缘性和实用性的替代气体。SF6在直流、工频电压及雷电脉冲下的介电特性已经得到充分的研究。但是,对于极端条件下SF6放电现象研究成果鲜有报道,随着 GIS 内部 VFTO(Very Fast Transient Over voltage)的发现,SF6在纳秒级脉冲下的放电过程越来越受到人们的重视。因此,对SF6短间隙纳秒脉冲放电现象的研究具有实际意义。为了探索纳秒脉冲下SF6气体放电过程中带电粒子产生、倍增、复合、附着与迁移等特性,本文采用PIC(Particle-In-Cell)模型,结合蒙特卡洛(Monte Carlo)法,建立了板-板结构的短间隙物理模型,并根据质量守恒、动量守恒和能量守恒物理定律,给出了表征短间隙SF6纳秒脉冲下放电过程的数学模型,并采用相应的分析方法进行了理论分析,结果表明:大气压下,对5mm间隙施加波头时间为6ns,幅值为54kV的纳秒脉冲电压时,在电压达到SF6临界击穿电压前,电子密度呈下降趋势,电压上升至临界击穿电压后,电子密度逐渐增大,当其密度累积到1018数量级后,达到电子崩转流注的临界值,流注逐渐形成,至8.6ns时流注已经形成;改变上升沿时间为2ns,由于脉冲电压下降至临界击穿电压前,电子密度没有达到流注形成的临界值,流注不能形成;改变上升沿时间为10ns,由于上升沿时间较长,电子密度积累较慢,至12ns才形成流注。当施加波头时间为6ns,幅值为54kV的纳秒脉冲电压时,初始种子电子密度对流注出现的位置和时间造成影响,随着初始电子密度增大,流注出现的时刻提前,其形成的位置距阴极也越近。初始种子电子位置对流注出现的位置产生影响,随着初始电子距阴极距离的增大,流注形成的位置距阴极也越远,当种子电子初始位置距阳极较近时,会产生反向流注。通过本文对纳秒脉冲下SF6放电过程的分析计算,不仅对此种条件下的放电过程有所了解,同时可以更加深入的理解气体放电机理,为纳秒脉冲下SF6气体的绝缘性能研究提供参考。