PBN试样表面电荷累积与伽玛线辐射的影响.pdfVIP

PBN试样表面电荷累积与伽玛线辐射的影响1 1 1 1，2 杜伯学 ，高宇 ，朱晓辉 1 天津大学电力系统仿真控制教育部重点实验室，天津（300072 ） 2 天津市电力科学研究院 天津（300040 ） E-mail：duboxue@ 摘 要：宇宙航天、核电站等辐射环境中，高能射线辐射引起的表面电荷累积是造成固体介 质放电事故的重要原因，考察高能辐射对绝缘材料表面电荷累积过程的影响非常重要。本文 采用自制静电探头测量经60Co伽玛线辐射源辐射的聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)试样的表面 电荷密度，分析辐射量对试样表面电荷特性的影响。实验结果表明，随着施加负直流电压时 间的延长，试样表面电荷平均密度增大；随着辐射量的增加，表面电荷平均密度降低。本文 认为伽玛线辐射引起的交联反应使表面态密度降低，是造成PBN带电能力下降的主要原因。 关键词：伽玛射线，表面电荷，累积，辐射交联 中图分类号：TM852 1．引言 有机固体绝缘材料广泛应用于各种电气电子设备。累积于固-气交界面的表面电荷是造 成绝缘材料沿面闪络的重要原因[1]。考察表面电荷累积机理及影响因素对保障电气电子设 备的安全可靠运行有重要的理论意义和实用价值。 PBN绝缘材料在宇宙航天，核电站等辐射环境下的电气电子设备中应用广泛[2]。Yamano [3]和Robinson等人[4]指出，高能辐射造成的固体介质表面电荷累积是诱发放电事故的重要 原因。 过去三十年中，国内外针对电极型式，电压类型，介质种类等因素对表面电荷特性 影响的研究很多[5,6]，但涉及辐射环境的研究却很少。Takada等人采用电声脉冲法(PEA Method)发现在真空中正直流高压下伽玛线辐射的LDPE试样表面层附近累积的电荷密度大 于试样的空间电荷密度[7]。Das-Gupta等人[8]采用电晕充电法(Corona Charging Method)使伽 玛线辐射后(总辐射量60 kGy)的聚丙烯(PP)带电。结果显示，辐射后PP 的带电能力低于没有 辐射的PP 。 但到目前为止，考察伽玛线辐射对PBN绝缘材料表面电荷特性影响的研究非常有限。本 文设计静电探头测量负直流高压下，伽玛线辐射的PBN表面电荷密度。结果表明，表面电荷 源于电极向介质表面态的电荷注入。表面电荷密度依赖于外施电压时间和伽玛线辐射量。 2 ．实验过程 2.1 实验试样与电极型式 试样采用PBN 绝缘板，长度为14 mm，宽度为14 mm, 厚度为3 mm 。 PBN 的分子式 如Fig. 1 所示，是由1，4-丁二醇和2 ，6-奈二甲酸经缩聚后的产物。试样由伽玛射线源60Co 在空气中以10 kGy/h 的辐射率辐照，总辐射量为100 kGy、1000 kGy。 图1 PBN 的分子结构 Fig.1 Structural formulas of PBN 将铝电极压接在试样表面作为实验电极。每个电极的长度为60 mm，宽度为12 mm, 厚 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20040056037 ）的资助。 -1- 度为0.5 mm，电极间的绝缘间隙为12 mm。实验电极配置如Fig. 2 所示。 图2 电极配置 Fig.2 Electrode configuration 2.2 静电探头制作与校验 静电探头由内径2 mm 的感应棒和外径9 mm 的屏蔽罩组成，中间采用聚四氟乙烯绝缘 子支撑。在探头前端设计了可移动快门以保证每次测量条件相同。快门由步进电机牵引，通 过MSP430 单片机控制。探头末端引线与单位增益的电压跟随器相连。由于直流运