JPhysD编辑优选：电荷簇诱发的偶发性直流沿面闪络
- 证实了绝缘表面电荷簇的来源，发现了电荷簇与偶发直流沿面闪络的潜在关联关系。
- 引入粉尘吸附电荷的饱和曲线，证明了粉尘图样相变取决于粉尘吸附电荷的饱和程度，而非电荷在表面的本征分布。
- 利用有限元算法从理论上验证了粉尘图相变机理及其与表面电荷簇之间的关系。
- 为解释偶发性的直流沿面闪络提供了重要参考。
文章介绍
Charge cluster triggers unpredictable insulation surface flashover in pressurized SF6
Chuanyang Li（李传扬）, Yujie Zhu（朱雨杰）, Jun Hu（胡军）, Qi Li（李琦）, Bo Zhang（张波） and Jinliang He（何金良）
通讯作者：
- 张波 清华大学
- 何金良 清华大学
研究内容：
本文通过电荷粉尘法定性研究了GIL内部绝缘子表面电荷簇来源及其与沿面闪络之间的关系。
对施加直流电压后的盆式绝缘子采用粉尘图法，粉尘在表面电荷产生电场力作用下被极化，并自发集中于电荷附近形成斑图，如下图所示。
为进一步解释电荷簇相变机理，我们将粉尘简化为电容模型，通过引入粉尘吸附电荷的饱和曲线，建立了粉尘形态自组装物理模型。通过有限元仿真给出了斑点状到甜甜圈状斑图的形成机理及条件。粉尘受力，电荷饱和曲线，粉尘相变及其对应的电荷密度图如下图所示。
研究背景：
直流电压作用下的表面电荷积聚现象普遍存在于高压输配电设备绝缘系统、微电子器件等领域。表面电荷积聚导致的局部电场畸变可能诱发局部放电或者沿面闪络，进而加速绝缘老化或者影响通讯系统正常工作，严重时甚至对设备带来毁灭性灾难。因此，了解绝缘表面电荷积聚特征，明确表面电荷在诱发沿面闪络中的作用至关重要。然而，我们至今对表面电荷在偶发性沿面闪络中所起的作用知之甚少。
我们近期的研究表明，直流电压下盆式绝缘子表面存在的电荷簇是由接地导体表面局部电离产生的异极性电荷在绝缘子凸面积聚形成。粉尘图法的表征结果进一步表明，电荷簇附近绝缘表面电场畸变十分严重，容易诱发电荷簇边缘绝缘表面吸附气体电离而产生局部放电通道，而该通道降低了有效沿面绝缘距离，为解释偶发性的直流沿面闪络提供了重要参考。
作者介绍
李传扬，2018年博士毕业于清华大学电机系。现于康涅迪格大学电气学院从事博士后研究。研究方向为表面电荷行为机理及调控方法，直流局部放电特性及抑制措施。近五年发表SCI 收录文章60余篇，多篇文章被 APL、JPD等刊物评为Editor’s Pick，Editor’s Choice，Yearly Highlights，Highly Cited Paper，多次担任知名刊物客座编辑，2020年IEEE Caixin Sun and Stan Gryzbowski青年学者成就奖获得者。
朱雨杰，本科毕业于华北电力大学电气专业，2017年进入清华电机系攻读博士学位，现于佐治亚理工学院材料学院交换。研究方向为绝缘材料及电荷传输过程的计算与设计。近五年在Nature Communication , Advanced Energy Material 等高水平期刊发表SCI收录文章8篇。