[发明专利]一种表面具有微阵列结构的真空绝缘子及其制备方法

说明书

本发明属于真空高压绝缘技术领域，是一种表面具有微阵列结构的真空绝缘子及其制备方法。该绝缘子表面为阵列的微空腔结构，相邻空腔间为竖直的薄壁结构，薄壁与空腔组合形成六边形蜂窝状、方形蜂窝、三角形蜂窝及圆孔蜂窝结构。由于空腔壁较薄，使得整个幅面绝大部分面积被空腔占据。该绝缘子可采用激光微刻蚀的方法，通过在绝缘子表面刻蚀出相应形状的空腔结构，并在阵列空腔之间预留一定的薄壁结构，最终得到表面具有蜂窝状微阵列的绝缘子。该绝缘子真空沿面耐压强度较原始绝缘子提高了80％～100％，可应用于真空高压绝缘器件及其他环境下的高压绝缘器件。

技术领域

本发明属真空高电压绝缘技术领域，涉及到一种高真空沿面闪络性能的绝缘子及其制备方法。

背景技术

真空沿面闪络是一种沿绝缘子与真空界面处发生的击穿放电现象，击穿电压远低于真空与绝缘子的击穿电压。由于该现象的存在，绝缘子在真空高压器件中应用时，施加较低的电压即会发生放电击穿，导致耐压失败，这严重降低了整个真空绝缘系统的耐压强度^[1]。同时研究发现，单位距离沿面闪络耐压强度随绝缘子长度的增加而降低，这意味着通过增加绝缘子长度的方式提升绝缘子耐压强度的方式并不理想，且会造成绝缘系统体积庞大^[2]。

为提升绝缘子真空沿面闪络电压，研究人员对沿面闪络的发生机理进行了大量的探索，目前普遍认为，绝缘子沿面闪络源于阴极三结合点发射电子，通过二次电子倍增发展并排伴随着电子刺激绝缘子表面吸附气体脱吸附，最终闪络放电发生于表面脱吸附的气体层中。由该闪络发展机理可知，绝缘子表面二次电子倍增是闪络发展中的重要过程，为抑制该过程的发展，研究人员提出了大量的表面改性方法。如表面粗糙化^[3]、表面刻槽^[4]、表面等离子体处理^[5]、表面氟化^[6]等，使得绝缘子闪络电压得到了一定提升。

发明人在前期的研究中发现绝缘子表面微槽构筑能够有效地抑制二次电子发射^[7]，提升绝缘子沿面闪络电压。微槽的抑制效果受到微槽夹角与微槽所占绝缘子表面积比的影响，但受制于微槽结构特性，这两种参数无法优化到极致，在一定程度上影响了使用效果。

参考文献

[1]Miller H C.Flashover of insulators in vacuum:the last twenty years[J].IEEE Transactions on DielectricsElectrical Insulation.2016,22(6):3641-3657.

[2]Shengtao Li,Yongjie Nie and Daomin Min et al.,Research Progresson Vacuum Surface Flashover of Solid Dielectrics,Transactions of ChinaElectrotechnical Society 32(8),1-9(2017).

[3]O.Yamamoto,T.Takuma and M.Fukuda et al.,Improving withstandvoltage by roughening the surface of an insulating spacer used in vacuum,IEEE Transactions on DielectricsElectrical Insulation 10(4),550-556(2003).

[4]Libing Cai,Jianguo Wang and Guoxin Cheng et al.,Simulation ofmultipactor on the rectangular grooved dielectric surface,PHYS PLASMAS 22(11),2120(2015).