[发明专利]大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法

权利要求书

1.大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法，其特征在于：它是利用绝缘子的平板模型，对绝缘子运行方式加以模拟，使得气体放电形成的等离子体参数可控且位置固定，为实际诊断创造条件；

具体操作步骤如下：

(1)将绝缘子按爬电距离展开成平板模型：使平板的长度为爬电距离，宽度为各爬电距离对应处伞裙周长的一半；

(2)将绝缘子高压端选取一个电极，污层按三角形涂刷；电极与污层之间保留10mm–30mm的间隙以模拟干区，并作为电晕放电形成的等离子体的测试位置；

(3)选取距电极50mm–100mm处作为电弧测试位置；

(4)当电源合闸后，间隙首先被击穿，形成电晕放电，之后形成局部电弧，直至闪络；

(5)在加压过程中，利用探针或光谱分析，对平板模型形成的电晕放电等离子体及局部电弧等离子体进行诊断，获得数据；

(6)根据实际测量，此时测试区的电子温度为2.47eV。

2.根据权利要求1所述的大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法，其特征在于：所述的平板材质选用与试品绝缘子相同的硅橡胶。

3.根据权利要求1所述的大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法，其特征在于：所述的对平板模型形成的电晕放电等离子体及局部电弧等离子体进行诊断，采用朗缪尔探针法；将探针针尖固定在平板模型电极与污层之间干区中间位置处；外部加扫描电源(7)，通过示波器记录探针电压曲线和电流曲线，通过曲线拟合得到探针U-I曲线；为降低探针表面材料二次电子发射对试验精度的影响，选择探针针尖材料为硬度大、熔点高的钨丝；将针尖用导电环氧树脂胶粘在直径为2mm的玻璃绝缘管内壁上，玻璃管外绕100圈钨丝作为参考电极，参考电极与探针针尖间的电容为2nF；探针后面连接四个并联的LC谐振线圈，之后跟外部探针扫描电源相连；在探针的末端加上测量电路构成回路，该测量电路由电压表、电流表和可变电阻6组成，并记录探针两端电压和流过探针电流，可得到探针U-I曲线；将电压匀速升压38.162kV，绝缘子未闪络；停止升压，用探针测量测试位置等离子体团参数，可得到探针U-I曲线；借助于探针电压电流关系，确定等离子体的基本参数；

(1)等离子体空间电位φ_P、悬浮电位φ_f；

I＝0时电位值即为悬浮电位φ_f，此时电子电流与离子电流的大小相等但方向相反。若φ_f已知，则φ_P可由下式求得：

φP=φf+κTe2eln(2Mπm)---(1);]]>

(2)电子温度κT_e；

在过渡区，探针电流I_P与鞘层电场之间呈指数函数关系：

IP=Ie-Ii≈Ie=Iesexp[e(VB-φP)κTe](mA)---(2);]]>

对式(4.4)两边取对数，得到：

κTe=e(VB-φP)lnIP-lnIes(eV)---(3);]]>

因此，将U-I曲线取半对数，获得的lnI_P与U在过渡区内呈线性关系，由该直线斜率取倒数即可获得电子温度κT_e；

(3)电子密度n_e与离子密度n_i；

在饱和电子电流区，电子饱和电流I_es可由下式求出：

Ies=eAneue‾4=2.7×10-9neAκTe(mA)---(4);]]>

由此得到电子密度n_e为：

ne=3.7×108IesAκTe(cm-3)---(5);]]>

根据等离子体准电中性条件，有：

n_e≈n_i       (6)；

(4)电子能量分布函数(EEDF)；

由于过渡区内的探针电流(电子电流)为对电子能量分布函数的积分，故对测得的U-I曲线过渡区部分求微分，即可得到等离子体中电子的能量分布函数(EEDF)；

根据实际测量，此时测试区的电子温度为2.47eV。