脈沖功率裝置中混合絕緣結構設計方法

趙 亮, 李 銳, 程 杰,2, 邱旭東,2,喻斌雄,3, 尚 蔚,2，高明珠

(1. 西北核技術研究所，西安 710024；2. 西安交通大學 電子物理與器件教育部重點實驗室，西安 710049；3. 國防科技大學 前沿交叉學科學院，長沙 410072)

隨著脈沖功率技術的蓬勃發展，如Z/ZR[1]，Saturn[2]，Magpie[3]，Angara-5-1[4]，PST[5]，Yang[6]，閃光二號[7-8]，強光一號[9-10]和FLTD[11]等一大批高電壓、大電流加速器問世。同時，20世紀末至21世紀初，隨著高功率微波(high power microwave, HPM)技術的迅猛發展，一大批納秒、兆伏量級的重復頻率加速器建成，包括俄羅斯的Sinus[12]和Radan[13]系列加速器，中國的TPG[14]、CKP[15]和CHP[16]系列加速器等。脈沖功率技術的發展，大大促進了高電壓絕緣技術的發展。

從1960年開始，英國原子武器研究中心(Atomic Weapons Research Establishment，AWRE)的Martin等[17 -18]開展了大量短脈沖條件下的絕緣實驗研究，并提出了一系列實用的擊穿閾值公式。除此之外，俄羅斯托木斯克理工大學(Tomsk Polytechnic University，TPU)、美國北極星公司[19]、美國圣地亞國家實驗室[20-21]、中國科學院電工研究所[22]、西安交通大學[23]和西北核技術研究所[24-27]等單位的研究人員也報道了大量與絕緣設計相關的公式。然而，這些公式關注的僅是某一類絕緣介質失效現象，尚未見一套完整的絕緣設計方法。因此，還需在絕緣設計方面進行研究和探索。鑒于此，本文總結并提出了脈沖功率裝置中絕緣設計的方法，該方法的基本思想是對絕緣結構中涉及的失效形式進行通盤考慮。依據該方法設計的絕緣結構，在滿足壽命指標的前提下不存在絕緣短板。

1 絕緣設計的基本思想

本文絕緣設計方法的基本思想有2點：一是將絕緣結構視為混合絕緣結構，通盤考慮其絕緣失效風險；……