Field Dependent Conductivity of Cyclohexane

Abstract

I dette prosjektet har den feltavhengige ledningsevnen til sykloheksan blitt undersøkt med differensielle ladningsmåler og finite element modellering. Nøyaktige modeller for ledningsevnen til dielektriske materialer vil øke forståelsen for sammenbruddsfenomener i elektriske isolasjonsmaterialer, og kan øke ytelsen og levetiden til kraftelektronikk-komponenter. Målinger har blitt gjennomført med nål-elektroder med 2 og 6 μm tuppradius, og ved begge polariteter. Når høyspenningspulser med kort stigetid anvendes på plan-elektroden blir en strøm indusert gjennom sykloheksanen, som gradvis synker inntil en jevn strøm er etablert etter ca. 10 μs. Dette viser at strømmen er romladningsbegrenset. Målingene med 2 μm-elektroden indikerer at det kan forekomme ladningsinjeksjon fra nålelektroden, ettersom målingene med positiv plan-elektrode er noe høyere enn de med negativ plan-elektrode. Numerisk modellering viser at elektrisk ledning i sykloheksan ikke kan beskrives med en enkel eksponentielt feltavhengig ledningsevne, og en mer kompleks numerisk modell trengs derfor for å presist beskrive systemet.

In this project the field dependent conductivity of cyclohexane was investigated using differential charge measurements and finite element modelling. Developing accurate models for the conductivity of dielectrics at high fields will increase our understanding of the breakdown phenomena in electrical insulation materials, and may improve the performance and lifetime of power electronic devices. Measurements have been performed with needle electrodes with 2 and 6 μm tip radius, and at both polarities. When high voltage pulses with short rise times are applied to the plane electrode, a current is induced through the cyclohexane, which gradually decreases until a steady current is established after approximately 10 μs. This shows that the current is space charge limited. The measurements with the 2 μm electrode indicate that there might be charge injection from the needle electrode, as the measurements with positive plane electrode are slightly higher than the ones with a negative plane electrode. Numerical modelling shows that conduction in cyclohexane can not be explained with a simple exponentially field dependent conductivity, and a more complex numerical model is therefore required to accurately describe the system.