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一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)，包括上電極系統(tǒng)和下電極系統(tǒng)，上電極系統(tǒng)包括上電極、直流高壓源和脈沖源，下電極系統(tǒng)包括下電極、壓電傳感器和寬帶放大器；本發(fā)明通過密封圈及抽氣模塊，保證了在測量油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷分布的過程中，試品溫度、微水含量等特性一致。著重避免了在空間電荷測量過程中從空氣中吸收水分引起試品微水含量變化。此外，本發(fā)明上電極系統(tǒng)為一重量固定的整體，試品厚度一致的前提下，可以保證試品所受壓力一致，避免了現(xiàn)有測量系統(tǒng)中因手動固定上電極系統(tǒng)引起壓力不一致，造成測量結果出現(xiàn)偏差的情況，使得測量結果更準確。
【專利說明】—種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明屬于高電壓與絕緣【技術領域】，具體涉及一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)。
【【背景技術】】
[0002]空間電荷測量技術是研究材料電荷特性的基礎和手段，空間電荷測量技術的不斷發(fā)展與電介質材料介電特性研究的不斷深入密切相關、相互促進。在現(xiàn)有油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷無損測量技術中，電聲脈沖法(PEA)已成為其測量領域中一種十分有效、簡便且應用廣泛的方法。但是，目前使用的測量系統(tǒng)，試品裸露在空氣中或簡單的容器內(nèi)，無法密封或使空氣完全干燥，而油紙絕緣材料極易從空氣中吸潮導致其內(nèi)部微水含量升高。水分含量的增加不但會導致油紙絕緣材料的電氣強度降低，還會加速油紙絕緣老化，縮短絕緣壽命，影響試品的電導率和空間電荷遷移速率，對試品內(nèi)部空間電荷的積聚和消散特性影響顯著。
[0003]因此在油紙絕緣材料內(nèi)部電荷測量過程中，保證試品周圍空氣的絕對干燥，避免試品因吸潮造成其內(nèi)部含水量的升高尤為重要。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)，其試品腔完 全密閉，使試品在測量過程中保持狀態(tài)的穩(wěn)定性，油紙絕緣內(nèi)部空間電荷分布結果準確可靠。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)，包括上電極系統(tǒng)和下電極系統(tǒng)，上電極系統(tǒng)包括上電極、直流高壓源和脈沖源，下電極系統(tǒng)包括下電極、壓電傳感器和寬帶放大器；其中，下電極系統(tǒng)腔具有中空的腔體，其一端固定在下電極的上面，另一端開口，上電極系統(tǒng)外殼伸入下電極系統(tǒng)腔的開口端，并與下電極系統(tǒng)腔的開口端通過密封圈密封，鋁金屬盒與下電極的下面形成一個密封的腔體；試品設置在下電極的上面，且位于下電極系統(tǒng)腔內(nèi)，試品上從下至上依次設有半導電層和上電極，壓電傳感器通過吸收層固定在與試品相對的下電極的下面；下電極系統(tǒng)腔的側壁上設有抽氣管，抽氣管的出口端安裝有抽氣閥；直流高壓源、脈沖源以及下電極均設有接地線，直流高壓源通過串聯(lián)的高壓接線端和保護電阻與上電極的上端相連，用于施加_30kV到+30kV的直流高壓，高壓接線端設置在上電極系統(tǒng)外殼上；脈沖源通過高壓陶瓷電容器耦合到上電極的上端；壓電傳感器的輸出端與設置在鋁金屬盒內(nèi)的寬帶放大器的輸入端相連，寬帶放大器的輸出端與設置在鋁金屬盒外的示波器的輸入端相連，示波器與計算機相連。
[0007]本發(fā)明進一步改進在于，抽氣管上設置有氣壓表。
[0008]本發(fā)明進一步改進在于，壓電傳感器采用PVDF壓電傳感器。
[0009]本發(fā)明進一步改進在于，抽氣管的出口端通過抽氣閥與真空泵或者氣瓶連接。[0010]本發(fā)明進一步改進在于,示波器采用Tektronix DP04034示波器。
[0011]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的顯著效果在于:
[0012]本發(fā)明通過密封圈及抽氣模塊，保證了在測量油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷分布的過程中，試品溫度、微水含量等特性一致。著重避免了在空間電荷測量過程中從空氣中吸收水分引起試品微水含量變化。設計的系統(tǒng)具有良好的密封性能，保證了試品在測量過程中微水含量的穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明上電極系統(tǒng)為一重量固定的整體，試品厚度一致的前提下，可以保證試品所受壓力一致，避免了現(xiàn)有測量系統(tǒng)中因手動固定上電極系統(tǒng)引起壓力不一致，造成測量結果出現(xiàn)偏差的情況，使得測量結果更準確。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0013]圖1為本發(fā)明的測量系統(tǒng)的結構示意圖；
[0014]其中:1_直流高壓源；2_脈沖源；3_匹配電阻；4_高壓陶瓷電容器；5_保護電阻；6-上電極；7_半導電層；8-試品；9_高壓接線端；10-上電極系統(tǒng)外殼；11-密封圈；12_下電極；13-PVDF壓電傳感器；14 -吸收層；15-寬帶放大器；16-氣壓表；17-抽氣閥；18_示波器；19_計算機；20_下電極系統(tǒng)腔；21_鋁金屬盒；22_抽氣管。
【【具體實施方式】】
[0015]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0016]參照圖1，本發(fā)明一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)，包括上電極系統(tǒng)和下電極系統(tǒng)，上電極系統(tǒng)包括上電極6、直流高壓源I和脈沖源2，下電極系統(tǒng)包括下電極12、壓電傳感器13和寬帶放大器15 ;其中，下電極系統(tǒng)腔20具有中空的腔體，其一端固定在下電極12的上面，另一端開口，上電極系統(tǒng)外殼10伸入下電極系統(tǒng)腔20的開口端,并與下電極系統(tǒng)腔20的開口端通過密封圈11密封，鋁金屬盒21與下電極12的下面形成一個密封的腔體；試品8設置在下電極12的上面，且位于下電極系統(tǒng)腔20內(nèi)，試品8上從下至上依次設有半導電層7和上電極6，壓電傳感器13通過吸收層14固定在與試品8相對的下電極12的下面；下電極系統(tǒng)腔20的側壁上設有抽氣管22，抽氣管22的出口端安裝有抽氣閥17 ;直流高壓源1、脈沖源2以及下電極12均設有接地線，直流高壓源I通過串聯(lián)的高壓接線端9和保護電阻5與上電極6的上端相連，用于施加_30kV到+30kV的直流高壓，高壓接線端9設置在上電極系統(tǒng)外殼10上；脈沖源2通過高壓陶瓷電容器耦合到上電極6的上端；壓電傳感器13的輸出端與設置在鋁金屬盒21內(nèi)的寬帶放大器15的輸入端相連，寬帶放大器15的輸出端與設置在鋁金屬盒21外的Tektronix DP04034示波器18的輸入端相連，Tektronix DP04034示波器18與計算機19相連。
[0017]進一步地，上壓電傳感器13采用PVDF壓電傳感器。抽氣管22上設置有氣壓表16。氣管22的出口端通過抽氣閥17與真空泵或者氣瓶連接。
[0018]進一步地說，上電極系統(tǒng)主要包括上電極6、直流高壓源1、脈沖源2 ;下電極系統(tǒng)主要包括下電極12、PVDF壓電傳感器13和寬帶放大器15。直流高壓源通過串聯(lián)的高壓接線端9和耐高壓保護電阻與上電極上端相連，用于施加_30kV到+30kV的直流高壓；脈沖源通過高壓陶瓷電容器耦合到上電極上端，此兩部分構成上電極電路系統(tǒng)，并通過環(huán)氧樹脂澆注、固化固定在銅屏蔽外殼內(nèi)；下電極底部與壓電傳感器連接，壓電傳感器將采集到的聲信號轉換為電信號傳輸?shù)椒糯笃鳎蟊粩?shù)據(jù)采集模塊采集；數(shù)據(jù)采集模塊由TektronixDP04034示波器18及安裝有采集軟件的計算機19組成。
[0019]本發(fā)明的目的之一是，設計了一種油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:上電極系統(tǒng)，上電極系統(tǒng)主要包括上電極、直流高壓源、脈沖源；下電極系統(tǒng)主要包括下電極、壓電傳感器和寬帶放大器。上電極系統(tǒng)被密封在銅屏蔽外殼內(nèi)，下電極系統(tǒng)被固定在鋁金屬盒內(nèi)。上電極系統(tǒng)插入下電極系統(tǒng)腔口后，上電極面與下電極面水平、中心軸自
動重合。
[0020]本發(fā)明的目的之一是，設計了一種油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:密封圈及抽氣模塊，用于避免試品在實驗過程中吸潮。下電極腔口上端面設計有密封圈，上電極系統(tǒng)插入下電極腔口時實現(xiàn)試品腔密封功能；下電極腔側壁上設計抽氣口，引出抽氣管，并在抽氣管上安裝氣壓表。抽氣管可與真空泵或者氣瓶連接，實現(xiàn)抽真空或沖入干燥氣體的功能，通過氣壓表可觀察內(nèi)部氣壓狀態(tài)，實現(xiàn)腔內(nèi)氛圍可控。
[0021]本次發(fā)明的油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量系統(tǒng),在下電極系統(tǒng)試驗腔體上端口設計了密封圈，使系統(tǒng)試驗腔高度密封，并且在下電極系統(tǒng)試驗腔體側面設計有閥門和氣壓表，可對試品腔進行抽氣處理，保證其試驗氛圍的絕對干燥和氣壓可控。此閥門不僅可以進行抽氣處理，還可根據(jù)實驗需要，充入不同氣體。解決了現(xiàn)有油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量過程中，油紙絕緣材料因吸潮影響其內(nèi)部空間電荷積聚和消散過程，導致其測量結果不準確的問題。
[0022]I)將被測量油紙絕緣試品8置入下電極系統(tǒng)腔20，上電極系統(tǒng)10對準下電極系統(tǒng)腔20，并快速插入下電極系統(tǒng)腔20，上電極面與下電極面水平，中心軸自動重合，壓緊上電極6及其上電極系統(tǒng)外殼10,通過密封圈11將下電極系統(tǒng)腔20密封。
[0023]2)油紙試品極易從空氣中吸水，導致試品內(nèi)部微水含量增多，影響空間電荷的積聚與消散，使測量結果無意義。為避免試品從周邊氛圍吸取水分，可通過抽氣閥17，根據(jù)抽氣時間和氣壓表16觀察抽氣情況，確保實驗腔體內(nèi)部空氣的干燥性。如有需要，也可根據(jù)需要向實驗腔體內(nèi)充入其他氣體。
[0024]3)直流高壓源I通過高壓接線端9和保護電阻5輸出從_30kV到+30kV的直流高壓于上電極6，電應力通過半導電層7施加到試品8上，同時脈沖源2所產(chǎn)生的電脈沖信號通過高壓陶瓷電容器4作用到試品上，電場力使試品內(nèi)空間電荷發(fā)生微擾動，由它所產(chǎn)生的聲信號穿過下電極13探測并轉換為電信號，之后經(jīng)過寬帶放大器15放大并輸出數(shù)據(jù)，傳輸?shù)絋ektronix DP04034示波器18，在安裝有數(shù)據(jù)處理軟件的計算機19上完成數(shù)據(jù)處理，得到油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷的分布。
[0025]為了對本發(fā)明進一步了解，現(xiàn)對其工作原理做一說明。
[0026]將油紙絕緣試品置入銅屏蔽腔，上電極系統(tǒng)插入下電極系統(tǒng)腔口，壓緊密封完畢后，打開抽氣閥抽取腔內(nèi)氣體，根據(jù)氣壓表讀取內(nèi)部壓力數(shù)值。之后施加直流電壓和脈沖擾動，產(chǎn)生的聲信號被壓電傳感器采集到并經(jīng)放大轉換為電信號輸出。示波器顯示的橫坐標為試品厚度，單位是μ m,縱坐標為空間電荷產(chǎn)生電壓信號，單位是mV，經(jīng)過計算可得到試品中空間電荷的分布。
【權利要求】
1.一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)，其特征在于，包括上電極系統(tǒng)和下電極系統(tǒng)，上電極系統(tǒng)包括上電極(6)、直流高壓源(1)和脈沖源(2)，下電極系統(tǒng)包括下電極(12)、壓電傳感器(13)和寬帶放大器(15);其中，下電極系統(tǒng)腔(20)具有中空的腔體，其一端固定在下電極(12)的上面，另一端開口，上電極系統(tǒng)外殼(10)伸入下電極系統(tǒng)腔(20)的開口端，并與下電極系統(tǒng)腔(20)的開口端通過密封圈(11)密封，鋁金屬盒(21)與下電極(12)的下面形成一個密封的腔體；試品(8)設置在下電極(12)的上面，且位于下電極系統(tǒng)腔(20)內(nèi)，試品(8)上從下至上依次設有半導電層(7)和上電極(6)，壓電傳感器(13)通過吸收層(14)固定在與試品⑶相對的下電極(12)的下面；下電極系統(tǒng)腔(20)的側壁上設有抽氣管(22)，抽氣管(22)的出口端安裝有抽氣閥(17);直流高壓源(1)、脈沖源⑵以及下電極(12)均設有接地線，直流高壓源⑴通過串聯(lián)的高壓接線端(9)和保護電阻(5)與上電極(6)的上端相連，用于施加_30kV到+30kV的直流高壓，高壓接線端(9)設置在上電極系統(tǒng)外殼(10)上；脈沖源(2)通過高壓陶瓷電容器耦合到上電極(6)的上端；壓電傳感器(13)的輸出端與設置在鋁金屬盒(21)內(nèi)的寬帶放大器(15)的輸入端相連，寬帶放大器(15)的輸出端與設置在鋁金屬盒(21)外的示波器(18)的輸入端相連，示波器(18)與計算機(19)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)，其特征在于，抽氣管(22)上設置有氣壓表(16)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)，其特征在于，壓電傳感器(13)采用PVDF壓電傳感器。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)，其特征在于，抽氣管(22)的出口端通過抽氣閥(17)與真空泵或者氣瓶連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于油紙絕緣材料內(nèi)部空間電荷測量的系統(tǒng)，其特征在于，示波器(18)采用Tektronix DP04034示波器。
【文檔編號】G01R29/24GK104007329SQ201410200884
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權日:2014年5月13日
【發(fā)明者】魏艷慧, 穆海寶, 張冠軍, 李元, 張偉政, 李智敏 申請人:西安交通大學, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司