CN103884973A - 针-板电极介质空间电荷与局部放电超高频信号同步测量装置 - Google Patents

Abstract

一种电变量测量领域的针-板电极介质空间电荷与局部放电超高频信号同步测量装置，内绝缘件套设于外绝缘件的中部，内绝缘件的外侧设有齿结构，针电极的顶端设置金属均压球，底端分别穿过内绝缘件和外绝缘件的中部通孔，高度调节齿轮与外绝缘件上的齿结构配合，通过旋转高度调节齿轮以调整内绝缘件与外绝缘件的相对位置以选择合适的针电极和下电极之间的距离，在针电极的顶端施加电压脉冲，待测液体油样产生振动，发出机械波信号，该机械波信号由压电薄膜接收并转换为电压信号以反映被测液体油样内部的空间电荷分布。本发明实现液体或固体介质在针-板电极下的空间电荷测量和局部放电超高频信号的同步测量。

Description

针-板电极介质空间电荷与局部放电超高频信号同步测量装置

技术领域

本发明涉及的是一种电变量测量领域的装置，具体是一种针-板电极介质空间电荷与局部放电超高频信号同步测量装置。

背景技术

局部放电是导致绝缘裂化和故障的重要因素。局部放电发生时可以产生频率高达3GHz超高频信号，通过超高频信号的测量可以判断局部放电的发生与否，目前对油中局部放电产生的机理有多种解释和猜测，但并没有达成统一的意见。针-板电极常用于模拟研究典型缺陷产生的局部放电的特性。研究针-板电极下油中空间电荷的分布可以有助于解释不同类型局部放电产生及发展的机理。实时测量针-板电极下局部放电发生时所产生的局部放电超高频信号和油中空间电荷的分布并对其进行分析可有效地说明空间电荷对局部放电产生及发展的作用，进而有助于研究局部放电对绝缘性能的影响及局部放电模式的识别，从而对改善绝缘结构，提高绝缘性能提供有效地指导。

电声脉冲法可以有效地测量高压直流电场作用下绝缘材料的空间电荷行为，经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103576005，公开日2014-2-12，记载了一种针-板电极固体介质空间电荷测量系统，包括：针电极、绝缘件、固定夹具、下电极板、压电薄膜、声波吸收层和屏蔽盒，其中：绝缘件固定于固定夹具上，被测固体样品定位于下电极板的上表面中部，针电极穿过绝缘件的中心通孔插入被测固体样品，下电极板与固定夹具的下方连接，下电极板的下表面中部设压电薄膜，该压电薄膜的位置与被测固体样品相对应，声波吸收层设置于压电薄膜的下方且两者均设于屏蔽盒内。但该现有技术与本发明相比，该现有技术仅能测量针板电极固体介质空间电荷的分布。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种针-板电极介质空间电荷与局部放电超高频信号同步测量装置，能够根据需要选择针-板间距，实现液体或固体介质在针-板电极下的空间电荷测量和局部放电超高频信号的同步测量。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：金属均压球、针电极、内绝缘件、外绝缘件、高度调节齿轮、屏蔽筒、传感测量天线、下电极、压电薄膜、声波吸收层和屏蔽盒，其中：内绝缘件套设于外绝缘件的中部，内绝缘件的外侧设有齿结构，针电极的顶端设置金属均压球，底端分别穿过内绝缘件和外绝缘件的中部通孔，高度调节齿轮与外绝缘件上的齿结构配合，通过旋转高度调节齿轮以调整内绝缘件与外绝缘件的相对位置以选择合适的针电极和下电极之间的距离，针电极下端与设置于下电极上的待测液体油样接触，金属均压球、针电极和绝缘件均位于屏蔽筒和下电极的上表面相连形成的密闭空间内，绝缘件与下电极的上表面相连以定位，压电薄膜和声波吸收层均设置于屏蔽盒与下电极的下表面相连形成的密闭空间内，压电薄膜的上表面与下电极的下表面接触，下表面与声波吸收层相连，在针电极的顶端施加电压脉冲，待测液体油样产生振动，发出机械波信号，该机械波信号由压电薄膜接收并转换为电压信号以反映被测液体油样内部的空间电荷分布，传感测量天线设置于屏蔽筒上以测量局部放电产生的超高频信号，机械波信号中透过压电薄膜的剩余部分由声波吸收层吸收。

所述的内绝缘件和外绝缘件的材质为聚四氟乙烯。

所述的内绝缘件的直径是20mm-30mm，高度是80mm-100mm，外绝缘件是设有与内绝缘件匹配的通孔的圆柱结构，外径是80mm，高度与内绝缘件一致，并开有与高度调节齿轮匹配的槽和孔。

所述的高度调节齿轮直径是20-30mm，该齿轮中心处设有手杆以旋转齿轮，该手杆长度为50mm-60mm，直径为10mm-20mm。

所述的屏蔽筒的直径范围是150mm-180mm，厚度范围是10mm-12mm，高度范围是200mm-220mm。

所述的屏蔽筒设有两个通孔，其中一个通孔与金属均压球的高度一致以施加电压脉冲，另一通孔的高度范围是100mm-120mm，直径范围为10mm-12mm。

所述的传感测量天线为超高频信号单极子测量天线，超高频是指局部放电发生时所发射出的最高频率为3GHz的超高频信号；传感测量天线的结构为：长度是30mm，直径是1mm的金属结构。

所述的下电极的结构为平板结构，上表面开设T形槽和第一环形槽，下表面开设第二环形槽，其中：T形槽的底层容纳待测液体油样，上层与绝缘件相连，屏蔽筒与第一环形槽相连，第二环形槽位于T形槽的正下方用于固定连接屏蔽盒。

所述的T形槽的上层外径范围是80mm-100mm，上层深度范围是3mm到5mm，底层内径比上层外径小6mm-10mm，底层深度比上层深度多5mm-10mm。

所述的环形槽深度范围是3mm-5mm，内径及槽宽与屏蔽筒的内径与厚度一致。

所述的第二环形槽外径范围是25mm-35mm，内径范围是10mm-20mm。

所述的屏蔽盒为双层嵌套结构，内层为一个聚四氟乙烯圆管，该聚四氟乙烯圆管的内径与第二环形槽的内径相同；屏蔽盒的外层为一个金属圆管，该金属圆管的外径与第二环形槽的外径相同；屏蔽盒的下端设金属圆盖，该金属圆盖的外径与金属圆管的外径相同。

本发明具有的有益效果是：根据需要，通过调节针电极与绝缘件的相对位置以改变针电极与下电极之间的距离，用以模拟研究不同缺陷距离下的局部放电信号与空间电荷分布；实现了局部放电信号与介质空间电荷分布的同步测量。本发明中不仅可以灵活有效地测量针板电极固体介质空间电荷的分布，还可以测量针板电极液体介质空间电荷的分布，另外针板液体介质空间电荷分布的测量过程中，在液体内部发生局部放电时，本发明可同时测量其空间电荷的分布及其局部放电产生的超高频信号，用以研究局部放电产生及发展的机理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为下电极上表面的结构示意图；

图3为下电极下表面的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：金属均压球1、针电极2、内绝缘件3、外绝缘件4、高度调节齿轮5、屏蔽筒6、传感测量天线7、下电极8、压电薄膜9、声波吸收层10和屏蔽盒11，其中：金属均压球1与针电极2的上端相连，针电极2穿过内绝缘件3中间的通孔，内绝缘件3穿过外绝缘件4的通孔，高度调节齿轮5轮齿与外绝缘件4上的齿结构配合，通过旋转高度调节齿轮5以调整内绝缘件3与外绝缘件4的相对位置以选择合适的针-板距离，下电极8表面设有同心的T形槽15和第一环形槽16，T形槽15内注有待测液体油样12并放置外绝缘件4，一端封闭的屏蔽筒6通过与下电极上第一环形槽15镶嵌进行连接，屏蔽筒壁上设有两个通孔，一个通孔13用于装设测量局部放电产生的超高频信号的天线，另一个通孔14引入高压端，压电薄膜9和有机玻璃声吸收层10位于屏蔽盒11内，屏蔽盒11与下电极8下表面相连。

内绝缘件3和外绝缘件4的材质为聚四氟乙烯，内绝缘件3插在外绝缘件4内，且外绝缘件4上带有与高度调节齿轮匹配的齿。

所述的金属均压球1的直径是20mm。

所述的内绝缘件3是带与针匹配的通孔的圆柱结构，内绝缘件3直径是20mm，内绝缘件3的高度是100mm。

所述的外绝缘件4是带与内绝缘件3匹配的通孔的圆柱结构，外绝缘件3内径是20mm，外绝缘件3外径是80mm内绝缘件3的高度是100mm，并开有与高度调节齿轮5匹配的槽和孔。

所述的高度调节齿轮5直径是30mm，该齿轮中心处设有长度为50mm，直径为10mm的手杆以旋转齿轮。

所述的屏蔽筒6是一端封闭的铝筒，筒直径是180mm，筒壁厚度是10mm，筒高是200mm，筒壁设有两个通孔，一个通孔13与均压球高度一致且直径为10mm，另一通孔14高度是100mm且直径为10mm。

所述的传感测量天线7是长度是30mm，直径是1mm的金属结构。

如图2所示，所述的下电极8是平板结构，下电极铝板的上表面有T形槽15，该T形槽15的外径范围是80mm，深度范围是3mm，T形槽15的内径较外径小6mm，深度深10mm，下电极铝板上表面还设有一环形槽16，其深度是3mm，内径及槽宽与屏蔽筒内径与厚度一致。

如图3所示，所述的下电极8的下表面有一第二环形槽16，该第二环形槽16位于下电极铝板上表面T形槽15的正下方，第二环形槽16的外径是25mm，第二环形槽16的内径是10mm。

本实施例在测量前，将适量的待测油样12倒入下电极8的T形槽15内，通过旋转高度调节齿轮5以调整内绝缘件3与外绝缘件4的相对位置以选择合适的针-板距离，将外绝缘件4至于T形槽15内，自动对中。带有绝缘外皮的高压引线通过屏蔽筒6的通孔14引入并接在针电极2上，金属均压球1与针电极2顶端相连。传感测量天线7通过屏蔽筒6上的通孔13接入，作为传感器可测量局部放电产生的超高频信号。测量时，在针电极2的顶端施加一个纳秒级电压脉冲，则被测液体油样12内部的空间电荷在电压脉冲的作用下产生振动，发出机械波信号，该机械波信号通过下电极8被压电薄膜9接收，压电薄膜9将接收到的机械波信号转换为电压信号，该电压信号可以反映被测液体油样12内部的空间电荷分布。透过压电薄膜的剩余机械波信号被声波吸收层10吸收。

本实施例在测量时可以同时获得液体介质在针板电极下发生局部放电时产生的超高频信号和液体介质中的空间电荷分布情况。

Claims (10)

1.一种针-板电极介质空间电荷与局部放电超高频信号同步测量装置，其特征在于，包括：金属均压球、针电极、内绝缘件、外绝缘件、高度调节齿轮、屏蔽筒、传感测量天线、下电极、压电薄膜、声波吸收层和屏蔽盒，其中：内绝缘件套设于外绝缘件的中部，内绝缘件的外侧设有齿结构，针电极的顶端设置金属均压球，底端分别穿过内绝缘件和外绝缘件的中部通孔，高度调节齿轮与外绝缘件上的齿结构配合，通过旋转高度调节齿轮以调整内绝缘件与外绝缘件的相对位置以选择合适的针电极和下电极之间的距离，针电极下端与设置于下电极上的待测液体油样接触，金属均压球、针电极和绝缘件均位于屏蔽筒和下电极的上表面相连形成的密闭空间内，绝缘件与下电极的上表面相连以定位，压电薄膜和声波吸收层均设置于屏蔽盒与下电极的下表面相连形成的密闭空间内，压电薄膜的上表面与下电极的下表面接触，下表面与声波吸收层相连，在针电极的顶端施加电压脉冲，待测液体油样产生振动，发出机械波信号，该机械波信号由压电薄膜接收并转换为电压信号以反映被测液体油样内部的空间电荷分布，传感测量天线设置于屏蔽筒上以测量局部放电产生的超高频信号，机械波信号中透过压电薄膜的剩余部分由声波吸收层吸收。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的内绝缘件的直径是20mm-30mm，高度是80mm-100mm，外绝缘件是设有与内绝缘件匹配的通孔的圆柱结构，外径是80mm，高度与内绝缘件一致，并开有与高度调节齿轮匹配的槽和孔。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的高度调节齿轮直径是20-30mm，该齿轮中心处设有手杆以旋转齿轮，该手杆的长度为50mm-60mm，直径为10mm-20mm。

4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征是，所述的屏蔽筒的直径范围是150mm-180mm，厚度范围是10mm-12mm，高度范围是200mm-220mm。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的屏蔽筒设有两个通孔，其中一个通孔与金属均压球的高度一致以施加电压脉冲，另一通孔的高度范围是100mm-120mm，直径范围为10mm-12mm。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的传感测量天线为超高频信号单极子测量天线，超高频是指局部放电发生时所发射出的最高频率为3GHz的超高频信号；传感测量天线的结构为：长度是30mm，直径是1mm的金属结构。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的下电极的结构为平板结构，上表面开设T形槽和第一环形槽，下表面开设第二环形槽，其中：T形槽的底层容纳待测液体油样，上层与绝缘件相连，屏蔽筒与第一环形槽相连，第二环形槽位于T形槽的正下方用于固定连接屏蔽盒。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征是，所述的T形槽的上层外径范围是80mm-100mm，上层深度范围是3mm到5mm，底层内径比上层外径小6mm-10mm，底层深度比上层深度多5mm-10mm。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征是，所述的第二环形槽外径范围是25mm-35mm，内径范围是10mm-20mm。

10.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的屏蔽盒为双层嵌套结构，内层为一个聚四氟乙烯圆管，该聚四氟乙烯圆管的内径与第二环形槽的内径相同；屏蔽盒的外层为一个金属圆管，该金属圆管的外径与第二环形槽的外径相同；屏蔽盒的下端设金属圆盖，该金属圆盖的外径与金属圆管的外径相同。

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