CN104007329A - 一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统 - Google Patents
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本发明公开了一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统,包括上电极系统和下电极系统,上电极系统包括上电极、直流高压源和脉冲源,下电极系统包括下电极、压电传感器和宽带放大器;本发明通过密封圈及抽气模块,保证了在测量油纸绝缘材料内部空间电荷分布的过程中,试品温度、微水含量等特性一致。着重避免了在空间电荷测量过程中从空气中吸收水分引起试品微水含量变化。此外,本发明上电极系统为一重量固定的整体,试品厚度一致的前提下,可以保证试品所受压力一致,避免了现有测量系统中因手动固定上电极系统引起压力不一致,造成测量结果出现偏差的情况,使得测量结果更准确。
Description
【技术领域】
本发明属于高电压与绝缘技术领域,具体涉及一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统。
【背景技术】
空间电荷测量技术是研究材料电荷特性的基础和手段,空间电荷测量技术的不断发展与电介质材料介电特性研究的不断深入密切相关、相互促进。在现有油纸绝缘材料内部空间电荷无损测量技术中,电声脉冲法(PEA)已成为其测量领域中一种十分有效、简便且应用广泛的方法。但是,目前使用的测量系统,试品裸露在空气中或简单的容器内,无法密封或使空气完全干燥,而油纸绝缘材料极易从空气中吸潮导致其内部微水含量升高。水分含量的增加不但会导致油纸绝缘材料的电气强度降低,还会加速油纸绝缘老化,缩短绝缘寿命,影响试品的电导率和空间电荷迁移速率,对试品内部空间电荷的积聚和消散特性影响显著。
因此在油纸绝缘材料内部电荷测量过程中,保证试品周围空气的绝对干燥,避免试品因吸潮造成其内部含水量的升高尤为重要。
【发明内容】
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供了一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统,其试品腔完全密闭,使试品在测量过程中保持状态的稳定性,油纸绝缘内部空间电荷分布结果准确可靠。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统,包括上电极系统和下电极系统,上电极系统包括上电极、直流高压源和脉冲源,下电极系统包括下电极、压电传感器和宽带放大器;其中,下电极系统腔具有中空的腔体,其一端固定在下电极的上面,另一端开口,上电极系统外壳伸入下电极系统腔的开口端,并与下电极系统腔的开口端通过密封圈密封,铝金属盒与下电极的下面形成一个密封的腔体;试品设置在下电极的上面,且位于下电极系统腔内,试品上从下至上依次设有半导电层和上电极,压电传感器通过吸收层固定在与试品相对的下电极的下面;下电极系统腔的侧壁上设有抽气管,抽气管的出口端安装有抽气阀;直流高压源、脉冲源以及下电极均设有接地线,直流高压源通过串联的高压接线端和保护电阻与上电极的上端相连,用于施加-30kV到+30kV的直流高压,高压接线端设置在上电极系统外壳上;脉冲源通过高压陶瓷电容器耦合到上电极的上端;压电传感器的输出端与设置在铝金属盒内的宽带放大器的输入端相连,宽带放大器的输出端与设置在铝金属盒外的示波器的输入端相连,示波器与计算机相连。
本发明进一步改进在于,抽气管上设置有气压表。
本发明进一步改进在于,压电传感器采用PVDF压电传感器。
本发明进一步改进在于,抽气管的出口端通过抽气阀与真空泵或者气瓶连接。
本发明进一步改进在于,示波器采用Tektronix DPO4034示波器。
相对于现有技术,本发明的显著效果在于:
本发明通过密封圈及抽气模块,保证了在测量油纸绝缘材料内部空间电荷分布的过程中,试品温度、微水含量等特性一致。着重避免了在空间电荷测量过程中从空气中吸收水分引起试品微水含量变化。设计的系统具有良好的密封性能,保证了试品在测量过程中微水含量的稳定性。此外,本发明上电极系统为一重量固定的整体,试品厚度一致的前提下,可以保证试品所受压力一致,避免了现有测量系统中因手动固定上电极系统引起压力不一致,造成测量结果出现偏差的情况,使得测量结果更准确。
【附图说明】
图1为本发明的测量系统的结构示意图;
其中:1-直流高压源;2-脉冲源;3-匹配电阻;4-高压陶瓷电容器;5-保护电阻;6-上电极;7-半导电层;8-试品;9-高压接线端;10-上电极系统外壳;11-密封圈;12-下电极;13-PVDF压电传感器;14-吸收层;15-宽带放大器;16-气压表;17-抽气阀;18-示波器;19-计算机;20-下电极系统腔;21-铝金属盒;22-抽气管。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1,本发明一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统,包括上电极系统和下电极系统,上电极系统包括上电极6、直流高压源1和脉冲源2,下电极系统包括下电极12、压电传感器13和宽带放大器15;其中,下电极系统腔20具有中空的腔体,其一端固定在下电极12的上面,另一端开口,上电极系统外壳10伸入下电极系统腔20的开口端,并与下电极系统腔20的开口端通过密封圈11密封,铝金属盒21与下电极12的下面形成一个密封的腔体;试品8设置在下电极12的上面,且位于下电极系统腔20内,试品8上从下至上依次设有半导电层7和上电极6,压电传感器13通过吸收层14固定在与试品8相对的下电极12的下面;下电极系统腔20的侧壁上设有抽气管22,抽气管22的出口端安装有抽气阀17;直流高压源1、脉冲源2以及下电极12均设有接地线,直流高压源1通过串联的高压接线端9和保护电阻5与上电极6的上端相连,用于施加-30kV到+30kV的直流高压,高压接线端9设置在上电极系统外壳10上;脉冲源2通过高压陶瓷电容器耦合到上电极6的上端;压电传感器13的输出端与设置在铝金属盒21内的宽带放大器15的输入端相连,宽带放大器15的输出端与设置在铝金属盒21外的Tektronix DPO4034示波器18的输入端相连,Tektronix DPO4034示波器18与计算机19相连。
进一步地,上压电传感器13采用PVDF压电传感器。抽气管22上设置有气压表16。气管22的出口端通过抽气阀17与真空泵或者气瓶连接。
进一步地说,上电极系统主要包括上电极6、直流高压源1、脉冲源2;下电极系统主要包括下电极12、PVDF压电传感器13和宽带放大器15。直流高压源通过串联的高压接线端9和耐高压保护电阻与上电极上端相连,用于施加-30kV到+30kV的直流高压;脉冲源通过高压陶瓷电容器耦合到上电极上端,此两部分构成上电极电路系统,并通过环氧树脂浇注、固化固定在铜屏蔽外壳内;下电极底部与压电传感器连接,压电传感器将采集到的声信号转换为电信号传输到放大器,之后被数据采集模块采集;数据采集模块由Tektronix DPO4034示波器18及安装有采集软件的计算机19组成。
本发明的目的之一是,设计了一种油纸绝缘材料内部空间电荷测量系统,该系统包括:上电极系统,上电极系统主要包括上电极、直流高压源、脉冲源;下电极系统主要包括下电极、压电传感器和宽带放大器。上电极系统被密封在铜屏蔽外壳内,下电极系统被固定在铝金属盒内。上电极系统插入下电极系统腔口后,上电极面与下电极面水平、中心轴自动重合。
本发明的目的之一是,设计了一种油纸绝缘材料内部空间电荷测量系统,该系统包括:密封圈及抽气模块,用于避免试品在实验过程中吸潮。下电极腔口上端面设计有密封圈,上电极系统插入下电极腔口时实现试品腔密封功能;下电极腔侧壁上设计抽气口,引出抽气管,并在抽气管上安装气压表。抽气管可与真空泵或者气瓶连接,实现抽真空或冲入干燥气体的功能,通过气压表可观察内部气压状态,实现腔内氛围可控。
本次发明的油纸绝缘材料内部空间电荷测量系统,在下电极系统试验腔体上端口设计了密封圈,使系统试验腔高度密封,并且在下电极系统试验腔体侧面设计有阀门和气压表,可对试品腔进行抽气处理,保证其试验氛围的绝对干燥和气压可控。此阀门不仅可以进行抽气处理,还可根据实验需要,充入不同气体。解决了现有油纸绝缘材料内部空间电荷测量过程中,油纸绝缘材料因吸潮影响其内部空间电荷积聚和消散过程,导致其测量结果不准确的问题。
1)将被测量油纸绝缘试品8置入下电极系统腔20,上电极系统10对准下电极系统腔20,并快速插入下电极系统腔20,上电极面与下电极面水平,中心轴自动重合,压紧上电极6及其上电极系统外壳10,通过密封圈11将下电极系统腔20密封。
2)油纸试品极易从空气中吸水,导致试品内部微水含量增多,影响空间电荷的积聚与消散,使测量结果无意义。为避免试品从周边氛围吸取水分,可通过抽气阀17,根据抽气时间和气压表16观察抽气情况,确保实验腔体内部空气的干燥性。如有需要,也可根据需要向实验腔体内充入其他气体。
3)直流高压源1通过高压接线端9和保护电阻5输出从-30kV到+30kV的直流高压于上电极6,电应力通过半导电层7施加到试品8上,同时脉冲源2所产生的电脉冲信号通过高压陶瓷电容器4作用到试品上,电场力使试品内空间电荷发生微扰动,由它所产生的声信号穿过下电极13探测并转换为电信号,之后经过宽带放大器15放大并输出数据,传输到Tektronix DPO4034示波器18,在安装有数据处理软件的计算机19上完成数据处理,得到油纸绝缘材料内部空间电荷的分布。
为了对本发明进一步了解,现对其工作原理做一说明。
将油纸绝缘试品置入铜屏蔽腔,上电极系统插入下电极系统腔口,压紧密封完毕后,打开抽气阀抽取腔内气体,根据气压表读取内部压力数值。之后施加直流电压和脉冲扰动,产生的声信号被压电传感器采集到并经放大转换为电信号输出。示波器显示的横坐标为试品厚度,单位是μm,纵坐标为空间电荷产生电压信号,单位是mV,经过计算可得到试品中空间电荷的分布。
Claims (5)
1.一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统,其特征在于,包括上电极系统和下电极系统,上电极系统包括上电极(6)、直流高压源(1)和脉冲源(2),下电极系统包括下电极(12)、压电传感器(13)和宽带放大器(15);其中,下电极系统腔(20)具有中空的腔体,其一端固定在下电极(12)的上面,另一端开口,上电极系统外壳(10)伸入下电极系统腔(20)的开口端,并与下电极系统腔(20)的开口端通过密封圈(11)密封,铝金属盒(21)与下电极(12)的下面形成一个密封的腔体;试品(8)设置在下电极(12)的上面,且位于下电极系统腔(20)内,试品(8)上从下至上依次设有半导电层(7)和上电极(6),压电传感器(13)通过吸收层(14)固定在与试品(8)相对的下电极(12)的下面;下电极系统腔(20)的侧壁上设有抽气管(22),抽气管(22)的出口端安装有抽气阀(17);直流高压源(1)、脉冲源(2)以及下电极(12)均设有接地线,直流高压源(1)通过串联的高压接线端(9)和保护电阻(5)与上电极(6)的上端相连,用于施加-30kV到+30kV的直流高压,高压接线端(9)设置在上电极系统外壳(10)上;脉冲源(2)通过高压陶瓷电容器耦合到上电极(6)的上端;压电传感器(13)的输出端与设置在铝金属盒(21)内的宽带放大器(15)的输入端相连,宽带放大器(15)的输出端与设置在铝金属盒(21)外的示波器(18)的输入端相连,示波器(18)与计算机(19)相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统,其特征在于,抽气管(22)上设置有气压表(16)。
3.根据权利要求1所述的一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统,其特征在于,压电传感器(13)采用PVDF压电传感器。
4.根据权利要求1所述的一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统,其特征在于,抽气管(22)的出口端通过抽气阀(17)与真空泵或者气瓶连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于油纸绝缘材料内部空间电荷测量的系统,其特征在于,示波器(18)采用Tektronix DPO4034示波器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140827 |