CN104133112B - 一种真空高温电导率测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空高温电导率测量装置及方法，该装置由真空烘箱、高压套管、高压电极、低压电极、保护电极、支撑绝缘件、防闪络绝缘件、支撑板、绝缘支撑杆构成；该方法包括步骤如下：1)对固体绝缘试样进行干燥处理；2)将试样置于高温电导测量装置中；3)设定烘箱温度，加热试样；4)待试样温度达到设定值并稳定后，抽真空至10～100pa，保持真空度和烘箱温度不变；5)测量该温度下试样的泄露电流及电导率。本发明结构简单、操作方便，可以有效排除水分及吸附气体对电导测量精度的影响，能为固体绝缘材料高温、高场强下电导率的准确测量提供实验平台及测试方法。

Description

一种真空高温电导率测量装置及方法

【技术领域】

本发明属于电气绝缘测试技术领域，特别是涉及一种真空高温电导率测量装置及方法。

【背景技术】

随着超、特高压直流输电系统的发展，越来越多的固体绝缘材料应用于高压直流输变电设备中。固体绝缘材料电导率随温度变化较大，对于超、特高压直流电力设备的材料选择、绝缘结构设计及超、特高压直流系统的安全、可靠运行具有重要意义。

目前常见的固体绝缘材料电导率测量装置多是在大气压环境下进行测量，测试温度不能设置很高。而随着固体绝缘材料，特别是有机复合绝缘材料在电力设备中的大量应用，有机绝缘材料的吸水、吸气特性对于其电导率测量的影响较大；同时还有部分固体绝缘材料工作于高真空、高温环境、高场强环境下，而目前的电导率测量装置不能同时做到高真空、高温环境、高场强下测量。因此有必要对高真空、高温环境下的固体绝缘材料电导率进行测量。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种真空高温电导率测量装置及方法，其用以测量高真空、高温环境下的固体绝缘材料电导率。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种真空高温电导率测量装置，包括真空烘箱，真空烘箱的顶板上开设有通孔，该通孔处由外至内依次设有套管和高压导电杆；下支撑板设置在真空烘箱内，下支撑板的中心开设有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽内从下至上依次设置有支撑绝缘件和保护电极，低压电极为圆柱形铝电极，其设置于支撑绝缘件的中心；上支撑板通过周向均匀设置的四个绝缘支撑杆安装在下支撑板的正上方，上支撑板的中心开有通孔，导向套设置在上支撑板的通孔处，导向套内设置有高压导杆，且高压导杆在导向套内能够上下移动，高压导杆的上端通过金属连接线与高压导电杆相连，高压导杆的下端通过球头连杆、球头以及球头压板与高压电极相连，且高压电极位于低压电极的正上方，保护电极和低压电极分别通过设置在下支撑板底端的BNC接头及高温同轴电缆连接真空烘箱外的电导率测量及显示系统。

本发明进一步改进在于：真空烘箱的温度可调范围为室温+10～300℃，精度为±0.5℃，真空度能够达到10pa。

本发明进一步改进在于：保护电极为环形铝电极，保护电极的上端面上开设有环状凹槽，该环状凹槽内嵌有环形绝缘件。

本发明进一步改进在于：绝缘件采用聚四氟乙烯制成，绝缘件的上端面开设有若干条环状凹槽。

本发明进一步改进在于：高压导杆的周向设置有突出部，该突出部与导向套之间设置有紧固弹簧。

本发明进一步改进在于：上支撑板、导向套、绝缘支撑杆以及支撑绝缘件的材质均为聚四氟乙烯，下支撑板的材质为铝，上支撑板和下支撑板与四个绝缘支撑杆之间通过六角绝缘螺母固定。

本发明进一步改进在于：真空烘箱的套管与真空烘箱之间、套管与高压导电杆之间采用环氧密封胶密封。

本发明进一步改进在于：保护电极、支撑绝缘件通过沉孔螺丝固定于下支撑板上。

一种真空高温电导率测量方法，包括以下步骤：

1)对固体绝缘试样进行干燥处理；

2)打开真空烘箱的侧门，握住高压导杆，向上拉起高压电极，将试样放在低压电极的上表面上，试样几何中心与低压电极中心重合，放下高压电极，确保高压电极紧压在试样上，然后连接好外电路，并关闭真空烘箱的侧门；

3)设定真空烘箱的温度，加热试样；

4)待真空烘箱的温度达到设定值并稳定后，抽真空至设定值，保持真空烘箱内的温度和真空度不变；

5)通过电导率测量及显示系统测量该温度下的试样的泄露电流及电导率。

本发明进一步改进在于，步骤1)中，将固体绝缘材料试样在100℃以及50Pa环境中干燥24小时。

与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：

本发明可以同时做到高真空、高温、高场强条件下的电导率测量，有效地排除了水分及吸附气体对电导率测量的影响，从而实现准确测量固体绝缘材料电导率，为研究固体绝缘材料中水分及吸附气体对其电导率的影响提供了实验平台及测试方法。

【附图说明】

图1为本发明真空高温电导率测量装置的总体结构示意图；

图2为本发明上支撑板的俯视图；

图3为本发明下支撑板的俯视图；

图4为本发明高压导杆的结构示意图；

图5为本发明导向套的结构示意图；

图6为本发明球头连接件的结构示意图；

图7为本发明球头压板的结构示意图；

图8为本发明球头的结构示意图；

图9为本发明高压电极的结构示意图；

图10为本发明低压电极的结构示意图；

图11为本发明支撑绝缘件的结构示意图；

图12为本发明下支撑板的结构示意图；

图13为本发明绝缘件的结构示意图；

图14为本发明真空高温电导率测量方法的流程图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

参见图1，本发明一种真空高温电导率测量装置，包括真空烘箱1，真空烘箱1的顶板上开设有通孔，该通孔处由外至内依次设有套管2和高压导电杆3；下支撑板18设置在真空烘箱1内，下支撑板18的中心开设有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽内从下至上依次设置有支撑绝缘件17和保护电极15，低压电极16为圆柱形铝电极，其设置于支撑绝缘件17的中心；上支撑板7通过周向均匀设置的四个绝缘支撑杆9安装在下支撑板18的正上方，上支撑板7的中心开有通孔，导向套6设置在上支撑板7的通孔处，导向套6内设置有高压导杆5，且高压导杆5在导向套6内能够上下移动，高压导杆5的上端通过金属连接线4与高压导电杆3相连，高压导杆5的下端通过球头连杆11、球头12以及球头压板与高压电极13相连，且高压电极13位于低压电极16的正上方，低压电极16通过设置在下支撑板18底端的BNC接头19(刺刀螺母连接器)及高温同轴电缆连接真空烘箱1外的电导率测量及显示系统。

其中，真空烘箱1的温度可调范围为室温+10～300℃、精度为±0.5℃，真空度能够达到10pa。

参见图2和图3，高温电导电极通过上支撑板7、下支撑板18和绝缘支撑杆9为高温电导电极提供整体支撑，其中上支撑板7通过四根绝缘支撑杆9固定于下支撑板18上，在上支撑板7中心贯穿固定有导向套6，上支撑板7、导向套6、绝缘支撑杆9的材质均为聚四氟乙烯，下支撑板18的材质为铝；为了便于电极的安装于拆卸，绝缘支撑杆9上车有螺纹，通过聚四氟乙烯六角螺母8安装固定上支撑板7、下支撑板18；图3中下支撑板18开设有圆柱形凹槽，用于嵌放高温电导电极的低压电极等。

参见图4和图5，高压导杆5穿过上支撑板导向套6，高压导杆5在上支撑板7的导向套6内可以上下移动，高压导杆5的周向设置有突出部，该突出部与导向套6之间设置有紧固弹簧10，紧固弹簧10为高压电极13提供紧固力。

参见图6至图8，球头连杆11下端连接球头12，球头连杆11上端连接高压导杆5下端，球头压板通过球头连杆固定于球头12上部。

参见图9，高压电极13为圆柱形电极，电极上部安装球头12，通过球头12为调整高压电极13放下，使高压电极13与试样上表面完全贴合。

参见图10至图13，低压电极16为圆柱形铝电极，置于支撑绝缘件17的中心，支撑绝缘件17的形状为圆柱形，材质为聚四氟乙烯；支撑绝缘件17和下支撑板18中心开有通孔，下支撑板通孔上固定有BNC接头19，低压电极16下部与BNC接头19相连；保护电极15为环形铝电极，置于支撑绝缘件17上表面，保护电极15与低压电极16之间由支撑绝缘件17实现电气绝缘；支撑绝缘件17嵌入下支撑板18上；保护电极15上表面开设有环状凹槽，环状凹槽内嵌有环形聚四氟乙烯绝缘件14，并且绝缘件14上表面开设有若干环状凹槽，以增大绝缘件14表面爬电距离，防止试样表面闪络；保护电极15、支撑绝缘件17通过沉孔螺丝固定于下支撑板18上；低压电极16、保护电极15与下支撑板18上BNC接头19相接，BNC接头19通过高温电缆与真空烘箱1外部电导率测量及显示系统相连。

为了保证真空烘箱1具有良好的真空性能，真空烘箱1配有真空泵，真空泵为单级或多级泵，可以保证真空烘箱1达到需要的真空度。

为了达到密封和耐高温要求，真空烘箱1上部套管2与烘箱1之间、套管2与高压导电杆3之间采用环氧密封胶密封，低压电极16与烘箱外部电导率测量及显示系统连接的同轴电缆选用高温同轴电缆，并且真空烘箱1的高温同轴电缆出口部位采用环氧密封胶密封。

由于高温电导率测量中所要测的泄露电流信号十分微弱，所以保护电极15和低压电极16通过一根高温同轴电缆引出，保护电极15接到高温同轴电缆的屏蔽层，低压电极16接到同轴电缆轴心导线，实现微弱信号的抗干扰。

由于试样的压紧程度、与电极的贴合程度对于其电导率的测量都有明显影响，为了使试样压紧程度、贴合程度抑制，本测量装置在高压导杆5和导向套6之间安装了紧固弹簧10，同时高压导杆5下端通过球头12实现与高压电极13的连接，保证试样在测量中每次压紧程度、贴合程度一致，使得测试结果一致，具有可比性。

为了测量高电场强度下固体绝缘材料的电导率，测量装置需要施加高达数十千伏的直流电压，为此，本测量装置外部配有高压直流电源，输出电压±60kV/5mA。

实施1：

参见图14，为了测量高温、高场强下固体绝缘材料的电导率，本发明一种真空高温电导率测量方法，包括如下步骤：

1)将固体绝缘材料试样在100℃以及50Pa环境中干燥24小时；

2)打开真空烘箱1的侧门，握住高压导杆5，向上拉起高压电极13，将试样放在低压电极16的上表面上，试样几何中心与低压电极中心重合，放下高压电极13，确保高压电极13紧压在试样上，然后连接好外电路，并关闭真空烘箱1的侧门；

3)设定真空烘箱1的温度，加热试样；

4)待真空烘箱1的温度达到设定值并稳定后，抽真空至设定值，保持真空烘箱1内的温度和真空度不变；

5)通过电导率测量及显示系统测量该温度下的试样的泄露电流及电导率。

6)重复步骤S3～S5，可以实现试样在不同温度下的同一高场强下的电导率的测试。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别仅在于：

在测量过程中，保持温度不变，通过改变步骤5)中的高压电源输出值，实现同一温度下，不同高场强下的电导率测试。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别仅在于：

在测量过程中，步骤4)和5)中的温度和高压电源输出值同时改变，实现不同温度、不同高场强下的电导率测试。

实施例3

本实施例与实施例3的区别仅在于：

测量时，在步骤4)中，待烘箱温度达到设定值后，抽真空至100pa后，保持真空度和烘箱温度不变，这样对于某些电导率易受真空度影响的固体绝缘材料，可以实现真空环境下对其高温、高场强下电导率的测量。

Claims (7)

1.一种真空高温电导率测量装置，其特征在于：包括真空烘箱(1)，真空烘箱(1)的顶板上开设有通孔，该通孔处由外至内依次设有套管(2)和高压导电杆(3)；下支撑板(18)设置在真空烘箱(1)内，下支撑板(18)的中心开设有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽内从下至上依次设置有支撑绝缘件(17)和保护电极(15)，低压电极(16)为圆柱形铝电极，其设置于支撑绝缘件(17)的中心；上支撑板(7)通过周向均匀设置的四个绝缘支撑杆(9)安装在下支撑板(18)的正上方，上支撑板(7)的中心开有通孔，导向套(6)设置在上支撑板(7)的通孔处，导向套(6)内设置有高压导杆(5)，且高压导杆(5)在导向套(6)内能够上下移动，高压导杆(5)的上端通过金属连接线(4)与高压导电杆(3)相连，高压导杆(5)的下端通过球头连杆(11)、球头(12)以及球头压板与高压电极(13)相连，且高压电极(13)位于低压电极(16)的正上方，保护电极(15)和低压电极(16)分别通过设置在下支撑板(18)底端的BNC接头(19)及高温同轴电缆连接真空烘箱(1)外的电导率测量及显示系统；

真空烘箱(1)的温度可调范围为室温+10～300℃，精度为±0.5℃，真空度能够达到10pa；

保护电极(15)为环形铝电极，保护电极(15)的上端面上开设有环状凹槽，该环状凹槽内嵌有环形绝缘件(14)，绝缘件(14)采用聚四氟乙烯制成，绝缘件(14)的上端面开设有若干条环状凹槽。

2.根据权利要求1所述的真空高温电导率测量装置，其特征在于：高压导杆(5)的周向设置有突出部，该突出部与导向套(6)之间设置有紧固弹簧(10)。

3.根据权利要求1所述的真空高温电导率测量装置，其特征在于：上支撑板(7)、导向套(6)、绝缘支撑杆(9)以及支撑绝缘件(17)的材质均为聚四氟乙烯，下支撑板(18)的材质为铝，上支撑板(7)和下支撑板(18)与四个绝缘支撑杆(9)之间通过六角绝缘螺母(8)固定。

4.根据权利要求1所述的真空高温电导率测量装置，其特征在于：真空烘箱(1)的套管(2)与真空烘箱(1)之间、套管(2)与高压导电杆(3)之间采用环氧密封胶密封。

5.根据权利要求1所述的真空高温电导率测量装置，其特征在于：保护电极(15)、支撑绝缘件(17)通过沉孔螺丝固定于下支撑板(18)上。

6.一种真空高温电导率测量方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至5中任一项所述的真空高温电导率测量装置，包括以下步骤：

1)对固体绝缘试样进行干燥处理；

2)打开真空烘箱(1)的侧门，握住高压导杆(5)，向上拉起高压电极(13)，将试样放在低压电极(16)的上表面上，试样几何中心与低压电极中心重合，放下高压电极(13)，确保高压电极(13)紧压在试样上，然后连接好外电路，并关闭真空烘箱(1)的侧门；

3)设定真空烘箱(1)的温度，加热试样；

4)待真空烘箱(1)的温度达到设定值并稳定后，抽真空至设定值，保持真空烘箱(1)内的温度和真空度不变；

5)通过电导率测量及显示系统测量该温度下的试样的泄露电流及电导率。

7.如权利要求6所述的真空高温电导率测量方法，其特征在于，步骤1)中，将固体绝缘材料试样在100℃以及50Pa环境中干燥24小时。