CN105116247B - 一种复合介质界面正交电场测量的电极系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合介质界面正交电场测量的电极系统，包括电极系统，用于在测试过程中给复合介质界面提供垂直电场或正交电场；压力控制系统，用于在电场施加过程中持续地给复合介质界面提供所需的界面压力，并测量测试过程中给复合介质界面施加的压力。本发明通过旋转螺杆上的旋转螺帽调节施加在介质上的压力，实现了不同压力下复合绝缘介质各项电气性能的研究。通过在界面贴加铝箔电极，并使高压极铝箔一端与高压铝圆柱正电极接触，一端放置在绝缘复合界面压好，接地极铝箔一端与接地电极接触，一端放置在绝缘复合界面压好，这样就可以给绝缘复合界面提供正交电场，达到对实际电缆接头与电缆复合绝缘界面实际电气特性的模拟。

Description

一种复合介质界面正交电场测量的电极系统

【技术领域】

本发明属于高压电缆接头界面电气性能测试领域，涉及一种特定持续压力作用下，复合介质界面基本电气性能的测量，具体是一种复合介质界面正交电场测量的电极系统。

【背景技术】

实际电力输送过程中，电缆接头被用来连接两根不同的电缆以保证电力远距离输送，目前最常见的高压电缆中间接头为预制式和冷缩式，在使用时，电缆中间接头保持一定的界面压力套接在电缆绝缘外部，形成接头与电缆复合介质界面，而研究表明，接头与电缆复合介质界面为绝缘薄弱环节，其电气特性的研究对高压输电尤其是直流高压输电具有显著意义。如图1所示，为电缆接头切面1/4结构及其加压时内部电位线分布；由图1可知，电缆接头复合介质界面电场为正交电场，而现有试验基本都是在施加垂直界面的体电场下进行的。同时，界面间存在一定的界面压力，这使复合介质界面的电气性能研究变得困难。

【发明内容】

本发明的目的在于解决上现有技术中的问题，提供了一种实现模拟电缆附件运行下的复合介质界面正交电场测量的电极系统，该系统不仅保证了加压情况下复合介质性能测量，同时还实现了复合界面电场下界面电气特性的测量，可运用于正交场下复合介质界面局部放电特性、界面电导特性和界面空间电荷特性的研究。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种复合介质界面正交电场测量的电极系统，包括正交电场施加电极和复合介质界面压力控制系统；正交电场施加电极包括复合介质体电场施加电极以及设置于复合介质体电场施加电极的正负电极之间的界面电场施加电极；界面电场施加电极的正电极与正交电场施加电极的正电极相接处，界面电场施加电极的负电极与正交电场施加电极的负电极相接处；复合介质体电场施加电极的正电极与外部高压源输出端相连，复合介质体电场施加电极的负电极接地；复合介质界面压力控制系统设置于正交电场施加电极上方，包括压力施加部分和压力测量系统，压力测量系统检测压力施加部分所施加的压力，并将压力转换为电信号传递至仪表显示。

本发明进一步的改进在于：

复合介质体电场施加电极包括铝合金屏蔽外壳、设置于铝合金屏蔽外壳内的铝圆柱正电极以及设置于铝合金屏蔽外壳下方的铝板负电极；铝圆柱正电极通过电缆与外部高压源输出端相连，电缆由预留在铝合金屏蔽外壳的小孔穿出；铝圆柱正电极和电缆靠环氧树脂浇注并固定在铝合金屏蔽外壳内部；铝圆柱正电极和铝板负电极通过界面电场施加电极相连。

界面电场施加电极包括位于复合介质界面的上部介质和下部介质，上部介质和下部介质相互错开；上部介质和下部介质的一端双面分别贴附铝箔正电极和铝箔负电极，铝箔正电极和铝箔负电极的一端分别与铝圆柱正电极和铝板负电极接触，另一端分别贴在复合介质界面。

压力施加部分包括螺杆、旋转螺帽、压力定位小球和压力施加平板；压力施加平板设置于铝合金屏蔽外壳的上方，螺杆穿过压力施加平板下端固定在铝板负电极上；压力施加平板下方的螺杆上套接有用来平衡压力施加平板的弹簧；旋转螺帽安装在压力施加平板上方的螺杆上，通过旋转螺帽施加压力；压力施加平板的下方设置传递板，旋转螺帽施加的压力通过压力定位小球垂直作用于传递板上，并最终传递到压力测量系统。

压力测量系统包括弹性圆柱体、应变片和放大电路；弹性圆柱体设置于铝合金屏蔽外壳的上方凹槽中，若干应变片交错贴在弹性圆柱体的侧面，利用应变片测量弹性圆柱体受压后沿轴向和圆周方向的应变，通过全桥电路将应变片电阻变化转换为电信号后通过放大电路传递至仪表显示。

应变片包括沿弹性圆柱体圆周方向分布的两个横向应变片和沿轴向分布的两个纵向应变片，横向应变片和纵向应变片在圆周表面呈对称分布。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过压力控制装置，旋转螺杆上的旋转螺帽调节施加在介质上的压力，实现了不同压力(压强)下，复合绝缘介质各项电气性能的研究。通过本发明可以模拟电缆接头与电缆的复合介质实际运行情况下电气性能测量。本发明通过在界面贴加铝箔电极，并使高压极铝箔一端与高压铝圆柱正电极接触，一端放置在绝缘复合界面压好，接地极铝箔一端与接地电极接触，一端放置在绝缘复合界面压好，这样就可以给绝缘复合界面提供正交电场，达到对实际电缆接头与电缆复合绝缘界面实际电气特性的模拟。

【附图说明】

图1为现有技术中电缆接头切面1/4结构及其加压时内部电位线分布示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明界面电场施加电极的示意图；

图4为本发明应变片安装示意图；

图5为本发明转换放大电路的电路图。

其中：1为铝圆柱正电极；2为环氧树脂；3为铝合金屏蔽外壳；4为铝箔正电极；5为铝箔负电极；6为上部介质；7为下部介质；8为铝板负电极；9为压力施加平板；10为弹簧；11为压力定位小球；12为传递板；13为弹性圆柱体；14为螺杆；15为旋转螺帽；16为横向应变片；17为纵向应变片。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图2至图5，本发明包括正交电场施加电极和复合介质界面压力控制系统。正交电场施加电极包括复合介质体电场施加电极和界面电场施加电极。

复合介质体电场施加电极包括铝圆柱正电极1、铝合金屏蔽外壳3和铝板负电极8，其中铝圆柱正电极1通过穿过预留在铝合金屏蔽外壳3的小孔与外部高压源输出端相连，铝圆柱正电极1和电缆靠环氧树脂2浇注并固定在铝合金屏蔽外壳3内部。界面电场施加电极包括位于复合介质界面的铝箔正电极4和铝箔负电极5。采用错层加压法，即分别在上部介质6、下部介质7的一端双面均贴附铝箔电极，并令铝箔正电极4和铝箔负电极5的一端分别与铝圆柱正电极1和铝板负电极8接触，保证导电良好，另一端分别贴在复合介质界面，电极形状和界面间距根据实验条件可调。

复合介质界面压力控制系统包括压力施加部分和压力测量系统。压力施加部分包括螺杆14、旋转螺帽15、压力定位小球11和压力施加平板9。螺柱上套接有弹簧10，用来平衡压力施加板。旋转螺帽15施加的压力通过压力定位小球11垂直作用于传递板12，最终传递到压力测量系统。压力测量系统，包括了弹性圆柱体13、应变片和放大电路。利用应变片测量弹性圆柱体13受压后沿轴向和圆周方向的应变，通过全桥电路将应变片电阻变化转换为电信号后通过放大电路传递至仪表显示。

本发明的原理及工作过程：

本发明“错位加压法”实现复合介质界面正交电场测量的电极系统包括了电极系统和压力控制系统。电极系统包括实验体电场施加电极和界面电场施加电极。其中体电场施加电极由环氧树脂浇注的铝圆柱正电极和铝板负电极组成，铝圆柱正电极外环氧浇注层的外部用铝合金外壳屏蔽。使用时，铝圆柱正电极连接电源高压输出端，铝板负电极接地。界面电场施加电极为夹在复合介质界面，厚度为μm级的两片铝箔组成，其中一片连接高压极，另一片接地，铝箔间距可调，根据实验要求，界面电极可以制成所需的针-板/板-板形状。

压力控制装置包括压力施加部分和压力测量系统。其中压力施加部分由螺杆、旋转螺帽、压力定位小球和压力施加平板组成。螺杆连接铝板负电极和压力施加平板，螺柱上套接有弹簧，用来平衡压力施加板，其中两根对角螺杆上方固定旋转螺帽，通过旋转螺帽实现压力施加。为防止旋转螺帽导致压力施加板倾斜引起压力施加方向变化，在压力施加板的中心内置一活动的定位小球来连接压力施加板和下方压力测量系统，以保证压力方向垂直向下。

压力测量系统由压力测量和放大电路组成。在正电极屏蔽层上方小凹槽内，放置有各向同性的弹性圆柱体，四片应变片交错贴在圆柱体侧面，圆柱上方覆盖具有和压力定位小球紧密贴合凹曲面的小铝板，当压力作用在圆柱上时，应变片测量到圆柱壁上不同方向的应变而产生电阻变化，由全桥电路转化为电信号后连接放大电路显示出来。

下面结合本发明的实例附图，来对发明实例方式进行清楚、完善的描述。参见图2，体电场施加电极包括铝圆柱正电极1、环氧树脂2、铝合金外壳3和负极铝板8组成。在实际使用时，铝圆柱正电极1侧面连接电缆并将电缆穿过事先在铝合金外壳3侧面预留的小孔引出到外部，随后用环氧树脂将铝圆柱正电极1和电缆一起浇注固定，使用时，铝圆柱正电极1连接的电缆接高压电源输出端，负极铝板8接地。体电场施加电极可以用于体电场下复合/单层介质电气性能测量。

正交电场下电气性能的测量需要在施加体电场的情况下同时对复合介质施加界面电场，电极由铝箔正电极4和铝箔负电极5组成。实际测量过程采用介质错层加压法，即分别在上部介质6和下部介质7的一端双面均贴附铝箔电极，并令铝箔正电极4一端与铝圆柱正电极1接触，保证导电良好，一端贴在上部介质6和下部介质7的界面，同理，铝箔负电极5一端与铝板负电极8接触，保证导电良好，一端贴在上部介质6和下部介质7的界面。在界面上，电极贴合情况如图3所示，其中铝箔正电极4和铝箔负电极5形状和在界面上的间距d根据实验要求可变。

压力控制系统包括了压力施加平板9、压力定位小球11、压力传递铝板12、螺杆14、旋转螺帽15以及压力测量和放大电路。其中测量电路包括弹性圆柱体13以及贴在圆柱体外部的电阻应变片。通过旋转螺帽15，对压力施加平板9一定的压力，由于定位小球11在平板9内部可以自由旋转，于是可以确保压力通过传递板12垂直作用于弹性圆柱体13。如图4，弹性圆柱体沿圆周方向分布两个横向应变片16，沿轴向方向分布两个纵向应变片17，应变片在圆周表面呈对称分布，分别测量弹性圆柱13在压力作用下收缩和拉伸应变，并最终通过直流全桥电路转化为电信号输出。压力转换放大电路如图5所示，全桥电路可以消除测量电路的零漂，补偿非线性误差，同时也可以达到温度补偿的效果，放大电路将信号放大，最终在仪表中显示出来，其中，16-1、16-2表示测量中产生拉伸应变的应变片，17-1、17-2表示测量中产生压缩应变的应变片。

本发明实际模拟了电缆接头运行情况，实现了特定复合介质面压下，正交电场下介质界面电气性能，包括局部放电、击穿、界面电导和界面空间电荷的测量。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复合介质界面正交电场测量的电极系统，其特征在于，包括正交电场施加电极和复合介质界面压力控制系统；正交电场施加电极包括复合介质体电场施加电极以及设置于复合介质体电场施加电极的正负电极之间的界面电场施加电极；界面电场施加电极的正电极与正交电场施加电极的正电极相接触，界面电场施加电极的负电极与正交电场施加电极的负电极相接触；复合介质体电场施加电极的正电极与外部高压源输出端相连，复合介质体电场施加电极的负电极接地；复合介质界面压力控制系统设置于正交电场施加电极上方，包括压力施加部分和压力测量系统，压力测量系统检测压力施加部分所施加的压力，并将压力转换为电信号传递至仪表显示；

所述复合介质体电场施加电极包括铝合金屏蔽外壳(3)、设置于铝合金屏蔽外壳(3)内的铝圆柱正电极(1)以及设置于铝合金屏蔽外壳(3)下方的铝板负电极(8)；铝圆柱正电极(1)通过电缆与外部高压源输出端相连，电缆由预留在铝合金屏蔽外壳(3)的小孔穿出；铝圆柱正电极(1)和电缆靠环氧树脂(2)浇注并固定在铝合金屏蔽外壳(3)内部；铝圆柱正电极(1)和铝板负电极(8)通过界面电场施加电极相连；

所述界面电场施加电极包括位于复合介质界面的上部介质(6)和下部介质(7)，上部介质(6)和下部介质(7)相互错开；上部介质(6)和下部介质(7)的一端双面分别贴附铝箔正电极(4)和铝箔负电极(5)，铝箔正电极(4)和铝箔负电极(5)的一端分别与铝圆柱正电极(1)和铝板负电极(8)接触，另一端分别贴在复合介质界面。

2.根据权利要求1所述的复合介质界面正交电场测量的电极系统，其特征在于，所述压力施加部分包括螺杆(14)、旋转螺帽(15)、压力定位小球(11)和压力施加平板(9)；压力施加平板(9)设置于铝合金屏蔽外壳(3)的上方，螺杆(14)穿过压力施加平板(9)下端固定在铝板负电极(8)上；压力施加平板(9)下方的螺杆(14)上套接有用来平衡压力施加平板(9)的弹簧(10)；旋转螺帽(15)安装在压力施加平板(9)上方的螺杆(14)上，通过旋转螺帽施加压力；压力施加平板(9)的下方设置传递板(12)，旋转螺帽(15)施加的压力通过压力定位小球(11)垂直作用于传递板(12)上，并最终传递到压力测量系统。

3.根据权利要求1或2所述的复合介质界面正交电场测量的电极系统，其特征在于，所述压力测量系统包括弹性圆柱体(13)、应变片和放大电路；弹性圆柱体(13)设置于铝合金屏蔽外壳(3)的上方凹槽中，若干应变片交错贴在弹性圆柱体(13)的侧面，利用应变片测量弹性圆柱体(13)受压后沿轴向和圆周方向的应变，通过全桥电路将应变片电阻变化转换为电信号后通过放大电路传递至仪表显示。

4.根据权利要求3所述的复合介质界面正交电场测量的电极系统，其特征在于，所述应变片包括沿弹性圆柱体(13)圆周方向分布的两个横向应变片(16)和沿轴向分布的两个纵向应变片(17)，横向应变片(16)和纵向应变片(17)在圆周表面呈对称分布。