CN106199348A - 电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法和装置 - Google Patents
电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106199348A CN106199348A CN201610467069.4A CN201610467069A CN106199348A CN 106199348 A CN106199348 A CN 106199348A CN 201610467069 A CN201610467069 A CN 201610467069A CN 106199348 A CN106199348 A CN 106199348A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polymer
- electric
- low temperature
- electric branch
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
- G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
- G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
本发明涉及超导磁体绝缘可靠性技术，为实现模拟超导磁体系统中的强磁场环境，低温环境中电树枝观测及图像采集功能。本发明电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法和装置，包括数字显微镜成像系统、温度控制系统、恒温箱、可控高压脉冲电源和磁场发生装置，所述温度控制系统通过液氮冷却装置控制恒温箱温度；所述磁场发生装置由恒流电磁场发生器与电磁铁组成，电磁铁采用单扼U形结构；所述聚合物为进行电树枝老化的聚合物试样，聚合物处于单扼U形结构中间位置，两端通过针‑板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。本发明主要应用于超导磁体绝缘场合。
Description
技术领域
本发明涉及超导磁体绝缘可靠性技术，具体讲,涉及电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置。
背景技术
目前，国际热核聚变工程引起广泛的关注，国际上针对该项工程提出了磁约束高温等离子体的领先概念，世界范围内的磁约束聚变装置集中到托卡马克型(Tokamak,EAST)的环形磁约束装置上来。低温超导磁体系统是Tokamak装置中的重要组成单元，以环氧树脂为基体的复合绝缘子分别构成超导磁体系统中匝间绝缘、层间绝缘及磁体与地绝缘(对地绝缘)的绝缘部分。环氧胶在超导Tokamak装置中承担连接和绝缘的作用。超导磁体运行时需工作在液氦温度下，以环氧树脂为基体绝缘材料需要有较高的低温力学性能和电性能。英国卢瑟福实验室研制的环氧胶被我国引入成为超导磁体的耐低温绝缘材料。在ITER装置运行过程中，其内部的超导绝缘材料处于强磁场的环境中，因此，超导线圈以及线圈周围的绝缘复合材料除了承受液氮温度的极端环境外，还必须承受强磁场的作用。在磁场与电场的共同作用下，空间电荷的运动状态会发生改变，进而导致电树枝绝缘老化过程发生变化。磁通密度是表征磁场强弱的重要参数，超导装置中磁场的磁通密度变化范围为数百mT至几T，该强度下的磁场足以引起电荷运动特性发生改变，进而导致电树枝表现出不同的生长特性。目前，针对于磁场环境下的聚合物电树枝生长情况的研究较少，尚未建立一套完整的实验系统及方法来观测电磁场共同作用对电树枝生长特性的影响，因此急需建立一套电磁场环境下的电树枝测试装置来完善相关的理论体系。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，以模拟超导磁体系统中的强磁场环境，实现低温环境中环氧树脂试样在电磁场共同作用下的电树枝观测及图像采集功能。本发明采用的技术方案是，电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，包括数字显微镜成像系统、温度控制系统、恒温箱、可控高压脉冲电源和磁场发生装置，所述温度控制系统通过液氮冷却装置控制恒温箱温度；所述磁场发生装置由恒流电磁场发生器与电磁铁组成，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷；所述聚合物为进行电树枝老化的聚合物试样，由环氧树脂制成，聚合物处于单扼U形结构中间位置，两端通过针-板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。
针-板电极结构选取高纯度银针与可控高压脉冲电源接通作为高压电极，厚度为100μm的铝箔贴附在试样底部与铝板压紧，铝板和地相连，作为地电极。
高纯度银针为实心银针，其直径为400μm，针尖曲率半径为3μm。
电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法,步骤如下:利用温度控制系统控制恒温箱内温度；由恒流电磁场发生器与电磁铁组成磁场发生装置，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷；将由环氧树脂制成的聚合物作为进行电树枝老化的聚合物试样，将聚合物置于单扼U形结构中间位置，聚合物两端通过针-板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；利用恒流电磁场发生器、可控高压脉冲电源分别产生磁场、电场，利用数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。
控制恒温箱内温度为30、-30、-90和-196℃时分别进行观察，利用恒流电磁场发生器在0、100、200、400mT的磁通密度下进行观察；可控高压脉冲电源幅值和频率分别为14kV和400Hz。
本发明的特点及有益效果是：
本发明的优点和有益效果是，通过该装置能够模拟超导磁体系统中绝缘子所处的超导低温和磁场环境，通过控制磁场发生装置改变磁场强度来观察磁场的变化对环氧绝缘子内部电树枝老化的影响，进一步掌握了低温磁场环境下的聚合物电树枝生长特性，对超导中的绝缘可靠性评估具有十分重要的意义。
附图说明：
图1是低温磁场环境下的电树枝实验平台；
图2是脉冲电压波形图；
图3是不同磁场下典型的电树枝形态；
图4是低温下电树枝起始概率与磁通密度的关系。
具体实施方式
本发明涉及了一种电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，利用数字显微镜成像系统、温度控制系统、可控高压脉冲电源和磁场发生装置，通过改变磁场强度，研究低温下电磁场共同作用对环氧树脂电树枝生长特性的影响，并对测量数据进行数学处理，分析环氧树脂电树枝形态、生长速度等参数的变化，掌握环氧树脂在电磁场共同作用下的电树枝生长机理，为研究超导磁体系统的绝缘可靠性提供了重要的理论依据，具有典型的工程实践指导特性。
本发明的技术方案是，电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，包括数字显微镜成像系统、温度控制系统、可控高压脉冲电源和磁场发生装置，其特征为：所述温度控制系统通过液氮冷却装置使测试温度范围为室温至液氮温度；所述磁场发生装置由恒流电磁场发生器与电磁铁组成，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷，具有视野开阔、结构可靠、磁场强度高、磁场强度可调等特点；所述进行电树枝老化的聚合物试样由环氧树脂制成，实验选用针-板电极结构，采用实心银针作为针电极，其直径为400μm，针尖曲率半径为3μm，以消除磁场对针电极的应力作用，该装置可实现电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝观测。
在针-板电极中，选取高纯度银针与交流高压电源接通作为高压电极，厚度为100μm的铝箔贴附在试样底部与铝板压紧，铝板和地相连，作为地电极。
变压器高、低压绝缘套管是变压器箱外的主要绝缘装置，变压器高、低压绕组的引出线必须穿过绝缘套管，使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘，同时起固定引出线的作用。
CCD数码摄像头与笔记本电脑相连，通过摄像头自带软件可以实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况，并且可以摄像、拍照，拍照可实现定时拍照。软件还可实现长度标定，将拍到的电树枝生长图片与显微镜标尺对照，即可标定电树枝生长长度。
下面结合附图和具体实例进一步详细说明本发明。
本发明采用图1所示的磁场环境实验系统进性电树枝老化研究。该研究的实验温度为30、-30、-90和-196℃。实验采用典型的针-板电极，同时选取高纯度银针作为针电极以消除磁场应力，银针直径为400μm，针尖曲率半径3μm。磁场环境由电磁发生装置产生，磁通密度范围为0-400mT。实验所施加的电压为脉冲电压发生器产生的脉冲电压，其幅值和频率分别为14kV和400Hz。脉冲电压波形如图2所示。为了避免实验随机性带来的误差，每种情况约进行20次重复实验。
图3为不同强度磁场下典型的电树枝形态，环氧树脂电树枝测试分别在0、100、200、400mT的磁通密度下进行。在无磁场条件下，电树枝的形态简单，分枝少，树枝通道纤细。而当外施一定强度的磁场后，电树枝的通道明显加粗，树枝分枝增多，并且电树枝的树枝通道相互交错，充满了围绕针尖的各个生长方向，电树枝的横向生长比较明显。磁场强度增大，树枝通道变粗和横向生长现象更加明显，电树枝的形态更为复杂。
图4为低温环境下电树枝起始概率随磁通密度的变化趋势。起始时间设为10min。随着磁通密度的增加，起始概率也呈现不断上升的趋势。然而在磁通密度较低时(0-200mT)，电树枝起始概率的增加并不明显，当磁通密度增大至一定值(本实验中为400mT)，电树枝的起始概率有明显的增加。例如在-30℃时，当磁通密度为0-200mT时，电树枝起始概率在20-25％之间，增长并不明显，而当磁通密度增加至400mT时，起始概率增加至50％左右，是低磁通密度的2倍之多。
Claims (5)
1.一种电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，其特征是，由数字显微镜成像系统、温度控制系统、恒温箱、可控高压脉冲电源和磁场发生装置构成，所述温度控制系统通过液氮冷却装置控制恒温箱温度；所述磁场发生装置由恒流电磁场发生器与电磁铁组成，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷；所述聚合物为进行电树枝老化的聚合物试样，由环氧树脂制成，聚合物处于单扼U形结构中间位置，两端通过针-板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。
2.如权利要求1所述的电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，其特征是，针-板电极结构选取高纯度银针与可控高压脉冲电源接通作为高压电极，厚度为100μm的铝箔贴附在试样底部与铝板压紧，铝板和地相连，作为地电极。
3.如权利要求2所述的电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，其特征是，高纯度银针为实心银针，其直径为400μm，针尖曲率半径为3μm。
4.一种电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法,其特征是，步骤如下:利用温度控制系统控制恒温箱内温度；由恒流电磁场发生器与电磁铁组成磁场发生装置，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷；将由环氧树脂制成的聚合物作为进行电树枝老化的聚合物试样，将聚合物置于单扼U形结构中间位置，聚合物两端通过针-板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；利用恒流电磁场发生器、可控高压脉冲电源分别产生磁场、电场，利用数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。
5.如权利要求5所述的电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法,其特征是，控制恒温箱内温度为30、-30、-90和-196℃时分别进行观察，利用恒流电磁场发生器在0、100、200、400mT的磁通密度下进行观察；可控高压脉冲电源幅值和频率分别为14kV和400Hz。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610467069.4A CN106199348A (zh) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | 电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610467069.4A CN106199348A (zh) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | 电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法和装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106199348A true CN106199348A (zh) | 2016-12-07 |
Family
ID=57461071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610467069.4A Pending CN106199348A (zh) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | 电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106199348A (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106918748A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-04 | 上海交通大学 | 用于零摄氏度以下固体介质空间电荷测量的电极系统 |
| CN107064754A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-08-18 | 国网上海市电力公司 | 一种可变脉冲电压引发环氧树脂绝缘材料电树枝的装置 |
| CN108387827A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-08-10 | 天津大学 | 一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置及方法 |
| CN108872815A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-23 | 天津大学 | 基于复合场的直流电缆绝缘材料高温老化评估装置 |
| CN109001599A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-14 | 天津大学 | 基于复合场的直流电缆绝缘材料高温老化程度评估方法 |
| CN110057818A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-26 | 天津大学 | 基于直流叠加谐波的低温电树枝老化实验装置 |
| CN110057817A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-07-26 | 天津大学 | 基于电热耦合场的绝缘材料老化测试装置 |
| CN110068751A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-30 | 天津大学 | 基于直流叠加谐波的低温电树枝老化评估方法 |
| CN110095699A (zh) * | 2018-01-27 | 2019-08-06 | 天津大学 | 一种基于复合电场的超导绝缘材料老化评估方法 |
| CN110095700A (zh) * | 2018-01-27 | 2019-08-06 | 天津大学 | 一种基于复合电场的超导绝缘材料老化评估装置 |
| CN112904163A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-04 | 天津大学 | 一种基于微带传输线的电树枝检测表征方法 |
| CN115354126A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-11-18 | 武汉理工大学 | 利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法及装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009210541A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Kansai Electric Power Co Inc:The | エポキシ絶縁形電気機器の部分放電検出方法および部分放電検出装置 |
| CN203350172U (zh) * | 2013-07-11 | 2013-12-18 | 哈尔滨理工大学 | 用于聚合物-无机填料复合物电树枝的观测装置 |
| CN104965162A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-10-07 | 西安交通大学 | 直流电压下固体绝缘中电树枝特性实时显微观测试验系统 |
| CN204855715U (zh) * | 2015-05-22 | 2015-12-09 | 哈尔滨理工大学 | 一种可升温的聚合物中电树枝化实时观测装置 |
| CN205067673U (zh) * | 2015-09-30 | 2016-03-02 | 哈尔滨理工大学 | 一种用于电树枝引发的高效率实验装置 |
| CN105425119A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-03-23 | 国网智能电网研究院 | 一种可高效控温的固体绝缘树枝化高温试验系统 |
| CN205880128U (zh) * | 2016-06-21 | 2017-01-11 | 天津大学 | 电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置 |
-
2016
- 2016-06-21 CN CN201610467069.4A patent/CN106199348A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009210541A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Kansai Electric Power Co Inc:The | エポキシ絶縁形電気機器の部分放電検出方法および部分放電検出装置 |
| CN203350172U (zh) * | 2013-07-11 | 2013-12-18 | 哈尔滨理工大学 | 用于聚合物-无机填料复合物电树枝的观测装置 |
| CN204855715U (zh) * | 2015-05-22 | 2015-12-09 | 哈尔滨理工大学 | 一种可升温的聚合物中电树枝化实时观测装置 |
| CN104965162A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-10-07 | 西安交通大学 | 直流电压下固体绝缘中电树枝特性实时显微观测试验系统 |
| CN205067673U (zh) * | 2015-09-30 | 2016-03-02 | 哈尔滨理工大学 | 一种用于电树枝引发的高效率实验装置 |
| CN105425119A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-03-23 | 国网智能电网研究院 | 一种可高效控温的固体绝缘树枝化高温试验系统 |
| CN205880128U (zh) * | 2016-06-21 | 2017-01-11 | 天津大学 | 电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 苏金刚: "多场耦合作用硅橡胶电树枝产生机理研究", 《万方学位论文》 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107064754A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-08-18 | 国网上海市电力公司 | 一种可变脉冲电压引发环氧树脂绝缘材料电树枝的装置 |
| CN106918748A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-04 | 上海交通大学 | 用于零摄氏度以下固体介质空间电荷测量的电极系统 |
| CN110095699A (zh) * | 2018-01-27 | 2019-08-06 | 天津大学 | 一种基于复合电场的超导绝缘材料老化评估方法 |
| CN110095700A (zh) * | 2018-01-27 | 2019-08-06 | 天津大学 | 一种基于复合电场的超导绝缘材料老化评估装置 |
| CN108387827A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-08-10 | 天津大学 | 一种工频叠加谐波电压下的电树枝特性测试装置及方法 |
| CN108872815A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-23 | 天津大学 | 基于复合场的直流电缆绝缘材料高温老化评估装置 |
| CN109001599A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-14 | 天津大学 | 基于复合场的直流电缆绝缘材料高温老化程度评估方法 |
| CN110057817A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-07-26 | 天津大学 | 基于电热耦合场的绝缘材料老化测试装置 |
| CN110068751A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-30 | 天津大学 | 基于直流叠加谐波的低温电树枝老化评估方法 |
| CN110057818A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-26 | 天津大学 | 基于直流叠加谐波的低温电树枝老化实验装置 |
| CN112904163A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-04 | 天津大学 | 一种基于微带传输线的电树枝检测表征方法 |
| CN112904163B (zh) * | 2021-01-22 | 2023-02-21 | 天津大学 | 一种基于微带传输线的电树枝检测表征方法 |
| CN115354126A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-11-18 | 武汉理工大学 | 利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106199348A (zh) | 电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法和装置 | |
| CN205880128U (zh) | 电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置 | |
| Hahn et al. | No-Insulation (NI) HTS Inserts for $> $1 GHz LTS/HTS NMR Magnets | |
| TWI559822B (zh) | 小型低溫超導之等時迴旋加速器 | |
| Khodzhibagiyan et al. | Superconducting magnets for the NICA accelerator collider complex | |
| Islam et al. | A medium frequency transformer with multiple secondary windings for medium voltage converter based wind turbine power generating systems | |
| Peng et al. | Design and test of a 90-T nondestructive magnet at the Wuhan National High Magnetic Field Center | |
| Jiang et al. | Design and test of a flat-top magnetic field system driven by capacitor banks | |
| Caspi et al. | Design, fabrication, and test of a superconducting dipole magnet based on tilted solenoids | |
| Yang et al. | A new hybrid piezoelectric-electromagnetic vibration-powered generator and its model and experiment research | |
| Li et al. | Effect of pretension, support condition, and cool down on mechanical disturbance of superconducting coils | |
| Li et al. | Magnet development program at the WHMFC | |
| Gömöry et al. | Round conductor with low AC loss made from high-temperature superconducting tapes | |
| Khodzhibagiyan et al. | Design of new hollow superconducting NbTi cables for fast cycling synchrotron magnets | |
| Wang et al. | R&D steps of a 12-T common coil dipole magnet for SPPC pre-study | |
| Yoshida et al. | Development of a radiation resistant superconducting solenoid magnet for mu-e conversion experiments | |
| Wang et al. | Electromagnetic design and fabrication of LPF2: A 12-T hybrid common-coil dipole magnet with inserted IBS coil | |
| Zhuang et al. | Discharge characteristics of different lightning air terminals under composite voltages | |
| Muzzi et al. | Magnetic and transport characterization of NbTi strands as a basis for the design of fusion magnets | |
| Walter et al. | SIS100 dipole manufacturing: Experience from the first of series | |
| Wang et al. | Growth characteristics of electrical trees in epoxy resin at cryogenic temperatures | |
| Yu et al. | The research of an equivalent load used for testing an air-core pulsed alternator | |
| Barzi et al. | Commissioning of 14 T/16 T Rutherford cable test facility with bifilar sample and superconducting transformer | |
| Kusaka et al. | An air-core type superconducting quadrupole triplet for the BigRIPS separator at RIKEN | |
| Fischer et al. | Nuclotron-type cables: From fast ramped sc. magnets to multipurpose application |
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 |
Application publication date: 20161207 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |