CN106597135A - 一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，涉及电气设备技术、空间电荷测量及高电压与绝缘技术领域。解决了在模拟直流电缆在输电过程中的温度分布时，现有技术中的电加热方法难于控制高压侧的实际温度，并且在加热过程中无法保证电极均匀加热以及电极的热平衡问题。环形电极和测试电极之间夹固有测试样品，测试电极的内部存在空腔，且测试电极的空腔内，可通入循环液体，用于对测试样品进行加热，测试电极的电极引出端通过导线与限流电阻R的一端和电容C一端同时连接，限流电阻R的另一端接入高压电源，电容C另一端与信号采集系统的数据信号输入端连接。本发明主要用于模拟高压侧的实际温度对绝缘材料内部空间电荷分布的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备技术、空间电荷测量及高电压与绝缘技术领域。
背景技术
对于聚合物电介质中的空间电荷分布问题，尤其是对于聚乙烯中的空间电荷分布，无论是测量技术还是空间电荷的行为机理，在国内外都已经有了相当长远的研究历史。目前，对于聚乙烯的空间电荷分布的测量，主要有电声脉冲法(PEA)和压力波传播法(PWP)。但是，由于测量技术与设备的限制，关于聚合物电介质中的空间电荷，尤其是对于聚乙烯中的空间电荷问题的研究，基本上都是在实验室室温下对于较薄的平板试样进行的，而真实的情况是直流电缆在输电过程中，电缆的线芯会产生较高的温度，从而，人们迫切的想要了解这种情况下时在直流电缆中的空间电荷分布规律。
聚合物电介质中的电场分布与材料的电导率密切相关，而电导率又是电场强度和温度的函数。为了使不同的聚合物电介质材料在实验过程中的空间电荷具有可比性，在对聚合物电介质材料采用压力波传播法(PWP)进行空间电荷测量时，需要在材料的两个电极上人为的施加温度，高电压侧施加高温，低压侧(接地端)为室温，即在材料两侧形成温度梯度，以模拟直流电缆在输电过程中的温度分布，进而来研究空间电荷的分布规律。
在实际测量过程中发现，由于高电压侧具有较高的电压，欲使用传统的电加热的方法并不适用，而且即使采用先加热后测量的方法也很难控制高压侧的实际温度，并且在加热过程中无法保证电极均匀加热以及电极的热平衡状态。
发明内容
本发明是为了解决在模拟直流电缆在输电过程中的温度分布时，现有技术中的电加热方法难于控制高压侧的实际温度，并且在加热过程中无法保证电极均匀加热以及电极的热平衡问题。本发明提供了一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置。
一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，它包括激光脉冲发生源、屏蔽室、前电极固定支撑板、后电极固定支撑板、环形电极、测试电极、信号采集系统、限流电阻R和电容C；
所述的前电极固定支撑板、后电极固定支撑板、环形电极、测试电极、阻尼片、限流电阻R和电容C均设置在屏蔽室内；
前电极固定支撑板通过螺丝杆与后电极固定支撑板固定连接，后电极固定支撑板通过螺丝杆与屏蔽室内壁固定连接，
前电极固定支撑板用于固定环形电极，后电极固定支撑板用于固定测试电极，
环形电极和测试电极之间夹固有测试样品，环形电极接电源地，
测试电极的内部存在空腔，且测试电极的空腔内，可通入循环液体，用于对测试样品进行加热，测试电极的电极引出端通过导线与限流电阻R的一端和电容C的一端同时连接，限流电阻R的另一端接入高压电源，电容C另一端与信号采集系统的数据信号输入端连接，
激光脉冲发生源，用于将其发出的激光脉冲垂直照射到测试样品上。
所述的测试电极包括电极上盖板和电极下盒槽，电极上盖板盖合在电极下盒槽上，且二者通过螺钉固定连接，
电极上盖板上设有电极引出端，
电极下盒槽的侧壁上相对设置有进液口和出液口，电极下盒槽的底部与测试样品接触。.
电极下盒槽的侧壁顶端设有凹槽，凹槽内设有橡胶圈，该橡胶圈用于对电极上盖板和电极下盒槽的盖合处进行密封。
所述的电极下盒槽内设有一个导液隔断，导液隔断，用于对流入电极下盒槽内的液体进行导流，导液隔断的固定端与电极下盒槽的内侧壁固定在一起，导液隔断将电极下盒槽分开成相互连通的两部分。
所述的电极下盒槽内设有多个导液隔断，多个导液隔断平行设置，多个导液隔断的固定端均与电极下盒槽的内侧壁固定在一起，
多个导液隔断交错排列使流入电极下盒槽的液体形成环流。
所述的测试电极为圆桶或方桶形结构。
所述的信号采集系统包括保护电路、信号放大电路、信号采集电路和上位机；
保护电路，用于对接收的信号进行处理，并对信号放大电路进行保护；
信号放大电路对接收的数据信号进行放大后，送入信号采集电路，信号采集电路对接收的数据信号进行采集后，上传至上位机。
所述的限流电阻R的另一端通过转接头与高压电源连接，电容C另一端通过转接头与信号采集系统的数据信号输入端连接。
所述的转接头为BNC型转接头。
所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，还包括阻尼片，阻尼片固定在后电极固定支撑板和测试电极之间。
激光脉冲作用到测试材料上，会产生一个前沿十分陡峭的弹性波，弹性波致使材料发生微小形变，引起电荷发生微小位移，测试样品上电荷的变化，会引起测试电极电位的变化，进而产生微弱的电流信号，然后通过信号采集系统对电流信号进行采样，本发明用循环液体的温度来控制测试电极的温度，这里面的测试电极就相当于输电线缆的电缆芯刚施加高压时会产生高温，从而模拟高压电缆在输电过程中，高压侧的实际温度对绝缘材料内部空间电荷的分布规律的影响。
本发明带来的有益效果是，测试电极高电压端通过高温循环液体循环加热的方式来代替传统低电压通电加热方式，加热过程中实现测试电极均匀加热，热平衡时间快，节省时间，方便维护，安全性高，稳定性好，阻尼片吸收反射压力波，消除对系统内部的干扰作用。
附图说明
图1为本发明所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的主剖视图；
图2为当测试电极为圆桶形结构时的主剖视图；
图3为当测试电极为圆桶形结构时，其内部的液体流向图；
图4为当测试电极为方桶形结构时，其内部的液体流向图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，它包括激光脉冲发生源100、屏蔽室101、前电极固定支撑板102、后电极固定支撑板103、环形电极104、测试电极106、信号采集系统109、限流电阻R和电容C；
所述的前电极固定支撑板102、后电极固定支撑板103、环形电极104、测试电极106、阻尼片108、限流电阻R和电容C均设置在屏蔽室101内；
前电极固定支撑板102通过螺丝杆107与后电极固定支撑板103固定连接，后电极固定支撑板103通过螺丝杆107与屏蔽室101内壁固定连接，
前电极固定支撑板102用于固定环形电极104，后电极固定支撑板103用于固定测试电极106，
环形电极104和测试电极106之间夹固有测试样品105，环形电极104接电源地，
测试电极106的内部存在空腔，且测试电极106的空腔内，可通入循环液体，用于对测试样品105进行加热，测试电极106的电极引出端通过导线与限流电阻R的一端和电容C的一端同时连接，限流电阻R的另一端接入高压电源，电容C另一端与信号采集系统109的数据信号输入端连接，
激光脉冲发生源100，用于将其发出的激光脉冲垂直照射到测试样品105上。
本实施方式中，测试电极106的材料均为金属电极材料。其中一个螺丝杆107用于固定后电极固定支撑板103与屏蔽室101。激光脉冲发生源100产生脉宽窄、前沿陡峭的激光脉冲。本发明用循环液体的温度来控制测试电极106的温度，这里面的测试电极106的温度就相当于输电线缆的电缆芯刚施加高压时产生高温，实验室为了模拟这个环境，因此通过循环液体对测试电极106进行加热，保证了模拟环境的真实性。
本发明工作原理为：为使测试电极106温度能够快速达到热平衡，并且实现均匀加热，在测试电极106内部存在空腔，在空腔内通入循环液体，用于对测试样品105进行加热，液体与测试电极106充分接触，测试电极106的温度与液体的温度迅速达到热平衡，由于高温循环液体高速循环，避免了测试电极106温度不均匀，从而实现了电极温度梯度的变化。通过该测试电极106进行电气数据测量，实现均匀加热且热平衡时间快，节省时间，方便维护，安全性高，稳定性好。
具体实施方式二：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的区别在于，所述的测试电极106包括电极上盖板106-1和电极下盒槽106-2，电极上盖板106-1盖合在电极下盒槽106-2上，且二者通过螺钉固定连接，
电极上盖板106-1上设有电极引出端106-7，
电极下盒槽106-2的侧壁上相对设置有进液口106-5和出液口106-6，电极下盒槽106-2的底部与测试样品105接触。.
本实施方式，电极下盒槽106-2底部镜面抛光，电极上盖板106-1可通过四个螺钉与电极下盒槽106-2紧密连接。
具体实施方式三：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的区别在于，所述的电极下盒槽106-2的侧壁顶端设有凹槽106-4，凹槽106-4内设有橡胶圈，该橡胶圈用于对电极上盖板106-1和电极下盒槽106-2的盖合处进行密封。
本实施方式，凹槽106-4内设有橡胶圈实现电极上盖板106-1和电极下盒槽106-2的密封。
具体实施方式四：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的区别在于，所述的电极下盒槽106-2内设有一个导液隔断106-3，导液隔断106-3，用于对流入电极下盒槽106-2内的液体进行导流，导液隔断106-3的固定端与电极下盒槽106-2的内侧壁固定在一起，导液隔断106-3将电极下盒槽106-2分开成相互连通的两部分。
导液隔断106-3与进液口106-5和出液口106-6间连线存在夹角，夹角大于5°且小于85°。
具体实施方式五：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的区别在于，所述的电极下盒槽106-2内设有多个导液隔断106-3，多个导液隔断106-3平行设置，多个导液隔断106-3的固定端均与电极下盒槽106-2的内侧壁固定在一起，
多个导液隔断106-3交错排列使流入电极下盒槽106-2的液体形成环流。
本实施方式，为使测试电极106温度能够快速达到热平衡，并且实现均匀加热，在测试电极106内部存在空腔，在空腔内设计了多个导液隔断106-3，以增大高温液体与测试电极106的接触面积及液体环流路径，实现热量快速释放与吸收。当高温液体通过测试电极106的进液口106-5进入电极内部时，与导液隔断106-3和电极下盒槽106-2的底部接触，测试电极106的温度与液体的温度迅速达到热平衡，由于高温循环液体高速循环，避免了测试电极106温度不均匀，从而实现了电极温度梯度的变化。
本实施方式中，导液隔断106-3与进液口106-5和出液口106-6间连线存在夹角，夹角大于5°且小于85°。
具体实施方式六：参见图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一、二、三、四或五所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的区别在于，所述的测试电极106为圆桶或方桶形结构。
具体实施方式七：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的区别在于，所述的信号采集系统109包括保护电路109-1、信号放大电路109-2、信号采集电路109-3和上位机109-4；
保护电路109-1，用于对接收的信号进行处理，并对信号放大电路109-2进行保护；
信号放大电路109-2对接收的数据信号进行放大后，送入信号采集电路109-3，信号采集电路109-3对接收的数据信号进行采集后，上传至上位机109-4。
具体实施方式八：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的区别在于，所述的限流电阻R的另一端通过转接头110与高压电源连接，电容C另一端通过转接头110与信号采集系统109的数据信号输入端连接。
具体实施方式九：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的区别在于，所述的转接头110为BNC型转接头。
具体实施方式十：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的区别在于，还包括阻尼片108，阻尼片108固定在后电极固定支撑板103和测试电极106之间。
本实施方式中，所述的阻尼片108可采用密度均匀的硅胶材质实现。所述阻尼片108用于吸收声压力波由于过冲引起的反射压力波对系统的二次干扰，起到消除内部反射压力波干扰的作用。
本发明所述一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置的结构不局限于上述各实施方式所记载的具体结构，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。
Claims (10)
1.一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，它包括激光脉冲发生源(100)、屏蔽室(101)、前电极固定支撑板(102)、后电极固定支撑板(103)、环形电极(104)、测试电极(106)、信号采集系统(109)、限流电阻R和电容C；
所述的前电极固定支撑板(102)、后电极固定支撑板(103)、环形电极(104)、测试电极(106)、阻尼片(108)、限流电阻R和电容C均设置在屏蔽室(101)内；
前电极固定支撑板(102)通过螺丝杆(107)与后电极固定支撑板(103)固定连接，后电极固定支撑板(103)通过螺丝杆(107)与屏蔽室(101)内壁固定连接，
前电极固定支撑板(102)用于固定环形电极(104)，后电极固定支撑板(103)用于固定测试电极(106)，
环形电极(104)和测试电极(106)之间夹固有测试样品(105)，环形电极(104)接电源地，
测试电极(106)的内部存在空腔，且测试电极(106)的空腔内，可通入循环液体，用于对测试样品(105)进行加热，测试电极(106)的电极引出端通过导线与限流电阻R的一端和电容C的一端同时连接，限流电阻R的另一端接入高压电源，电容C另一端与信号采集系统(109)的数据信号输入端连接，
激光脉冲发生源(100)，用于将其发出的激光脉冲垂直照射到测试样品(105)上。
2.根据权利要求1所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，所述的测试电极(106)包括电极上盖板(106-1)和电极下盒槽(106-2)，电极上盖板(106-1)盖合在电极下盒槽(106-2)上，且二者通过螺钉固定连接，
电极上盖板(106-1)上设有电极引出端(106-7)，
电极下盒槽(106-2)的侧壁上相对设置有进液口(106-5)和出液口(106-6)，电极下盒槽(106-2)的底部与测试样品(105)接触。.
3.根据权利要求2所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，电极下盒槽(106-2)的侧壁顶端设有凹槽(106-4)，凹槽(106-4)内设有橡胶圈，该橡胶圈用于对电极上盖板(106-1)和电极下盒槽(106-2)的盖合处进行密封。
4.根据权利要求3所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，所述的电极下盒槽(106-2)内设有一个导液隔断(106-3)，导液隔断(106-3)，用于对流入电极下盒槽(106-2)内的液体进行导流，导液隔断(106-3)的固定端与电极下盒槽(106-2)的内侧壁固定在一起，导液隔断(106-3)将电极下盒槽(106-2)分开成相互连通的两部分。
5.根据权利要求3所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，所述的电极下盒槽(106-2)内设有多个导液隔断(106-3)，多个导液隔断(106-3)平行设置，多个导液隔断(106-3)的固定端均与电极下盒槽(106-2)的内侧壁固定在一起，
多个导液隔断(106-3)交错排列使流入电极下盒槽(106-2)的液体形成环流。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，所述的测试电极(106)为圆桶或方桶形结构。
7.根据权利要求1所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，所述的信号采集系统(109)包括保护电路(109-1)、信号放大电路(109-2)、信号采集电路(109-3)和上位机(109-4)；
保护电路(109-1)，用于对接收的信号进行处理，并对信号放大电路(109-2)进行保护；
信号放大电路(109-2)对接收的数据信号进行放大后，送入信号采集电路(109-3)，信号采集电路(109-3)对接收的数据信号进行采集后，上传至上位机(109-4)。
8.根据权利要求1所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，所述的限流电阻R的另一端通过转接头(110)与高压电源连接，电容C另一端通过转接头(110)与信号采集系统(109)的数据信号输入端连接。
9.根据权利要求1所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，所述的转接头(110)为BNC型转接头。
10.根据权利要求1所述的一种温度梯度下采用激光诱导压力波实现的空间电荷测量装置，其特征在于，还包括阻尼片(108)，阻尼片(108)固定在后电极固定支撑板(103)和测试电极(106)之间。
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2016
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