CN106841834B - 一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法 - Google Patents
一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106841834B CN106841834B CN201510889747.1A CN201510889747A CN106841834B CN 106841834 B CN106841834 B CN 106841834B CN 201510889747 A CN201510889747 A CN 201510889747A CN 106841834 B CN106841834 B CN 106841834B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- measuring
- electrode
- metal particles
- movement process
- voltage
- 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.)
- Active
Links
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 14
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/24—Arrangements for measuring quantities of charge
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法，根据金属微粒在真空环境匀强电场中的受力分析及通过观测金属微粒在电极间的运动过程，考虑了金属微粒在电极附近的放电过程，得到金属微粒在该电场中运动过程中的带电量，与实际状况更接近。解决微粒运动过程中的带电量难以通过静电检测装置等直接测量的困难。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属微粒带电量测量方法，具体涉及一种金属微粒运动过程中带电量测量方法。
背景技术
气体绝缘金属封闭开关设备(Gas-insulated metal-enclosed switchgear，简称GIS)及气体绝缘金属封闭输电线路(Gas insulated metal enclosed transmissionline，简称GIL)在生产、装配、运行过程中，不可避免的会产生金属微粒，带电金属微粒会浮起并运动，且在电极附近发生放电，当金属微粒附着到绝缘子表面时，其绝缘特性会降低，绝缘距离的减少引发闪络。
针对电极间金属微粒带电量分析与测量，已有技术开展了电极表面金属微粒感应带电计算与测量。通常假设其带电量与其在电极表面感应带电量相同，但运动过程及与电极表面碰撞时，微粒会放电及电荷转移，实际的带电量与其在电极表面的感应带电间有一定的差异。现有的测量方法得到的金属微粒带电量是金属微粒在电极表面时的带电量，不能反映金属微粒在电极附近的放电，难以准确的描述金属微粒运动过程放电前后所带电荷量；微粒运动过程中的带电量难以通过静电检测装置等直接测量的方法测量，目前尚无运动金属微粒所带电荷量的测量方法。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种真空环境匀强电场下金属微粒运动过程中带电量测量方法，根据金属微粒在真空环境匀强电场中的受力分析及金属微粒运动过程测量，得到金属微粒在该电场中运动过程中的带电量，解决微粒运动过程中的带电量难以通过静电检测装置等直接测量的困难。
为实现上述目的，本发明具体技术方案如下：
一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法，所述方法步骤如下：
(1)测量极板间距(H)；
(2)测量极板间施加的电压(U)；
(3)测量金属微粒的质量(m)；
(4)确定微粒运动拍摄的帧频率(fc)；
(5)测量金属微粒向上运动过程中竖直向上连续的位移y11，y12，y13，……，y1i，……，y1n；
(6)测量金属微粒向下运动过程中竖直向上连续的位移y21，y22，y23，……，y2i，……，y2n。
根据下式计算金属微粒向上运动过程中的带电量q-：
其中，n>5，n>i>1。
根据下式计算金属微粒向下运动过程中的带电量q-：
其中，n>5，n>i>1。
所述步骤(1)中通过累积法测量金属微粒的质量(m)。
所述步骤(2)中采用水平仪及游标卡尺，调整电极水平，并量取极板间距(H)。
所述方法的用的装置包括：高压电极、接地电极和真空密封罐体(5)。
所述高压电极包括：高压接线电极(1)和与其连接的上极板(7)；
所述接地电极包括：地接线电极(2)和与其连接的下极板(6)。
所述真空密封罐体(5)上设有通光孔(3)和观察孔(4)。
与最接近的现有技术比，本发明的有益效果如下：
(1)通过观测金属微粒在电极间的运动过程，考虑了金属微粒在电极附近的放电过程，得到金属微粒的带电量，与实际状况更接近。
(2)提出了金属微粒运动过程中带电量计算方法，得到匀强电场中金属微粒运动过程中的带电量。
(3)通过提高电极间距同时升高电极间电压的方法，能提高金属微粒连续位移测量量，提高计算精度。
(4)该方法计算简便，物理意义明显，克服了试验及工程应用中金属微粒运动过程电荷量难以确定的问题。
附图说明
图1为工作流程示意图；
图2为实现本发明的装置的结构示意图；
图3为金属微粒位移示意图。
其中，1-高压接线电极，2-地接线电极，3-通光孔，4-观察孔，5-真空密封罐体，6-下极板，7-上极板，8-绝缘支座。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细描述：
采用观测金属微粒在真空环境匀强电场中的运动特征，反推金属微粒在运动过程中的带电量。
根据图1所示的工作流程示意图：
(1)测量极板间距(H)；
(2)测量极板间施加的电压(U)；
(3)测量金属微粒的质量(m)；
(4)确定微粒运动拍摄的帧频率(fc)；
(5)测量金属微粒向上运动过程中竖直方向上连续的位移y11，y12，y13，……，y1i，……，y1n；
(6)测量金属微粒向下运动过程中竖直方向上连续的位移y21，y22，y23，……，y2i，……，y2n；
根据下式计算金属微粒向上运动过程中的带电量q-：
其中，n>5，n>i>1。
根据下式计算金属微粒向下运动过程中的带电量q-：
其中，n>5，n>i>1。
根据图2，为利于观测高压静电场中金属微粒运动特征，将极板间距调高至50mm，高速摄像仪帧频调整至200帧/s，调整极板间电压，拍摄金属微粒运动稳定时的竖直方向上的连续位移。
称量100颗直径为2mm的金属铝微粒，得到总重量M为1.1613g，因此，从而可以得到1颗2mm铝微粒的质量为1.1613×10-5kg。当极板间距为50mm，极板间施加电压为26kV时，采用帧频为200Hz的高速摄像机测量得到一段时间内金属微粒向上运动时的竖直方向上连续位移及金属微粒向下运动时竖直方向上的连续位移与拍摄帧数之间的关系如图3所示。
根据测量的极板间距及极板电压；测量高度摄像机的拍摄频率、金属微粒的质量、金属微粒在空间电场作用下的连续位移；根据微粒的质量、连续位移、电压、电极间距确定金属微粒的带电量。
拍摄帧次序与对应的微粒的竖直方向上连续的位移，其中：
y11～y15分别为：
4.96×10-2，4.31×10-2，3.86×10-2，2.94×10-2，1.90×10-2(m)
y21～y26分别为：
1.86×10-2，2.80×10-2，3.74×10-2，4.10×10-2，4.54×10-2，4.98×10-2(m)
计算金属微粒向上运动过程中的带电量
得到当电极间距为50mm，电极间施加电压为26kV时，质量为1.1613×10-5kg的球形金属铝微粒向上运动过程中的带电量为1.6939×10-9(C)；
计算金属微粒向下运动过程中的带电量
得到当电极间距为50mm，电极间施加电压为26kV时，质量为1.1613×10-5kg的球形金属铝微粒向下运动过程中的带电量为2.11×10-9(C)；
需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。
Claims (6)
1.一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤1，测量极板间距H；
步骤2，测量极板间施加的电压U；
步骤3，测量金属微粒的质量m；
步骤4，确定微粒运动拍摄的帧频率fc；
步骤5，测量金属微粒向上运动过程中竖直向上连续的位移y11，y12，y13，……，y1i，……，y1n；
步骤6，测量金属微粒向下运动过程中竖直向上连续的位移y21，y22，y23，……，y2i，……，y2n；
根据下式计算金属微粒向上运动过程中的带电量q-：
其中，n>5，n>i>1，g为重力加速度；
根据下式计算金属微粒向下运动过程中的带电量q-：
其中，n>5，n>i>1，g为重力加速度。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤1中通过累积法测量金属微粒的质量m。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤2中采用水平仪及游标卡尺，调整电极水平，并量取极板间距H。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述方法的用的装置包括：高压电极、接地电极和真空密封罐体(5)。
5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：所述高压电极包括：高压接线电极(1)和与其连接的上极板(7)；
所述接地电极包括：地接线电极(2)和与其连接的下极板(6)。
6.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：所述真空密封罐体(5)上设有通光孔(3)和观察孔(4)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510889747.1A CN106841834B (zh) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | 一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510889747.1A CN106841834B (zh) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | 一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106841834A CN106841834A (zh) | 2017-06-13 |
| CN106841834B true CN106841834B (zh) | 2019-12-13 |
Family
ID=59150777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510889747.1A Active CN106841834B (zh) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | 一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106841834B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107390066B (zh) * | 2017-08-07 | 2020-09-11 | 中国电力科学研究院 | 判断气体绝缘输电线路喷涂层微粒运动状态的方法及装置 |
| CN108594029B (zh) * | 2018-04-26 | 2020-05-19 | 大连理工大学 | 基于图像识别的粉体颗粒荷电量测量装置和方法 |
| CN108919071B (zh) * | 2018-06-12 | 2023-11-28 | 沈阳工业大学 | 同轴电极下金属微粒三维运动形态试验测量装置及方法 |
| CN110554254B (zh) * | 2019-09-23 | 2021-02-02 | 华北电力大学 | 一种gis或gil设备的金属粉尘吸附与积聚电荷的观测装置 |
| CN112052618B (zh) * | 2020-07-31 | 2024-04-26 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种gis内自由微粒运行轨迹的模拟方法及装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008076082A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 検出素子および検出方法 |
| CN102353854A (zh) * | 2011-07-19 | 2012-02-15 | 兰州大学 | 一种颗粒及颗粒流摩擦带电量测量装置 |
| US8231770B2 (en) * | 2009-03-13 | 2012-07-31 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Nanoporous carbon actuator and methods of use thereof |
| CN203249970U (zh) * | 2013-03-01 | 2013-10-23 | 江苏大学 | 一种非接触式静电喷雾荷质比测量装置 |
| CN103983381A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-13 | 北京卫星环境工程研究所 | 真空条件下单颗粒粘附力和带电量的测试系统及测试方法 |
-
2015
- 2015-12-07 CN CN201510889747.1A patent/CN106841834B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008076082A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 検出素子および検出方法 |
| US8231770B2 (en) * | 2009-03-13 | 2012-07-31 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Nanoporous carbon actuator and methods of use thereof |
| CN102353854A (zh) * | 2011-07-19 | 2012-02-15 | 兰州大学 | 一种颗粒及颗粒流摩擦带电量测量装置 |
| CN203249970U (zh) * | 2013-03-01 | 2013-10-23 | 江苏大学 | 一种非接触式静电喷雾荷质比测量装置 |
| CN103983381A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-13 | 北京卫星环境工程研究所 | 真空条件下单颗粒粘附力和带电量的测试系统及测试方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 直流电压下GIS内金属微粒的局部放电特性研究;曹红亮 等;《电气时代》;20140430(第4期);第66-68页 * |
| 考虑非弹性随机碰撞与SF6/N2混合气体影响的直流GIL球形金属微粒运动行为研究;王健 等;《中国电机工程学报》;20150805;第35卷(第15期);第3971-3978页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106841834A (zh) | 2017-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106841834B (zh) | 一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法 | |
| CN101639502B (zh) | 一种固体介质表面电荷分布自动测量系统 | |
| CN101614783B (zh) | 人工模拟强风及沙尘暴的气隙放电试验装置及试验方法 | |
| CN108445310B (zh) | 一种聚合物表面电荷与陷阱能级特性测量装置及方法 | |
| CN203965529U (zh) | 一种绝缘材料表面电荷二维分布自动测量系统 | |
| Qi et al. | Surface charge distribution on GIS insulator under DC/AC voltage | |
| CN102937673A (zh) | 一种电子辐照下介质材料表面电荷密度的测试方法 | |
| CN103983381A (zh) | 真空条件下单颗粒粘附力和带电量的测试系统及测试方法 | |
| Tang et al. | Impact of velocity on partial discharge characteristics of moving metal particles in transformer oil using UHF technique | |
| CN103149461A (zh) | 静电喷雾荷质比测量装置 | |
| CN109444562B (zh) | 一种用于测量沙粒荷电量的测量系统及方法 | |
| CN107884631A (zh) | 一种测量工频电场强度的方法和系统 | |
| CN102445639A (zh) | 一种分裂导线离子流空间分布测量方法及装置 | |
| Wu et al. | Simulation and analysis on motion behavior of metal particles in AC GIL | |
| CN112904158A (zh) | 一种确定gis中局部放电位置的声电联合检测方法 | |
| CN110488103B (zh) | 空间电场测量系统 | |
| JP2014510928A (ja) | 振動可能に構成された電極により電位を無接触で求める方法及び装置 | |
| CN111060716A (zh) | 一种基于摩擦纳米发电机的自驱动加速度传感器 | |
| CN105301372A (zh) | 一种基于电荷筛选法的空间电荷密度测量装置 | |
| Yao et al. | Charging characteristic of free metallic particles in transformer oil when the electrodes covered with insulation paper | |
| CN203687913U (zh) | 开关行程精确测量装置 | |
| CN110631960A (zh) | 一种液体粘度测量装置及方法 | |
| Meng et al. | Simulation research on the force and motion of solid particles in transformer oil under DC voltage | |
| CN207689575U (zh) | 一种gis盆式绝缘子的表面电阻率测量装置 | |
| CN220019745U (zh) | 一种粉体表面电荷测试装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |