CN107390033B - 复合绝缘材料频域介电谱测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合绝缘材料频域介电谱测试装置，包括屏蔽箱、电极系统及频域介电谱仪，电极系统包括高压电极组件、测量电极组件及支撑组件，测试样品时，将样品装夹在支撑杆的一端，样品位于第一、第二电极之间，第一、第二电极与样品之间间隔，间隔处存在空气介质，频域介电谱仪通过第一电极给样品施加不同频率的电压信号，第二电极用于测量样品上流过的电流信号，避免了样品与第一、第二电极的表面直接接触，可以有效避免产生接触电阻，降低了测量误差。第一、第二电极无需施加压力在样品的表面，避免了测量时的样品形变，提高了对样品的复介电常数的测量准确度。屏蔽箱能够有效屏蔽电极系统的干扰信号，进一步保证测量结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种复合绝缘材料频域介电谱测试装置。
背景技术
硅橡胶复合绝缘主要应用于电力设备复合绝缘子，构成复合绝缘子的伞裙护套。复合绝缘子具有重量轻、强度高、制造安装方便以及能够耐污闪等优点，被广泛应用在输电线路中，不仅防止了大范围的污闪事故发生，而且很大程度上降低了污秽地区运行维护等具体工作，成功解决了我国在污秽地区的输电线路和变电站存在外绝缘污闪的问题。
应用于超、特高压直流输电线路的复合绝缘子，在挂网运行的过程中，不但需要承受强电场和各种应力的综合作用，还要受日晒、强风、雨水、沙尘、高温、寒冷等恶劣天气和环境侵蚀的影响。在长期承受运行线路不同应力和恶劣环境的影响下，硅橡胶复合绝缘在运行过程中不可避免出现绝缘性能劣化将直接影响电网运行可靠性。传统电气测量参数无法全面准确获得绝缘子的真实状态信息，难以评估绝缘子的老化状态，从而导致复合绝缘子在挂网运行过程中出现事故风险显著提高。
频域介电谱是以电介质为测试对象，研究介质极化、电导、弛豫过程等微观机制的方法。硅橡胶复合绝缘构成复合绝缘子伞裙护套的主要组成部分，硅橡胶的老化会影响其内部的微观结构，从而导致绝缘的电导特性和介质极化发生改变，影响伞裙的老化特征。
然而传统的频域介电谱测试装置在介电谱测试过程中容易受到外界电磁干扰，影响介电谱测量结果。而且传统的频域介电谱测试装置通常要求电极与样品(例如复合绝缘材料)之间保持良好的接触，由于很多样品的表面粗糙不平，容易和测试电极接触不良产生接触电阻；有些材质偏软的样品在电极施加的压力作用下容易产生形变，影响测量结果的准确性。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以双重保证介电谱测量结果的准确性的复合绝缘材料频域介电谱测试装置。
一种复合绝缘材料频域介电谱测试装置，包括：
屏蔽箱，其内部形成有第一收容腔；
电极系统，设置于所述第一收容腔内，所述电极系统包括：
高压电极组件，包括第一绝缘架及第一电极，所述第一电极设置于所述第一绝缘架上；
测量电极组件，包括第二绝缘架及第二电极，所述第二电极设置于所述第二绝缘架上，所述第二电极与所述第一电极间隔相对；及
支撑组件，包括支撑架及支撑杆，所述支撑架的两端分别设置于所述第一绝缘架及所述第二绝缘架上，所述支撑杆的一端设置于所述支撑架上；
其中，所述支撑杆的另一端用于装夹待样品以使所述样品位于所述第一电极与所述第二电极之间、且所述样品与所述第一电极及所述第二电极之间均具有间距；
频域介电谱仪，用于对所述样品施加不同频率的电压信号、且对所述样品的介电谱信号进行采集。
在其中一个实施例中，所述屏蔽箱为长方体，包括上盖板、前盖板及后盖板，所述前盖板与所述后盖板位于所述上盖板的相对两侧，所述上盖板与所述前盖板可拆卸地连接。
在其中一个实施例中，还包括温度控制组件，所述温度控制组件包括温控箱、控温器、通风管道及风向调节件，所述温控箱的内部形成有第二收容腔，所述屏蔽箱及所述电极系统均位于所述第二收容腔内，所述控温器位于所述温控箱的内壁上，且与所述通风管道相连通，所述通风管道围绕所述屏蔽箱设置，所述风向调节件用于调节风向。
在其中一个实施例中，所述屏蔽箱上设有通风口，所述通风口与一所述风向调节件相对应。
在其中一个实施例中，所述风向调节件包括两组风叶，分别为第一组风叶及第二组风叶，所述第一组风叶用于调节水平方向的风向，所述第二组风叶用于调节竖直方向的风向。
在其中一个实施例中，所述第一电极与所述样品之间的间距为第一间距，所述第二电极与所述样品之间的间距为第二间距，所述第一间距的范围为1mm～5mm，所述第二间距的范围为1mm～5mm。
在其中一个实施例中，所述高压电极组件还包括第一电极连接杆及第一紧固件，所述第一电极设置于所述第一电极连接杆的一端，所述第一电极连接杆的另一端穿设于所述第一绝缘架上，并通过所述第一紧固件紧固；和/或
所述测量电极组件还包括第二电极连接杆及第二紧固件，所述第二电极设置于所述第二电极连接杆的一端，所述第二电极连接杆的另一端穿设于所述第二绝缘架上，并通过所述第二紧固件紧固。
在其中一个实施例中，所述支撑架包括绝缘横杆、第一支撑柱及第二支撑柱，所述第一支撑柱的一端与所述第二支撑柱的一端分别位于所述绝缘横杆的两端，所述第一支撑柱的另一端设置于所述第一绝缘架上，所述第二支撑柱的另一端设置于所述第二绝缘架上。
在其中一个实施例中，所述支撑杆的一端设置于所述绝缘横杆上，并通过第三紧固件紧固，所述支撑杆相对于所述绝缘横杆可移动，以调节所述样品与所述第一电极及所述第二电极的错开程度。
在其中一个实施例中，所述支撑组件还包括夹具，所述夹具包括转轴，所述支撑杆的另一端设置于的转轴上。
上述复合绝缘材料频域介电谱测试装置至少具有以下优点：
在测试样品时，将样品装夹在支撑杆的另一端，样品位于第一电极与第二电极之间，且与第一电极及第二电极之间均有间距，所以第一电极及第二电极与样品之间间隔，且间隔处分别存在空气介质，频域介电谱仪通过第一电极给样品施加不同频率的电压信号，第二电极用于测量样品上流过的电流信号，避免了样品与第一电极的表面和第二电极的表面直接接触，因此可以有效避免产生接触电阻，降低了测量误差。而且第一电极与第二电极无需施加压力在样品的表面，因此避免了测量时的样品形变，提高了对样品的复介电常数的测量准确度。屏蔽箱能够有效屏蔽电极系统在测试过程中产生的干扰信号，进一步保证测量结果的准确性。
附图说明
图1为一实施方式中的复合绝缘材料频域介电谱测试装置的示意图；
图2为图1中屏蔽箱的立体示意图；
图3为图1中的电极系统的示意图；
图4为图3中高压电极组件的示意图；
图5为图3中测量电极组件的示意图；
图6为图3中支撑组件的示意图；
图7为图1中温度控制组件的立体示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
请参阅图1，为一实施方式中的复合绝缘材料频域介电谱测试装置10，主要用于硅橡胶复合绝缘样品20的介电响应测试，为复合绝缘子伞裙保护套老化状态评估提供依据。在其它的实施方式中，还可以为其它复合绝缘材料测试。具体地，复合绝缘材料频域介电谱测试装置10包括屏蔽箱100、电极系统200、频域介电谱仪300及温度控制组件。
请一并参阅图2，屏蔽箱100的内部形成有第一收容腔100a。具体地，屏蔽箱100可以为金属材料制成。屏蔽箱100大致为长方体，包括上盖板110、下盖板、前盖板120、后盖板130、左盖板及右盖板，六面盖板彼此可靠连接。前盖板120与后盖板130位于上盖板110的相对两侧，上盖板110与前盖板120可拆卸地连接。上盖板110打开后，将电极系统200置于屏蔽箱100的第一收容腔100a内。前盖板120打开后，将样品20放入电极系统200。上盖板110存在进线孔，用于电压输入线进入屏蔽箱100连接第一电极，后盖板130存在出线口，用于电流输出线伸出屏蔽箱100，连接频域介电谱仪300。
请一并参阅图3，电极系统200设置于第一收容腔100a内。电极系统200包括高压电极组件210、测量电极组件220及支撑组件230。
请一并参阅图4，高压电极组件210包括第一绝缘架211、第一电极212、第一电极连接杆213及第一紧固件214。第一电极212沿竖直方向延伸，第一电极212设置于第一绝缘架211上。具体地，第一电极212通过第一电极连接杆213及第一紧固件214设置于第一绝缘架211上。第一电极212设置于第一电极连接杆213的一端，第一电极连接杆213130的另一端穿设于第一绝缘架211上，并通过第一紧固件214固定。当然，在其它的实施方式中，第一电极212也可以沿水平方向延伸。
具体到本实施方式中，第一电极212用于给样品20施加不同频率的测试电压信号。第一电极212可以为不锈钢电极，不锈钢电极的直径为80mm。第一绝缘架211可以为聚四氟乙烯材质制成的绝缘架，第一绝缘架211的尺寸为150mm*120mm。
第一电极连接杆213能够相对于第一绝缘架211左右移动，以调节第一电极212与第二电极之间的间距大小。具体地，第一电极连接杆213穿设于第一绝缘架211的那端外周缘可设置有外螺纹，第一绝缘架211上设置有内螺纹，第一紧固件214可以为螺母，通过第一电极连接杆213螺设于第一绝缘架211上，利用螺母进行固定。因此，通过旋拧螺母可以实现第一电极连接杆213在水平方向上左右移动。
请一并参阅图5，测量电极组件220包括第二绝缘架221、第二电极222、第二电极连接杆223及第二紧固件224。第二电极222沿竖直方向延伸，第二电极222设置于第二绝缘架221上。第二电极222与第一电极212之间具有间距。具体地，第二电极222通过第二电极连接杆223及第二紧固件224设置于第二绝缘架221上。第二电极222设置于第二电极连接杆223的一端，第二电极连接杆223的另一端穿设于第二绝缘架221上，并通过第二紧固件224固定。当然，在其它的实施方式中，第二电极222也可以沿水平方向延伸。
具体到本实施方式中，第二电极222用于测量样品20上流过的电流信号，并将电流信号反馈至频域介电谱仪300。第二电极222可以为不锈钢电极，不锈钢电极的直径为80mm。第二绝缘架221可以为聚四氟乙烯材质制成的绝缘架，第二绝缘架221的尺寸为150mm*120mm。
第二电极连接杆223能够相对于第二绝缘架221左右移动，以调节第二电极222与第一电极212之间的间距大小。具体地，第二电极连接杆223穿设于第二绝缘架221的那端外周缘可设置有外螺纹，第二绝缘架221上设置有内螺纹，第二紧固件224可以为螺母，通过第二电极连接杆223螺设于第二绝缘架221上，利用螺母进行固定。因此，通过旋拧螺母可以实现第二电极连接杆223在水平方向上左右移动。
请一并参阅图6，支撑组件230包括支撑架231、支撑杆232及夹具233，支撑架231的两端分别设置于第一绝缘架211及第二绝缘架221上，支撑杆232的一端设置于支撑架231上，支撑杆232的另一端用于装夹待检测的样品20。
具体到本实施方式中，支撑架231包括绝缘横杆2311、第一支撑柱2312及第二支撑柱2313。第一支撑柱2312的一端与第二支撑柱2313的一端分别位于绝缘横杆2311的两端。例如，第一支撑柱2312与第二支撑柱2313分别通过螺丝固定于绝缘横杆2311的两端。第一支撑柱2312的另一端设置于第一绝缘架211上，第二支撑柱2313的另一端设置于第二绝缘架221上。例如，第一支撑柱2312可以通过螺丝旋紧固定于第一绝缘架211上，第二支撑柱2313也可以通过螺丝旋紧固定于第二绝缘架221上。
支撑杆232的一端设置于绝缘横杆2311上，并通过第三紧固件234紧固，支撑杆232相对于绝缘横杆2311可移动，以调节样品20与第一电极212及第二电极222的错开程度。例如，第三紧固件234可以为螺母，支撑杆232的一端的具有外螺纹，绝缘横杆2311上具有内螺纹，支撑杆232的外螺纹与绝缘横杆2311上的内螺纹相配合，通过调节螺母，可以调节支撑杆232在竖直方向的上下移动，旋拧螺母可以固定支撑杆232的高度，从而确保样品20的位置在第一电极212与第二电极222之间。夹具233包括一转轴2331，支撑杆232的另一端设置于转轴2331上。例如，支撑杆232的另一端可通过焊接的方式固定于转轴2331上。
具体到本实施方式中，电极系统200还包括绝缘底座240，第一绝缘架211及第二绝缘架221均固定于绝缘底座240上。绝缘底座240可以为聚四氟乙烯材料构成，支撑高压电极组件210、测量电极组件220及支撑组件230的重量，并且构成第一电极212与第二电极222对地之间的绝缘。
请在此参阅图1，频域介电谱仪300用于对样品20施加不同频率的电压信号，且对样品20的介电谱信号进行采集。例如，频域介电谱仪300通过电压输入线与第一电极212电连接，对第一电极212输入不同频率的电压信号。频域介电谱仪300通过电流输出线与第二电极222电连接，第二电极222检测的电流信号进行采集。
请一并参阅图7，复合绝缘材料频域介电谱测试装置10还包括温度控制组件，温度控制组件包括温控箱410、控温器、通风管道及风向调节件。温控箱410的内部形成有第二收容腔410a，屏蔽箱100及电极系统200均位于第二收容腔410a内。温控箱410的箱体尺寸为36cm*52cm*26cm，左右两侧存在开孔，分别为进线孔及出线孔。配有阻隔塞，可以封堵开孔。温控箱410的其中一侧存在两扇箱门411，温控箱410可以通过箱门411保持打开或关闭的状态，箱体由铝合金材质制成，以有效地接地。
温控器位于温控箱410的内壁上。例如，温控器可以为温控空调，温控空调调节控制温控箱410内的温度范围为-20℃～150℃。温控器可以为温控箱410的顶部，且与通风管道相连通，通风管道围绕与屏蔽箱100外侧。例如，通风管道可以上下围绕屏蔽箱100两圈。
屏蔽箱100上设置通风口，具体地数量可以为两个，分别位于屏蔽箱100的上端和下端，每个通风口与一风向调节件相对应，风向调节件用于调节风向。风向调节件包括两组风叶，分别为第一组风叶及第二组风叶，第一组风叶用于调节水平方向的风向，第二组风叶用于调节竖直方向的风向。
进行介电谱测量时，通过调节第一电极212与第二电极222之间的间距，调节支撑杆232的高度，使得被检测的样品20正好位于第一电极212与第二电极222之间，第一电极212与样品20之间的间距为第一间距D1，第二电极222与样品20之间的间距为第二间距D2，在第一间距D1之间存在空气介质，在第二间距D2之间也存在空气介质。
例如，第一间距的范围为1mm～5mm，第二间距的范围为1mm～5mm，一方面可以避免第一电极212与样品20、第二电极222与样品20的直接接触，以避免产生接触电阻，而接触电阻对样品20的介电损耗会造成影响，因此降低了测量误差。另一方面，由于第一电极212与样品20、第二电极222与样品20不会直接接触，因此不会对样品20表面施加压力，可以避免样品20在测量时产生形变，提高了对样品20复介电常数的测量准确度。在放入样品20和取出样品20两种情况下分别测量两次介电谱，通过空气介质和样品20之间的串联等效电路，计算得到样品20的介电谱。
上述复合绝缘材料频域介电谱测试装置10至少具有以下优点：
在测试样品20时，将样品20装夹在支撑杆232的另一端，样品20位于第一电极212与第二电极222之间，且与第一电极212及第二电极222之间均有间距，所以第一电极212及第二电极222与样品20之间间隔，且间隔处分别存在空气介质，频域介电谱仪300通过第一电极212给样品20施加不同频率的电压信号，第二电极222用于测量样品20上流过的电流信号，避免了样品20与第一电极212的表面和第二电极222的表面直接接触，因此可以有效避免产生接触电阻，降低了测量误差。而且第一电极212与第二电极222无需施加压力在样品20的表面，因此避免了测量时的样品20形变，提高了对样品20的复介电常数的测量准确度。屏蔽箱100能够有效屏蔽电极系统200在测试过程中产生的干扰信号，进一步保证测量结果的准确性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种复合绝缘材料频域介电谱测试装置，其特征在于，包括：
屏蔽箱，其内部形成有第一收容腔；
电极系统，设置于所述第一收容腔内，所述电极系统包括：
高压电极组件，包括第一绝缘架及第一电极，所述第一电极设置于所述第一绝缘架上；
测量电极组件，包括第二绝缘架及第二电极，所述第二电极设置于所述第二绝缘架上，所述第二电极与所述第一电极间隔相对；
支撑组件，包括支撑架及支撑杆，所述支撑架包括绝缘横杆、第一支撑柱及第二支撑柱，所述第一支撑柱的一端与所述第二支撑柱的一端分别位于所述绝缘横杆的两端，所述第一支撑柱的另一端设置于所述第一绝缘架上，所述第二支撑柱的另一端设置于所述第二绝缘架上，所述支撑杆的一端设置于所述支撑架上，所述支撑杆的另一端用于装夹待样品以使所述样品位于所述第一电极与所述第二电极之间，且所述样品与所述第一电极及所述第二电极之间均具有间距；
频域介电谱仪，用于对所述样品施加不同频率的电压信号、且对所述样品的介电谱信号进行采集；以及
温度控制组件，包括温控箱、控温器、通风管道及风向调节件，所述温控箱的内部形成有第二收容腔，所述屏蔽箱及所述电极系统均位于所述第二收容腔内，所述控温器位于所述温控箱的内壁上，且与所述通风管道相连通，所述通风管道围绕所述屏蔽箱设置，所述风向调节件用于调节风向；
其中，所述高压电极组件还包括第一电极连接杆及第一紧固件，所述第一电极设置于所述第一电极连接杆的一端，所述第一电极连接杆的另一端穿设于所述第一绝缘架上，并通过所述第一紧固件紧固；和/或
所述测量电极组件还包括第二电极连接杆及第二紧固件，所述第二电极设置于所述第二电极连接杆的一端，所述第二电极连接杆的另一端穿设于所述第二绝缘架上，并通过所述第二紧固件紧固。
2.根据权利要求1所述的复合绝缘材料频域介电谱测试装置，其特征在于，所述屏蔽箱为长方体，包括上盖板、前盖板及后盖板，所述前盖板与所述后盖板位于所述上盖板的相对两侧，所述上盖板与所述前盖板可拆卸地连接。
3.根据权利要求1所述的复合绝缘材料频域介电谱测试装置，其特征在于，所述屏蔽箱上设有通风口，所述通风口与一所述风向调节件相对应。
4.根据权利要求3所述的复合绝缘材料频域介电谱测试装置，其特征在于，所述风向调节件包括两组风叶，分别为第一组风叶及第二组风叶，所述第一组风叶用于调节水平方向的风向，所述第二组风叶用于调节竖直方向的风向。
5.根据权利要求1所述的复合绝缘材料频域介电谱测试装置，其特征在于，所述第一电极与所述样品之间的间距为第一间距，所述第二电极与所述样品之间的间距为第二间距，所述第一间距的范围为1mm～5mm，所述第二间距的范围为1mm～5mm。
6.根据权利要求1所述的复合绝缘材料频域介电谱测试装置，其特征在于，所述支撑杆的一端设置于所述绝缘横杆上，并通过第三紧固件紧固，所述支撑杆相对于所述绝缘横杆可移动，以调节所述样品与所述第一电极及所述第二电极的错开程度。
7.根据权利要求1所述的复合绝缘材料频域介电谱测试装置，其特征在于，所述支撑组件还包括夹具，所述夹具包括转轴，所述支撑杆的另一端设置于的转轴上。
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