CN107576893A - 一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，属于高电压技术领域。该系统包含高压电源，限流电阻，多组固态继电器Ⅰ，多组闸刀开关，多组试验电极和计时计数器；闸刀开关、固态继电器Ⅰ的控制端、试验电极依次串联构成一路试验支路；试验支路相互并联构成试验电路；高压电源连接至限流电阻的一端，限流电阻的另一端与试验电路连接，试验电路的另一端连接至固态继电器Ⅱ的控制端，固态继电器Ⅱ的控制端接地并与高压电源连接形成测试系统的一次回路；固态继电器Ⅰ输出端与闸刀开关电磁动作单元串联连接后与市电电源连接构成控制支路。本发明可以在小容量电源下完成多样品试验，且得到的数据分散性小，能更准确的反应样品的特征。

Description

一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统

技术领域

本发明属于高电压技术领域，涉及一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统。

背景技术

对于固体绝缘材料的交、直流电寿命测试，若对单个样品逐个地进行加速电老化试验，因不同试验时间老化环境存在差异，如环境温度、湿度的不同，会导致同一施加电压下样品击穿时间的分散性比较大，得到的电寿命数据可靠性较低，并且试验周期非常长。早先，重庆大学杨丽君教授、鄢水强等，基于此，设计过一种多样品固体绝缘交/直流电寿命测试系统，专利号2016108645066。此系统采用熔断丝断开击穿回路的方法，适用于容量较大，电源输出电流在百毫安级及以上的情况。由于绝大多数试验直流高压电源，都有容量小，最大输出电流仅仅几十毫安的特点，电流远不达百毫安级。

现有的直流电寿命试验方法主要采用单样品试验方法，且试验方法耗时过于长，无法得到大量的试验数据，验证试验结果重复性需要时间成本太大，以至于很少有文章验证。同一电压下，因不同的试验时间，导致试验条件存在差异，如湿度、温度和光照等，也会导致试验记录的失效时间分散性大，降低试验结果的可靠性。

目前有针对多样品固体绝缘的电寿命装置(专利号2016108645066)，该装置称可在交/直流条件下完成试验，但根据本专利实际实验室操作过程，以及理论分析，现有的装置难以满足直流条件下的试验需求，现有的多样品试验装置的切断击穿回路的方式是采用熔断丝，需要足够大的电流以及熔断时间，在小容量直流试验变压器条件下，无法切断击穿回路，无法达到试验要求。

现有多样品固体绝缘电寿命试验装置(专利号2016108645066)，是通过熔断丝、二极管、罗戈夫斯基线圈电流互感器、计时器和配套的罐子组成。

该装置搭建方式为，高压电源与过流保护电阻串联连接，过流保护电阻下接多个并联的熔断丝发光二极管串联整合模块，形成多条支路，每个多电极测试罐体中都包含了若干条支路。所有支路首端并联连接过流保护电阻，末端并联连接接地，与高压电源和过流保护电阻形成回路。罗戈夫斯基线圈套在每个多电极测试罐体中的多个支路末端的汇总接地线上，用于检测各个支路击穿时的冲击电流信号。

该装置原理是，通过熔断丝切断击穿回路，二极管指示支路通断，同时结合罗戈夫斯基线圈电流互感器和计时器记录样品失效时间，以进行各种材料的加速寿命试验。样品击穿前，流过回路中的电流足以点亮二极管，却不足以熔断熔断丝，样品正常加压；某一样品击穿时，罗戈夫斯基线圈电流互感器和计时器记录下失效时间；样品击穿后，熔断丝熔断，二极管灭，该回路退出整个系统，其余样品继续正常加压。

该装置主要有三个功能：①切断击穿回路；②指示回路通断；③记录样品失效时间。将该装置运用在最大输出电流为几百毫安的交流试验变压器下时，三个功能都可以正常实现。

但由于成本和技术等问题，目前高压直流试验平台，绝大多数都是采用半波整流，接一个小容量交流变压器的方式，半波整流输出功率只有交流变压器运行时的一半，所以这样的试验平台输出最大电流只有几十毫安，加压流过样品的电流只有几微安。而目前市面上的熔断丝最小速断电流为150mA，二极管最小点亮电流5mA，将该装置运用在直流试验平台时，导致熔断丝无法熔断，LED灯无法点亮，罗戈夫斯基线圈电流互感器输出电流过小，计数器采集不到信号，使得该装置的三个功能都无法实现。

因此，过去的多样品测试系统，无法适用于小容量直流电源的测试条件。目前急需一种能够试在小容量直流电压源下进行多样品测试的系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，本发明可以在小电流下实现多样品实验装置所需要的三个基本功能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，包含高压电源，限流电阻，多组固态继电器Ⅰ，多组闸刀开关，多组试验电极和计时计数器；

所述闸刀开关、所述固态继电器Ⅰ的控制端、试验电极依次串联构成一路试验支路；所述试验支路相互并联构成试验电路；所述高压电源连接至所述限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端与所述试验电路连接，所述试验电路的另一端连接至固态继电器Ⅱ的控制端，所述固态继电器Ⅱ的控制端接地并与高压电源连接形成测试系统的一次回路；

所述固态继电器Ⅰ输出端与所述闸刀开关的电磁动作单元串联连接后与市电电源连接构成控制支路；

所述控制支路用于控制所述试验支路的分断，当所述试验支路击穿时，所述控制支路接通，控制支路接通后所述控制支路的闸刀开关的电磁动作单元分断所述试验支路的闸刀开关；

所述固态继电器Ⅱ的输入端与所述计时计数器串联后与市电电源连接形成计时计数回路；

所述计时计数回路用于在所述试验电路中有任一试验支路击穿时记下击穿时间及击穿次数。

进一步，所述闸刀开关由依次连接的电磁动作单元，绝缘片和开关闸刀组成；所述电磁动作单元与所述绝缘片以及所述绝缘片与开关闸刀之间为螺栓连接，所述螺栓上涂有润滑油。

进一步，所述测试系统为两层结构，均由有机玻璃板构成，所述闸刀开关设置在第一层，所述试验电路的固态继电器设置在第二层。

进一步，所述有机玻璃板的尺寸为3600mm×3000mm，所述两层结构的第一层与第二层之间的距离为50mm，并通过两根直径为8mm的有机玻璃棒连接固定；所述两层结构由4根直径为12mm的有机玻璃棒作为支撑脚。

进一步，所述闸刀开关的数量为9，并按圆周40°均匀分布，所述第一层的有机玻璃板中间设置有高压电源接入端，所述高压电源接入端上设置有与所述闸刀开关对应的刀夹；所述第一层的有机玻璃板上设置有接入市电的端子，用于接入市电的火线。

进一步，所述试验电路的固态继电器的数量为9，并按圆周40°均匀分布，所述第二层的有机玻璃板上设置有接入市电的端子，用于接入市电的零线。

进一步，所述试验电极分为上下柱电极，所述试验电极设置于试验罐中，所述试验罐体包含不锈钢罐体，有机玻璃罐盖以及固定电极与试品的绝缘固件；所述试验罐底部设置有接地端；所述下柱电极通过螺纹结构固定在所述试验罐底部；所述上柱电极上还设置有电极棒，所述电极棒的一端通过螺纹与所述上柱电极连接，另一端与所述试验支路的固态继电器控制端连接；所述有机玻璃罐盖上设置有通孔，用于所述电极棒贯穿所述有机玻璃罐盖并电连通所述试验支路；所述绝缘固件由上下两个绝缘套环通过四根支柱支撑连接构成，所述绝缘套环用于固定电极，所述支柱用于固定样品。

进一步，所述不锈钢罐体的尺寸为内径290mm，外径300mm，罐体高150mm，所述不锈钢罐体底部还设置有四个底座，所述底座高25mm；所述上下柱电极的数量为9，所述下柱电极设置于所述不锈钢罐体内侧底部，其中一个下柱电极设置于所述不锈钢罐体内侧底部的圆心处，其余八个距离所述圆心处以半径85mm圆均匀分布；所述下柱电极高20mm，直径为25mm，附有半径为3mm倒角；所述上柱电极高25mm，直径为25mm，附有半径为3mm倒角。

本发明的有益效果在于：本发明可以在小容量电源下完成多样品试验，尤其是直流条件下，大部分电源都为小容量小功率电源，使得试验者不用购买大电源来满足试验需求，节约了试验成本。同时也使试验者不必放弃多样品的方法，而采用小容量单样品的方法，解决了时间成本。而且得到的数据分散性小，能更准确的反应样品的特征。

本发明具有更高的安全性，包括设备安全和人身安全。本发明可保证总是快速的切断击穿回路，同时不关闭电源保护系统，而现有装置无法满足这一点，尤其是切断击穿回路时间不固定，造成了很多不确定性，为设备人身安全留下了较多隐患。

同时，本发明可任意增减并联试品支路，可对不同种类的固体绝缘材料同时进行寿命测试，具有很好的可扩展性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明电路图；

图2为本发明闸刀开关结构示意图；

图3为本发明测试系统的控制系统结构示意图；

图4为本发明测试系统两层结构的第一次结构示意图；

图5为本发明测试系统两层结构的第二次结构示意图；

图6为本发明高压源接入端结构示意图；

图7为本发明试验罐结构示意图；

图8为本发明试验罐底部结构示意图；

图9为本发明整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1所示是小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试装置电路原理图。该装置分为一次回路，和两种二次回路构成。一次回路是由高压电源供电的回路，如图1所示，多种样品与电极串联闸刀开关，固态继电器控制端后，再将其并联，上端接限流电阻与高压端，下端接固态继电器控制端与地线。二次回路是由220V市电供电的回路，也叫控制回路，本发明共有两种二次回路：其一，闸刀开关控制回路：如图位于较上方的220V回路，都是闸刀开关控制回路，由固态继电器输出端，串联闸刀开关的电磁动作单元，接220V构成；其二，计时计数回路：下方220V供电回路即为计时计数回路，由继电器输出端，串联计时计数器，接220V构成。

其中，固态继电器作用在于采集一次回路中的击穿电流信号，并控制二次回路通断；电磁铁控闸刀开关作用在于，当二次回路给其信号时，拉开一次回路中的某一个支路；计时器的作用在于，当二次回路给其信号时，记录下击穿时间，以及第几次击穿。

本发明测试系统工作流程为：当系统正常加压时，一次回路中，闸刀开关为闭合状态，试品两端正常加压，通过一次回路的电流很小，所有固态继电器均不动作；某一样品发生失效时，对应支路线中流过较大的电流，支路中固态继电器动作，闭合对应的闸刀开关控制回路，闸刀开关动作断开该支路，而其余支路没有较大电流，正常加压，同时地线中也流过较大电流，地线上固态继电器动作，闭合计时计数回路，记录下击穿时间；该样品失效后，其对应一次回路中的支路，已经断开，其余支路正常加压，计时计数回路的固态继电器自动复位，准备下一次计数；以此类推，直到所有试品失效后，每一个样品的失效时间均已记录，一次回路完全断开，根据开关状态即可判断所有样品已经失效，试验者可以关闭高压电源，结束试验。

图2是本发明的闸刀开关单元的正视图，其机械结构为左边的电磁动作单元，连接绝缘片，再连接开关闸刀组成。如图2所示，本发明实施例的电磁动作单元采用长虹牌SA992。绝缘片采用聚四氟乙烯制作，带圆角的圆柱体，需要一定的爬电距离满足绝缘性能，本实施例中圆柱攻以螺纹，需要一定的直径满足机械性能，本实施例中为8mm，以及一定的长度满足绝缘性能，本实施例中为30mm。闸刀铜片制作，闸刀长度80mm，宽2mm，赋有半径0.5mm倒角，刀坐采用聚四氟乙烯制作，闸刀与刀坐用螺丝连接，刀坐下方开设圆形孔，以便连接。绝缘片与电磁动作单元，以及闸刀间均用金属螺丝连接。所有螺丝根部需要光滑，以保证整个电磁铁控闸刀开关动作流畅，可以适当添加润滑油。

上下两层都由有机玻璃板来放置器件和固定器件，长3600mm，宽3000mm，两板之间50mm。上下板之间，用两根直径8mm的有机玻璃棒连接固定，并用四根直径12mm的有机玻璃棒做支撑脚。上下板均需在钻取电磁铁、刀闸以及固态继电器的安装孔，刀闸安装孔之间需要开槽增加爬电距离，具体钻设位置，应视情况而定。

本发明实施例中的上层板上，一共9个电磁铁控闸刀开关单元，按40度均匀分布；中间设以高压接入端，外形如图3所示，采用铜制作，四周共有9与闸刀对应的刀夹，圆心位置伸出一圆柱，开螺纹，以便接入高压电源。如图4所示，上层板设有火线端子，用于接入220V火线。

下层板上，一共9个固态继电器，与上层磁铁控闸刀开关单元对应，按40度均匀分布。如图5所示，下层板设有零线端子，用于接入220V零线。

上层板刀闸连接下层固态继电器控制端一侧；火线、零线与电磁动作单元以及固态继电器输出端串联成二次回路。

控制系统工作时，电流、信号流向参考图1。上层板刀夹中心的螺丝接高压端，高压通过刀夹到闸刀，再到下层固态继电器控制端，由此构成一次回路中，样品以上的部分。火线串联电磁铁，再串联固态继电器输出端，再连接零线，由此闸刀开关控制回路。

图7为本发明以交联聚乙烯电寿命测试为实施例的9电极罐体结构示意图，在本实施例中，设计了可同时对9个交联聚乙烯薄膜样品同时加压的9电极测试罐体，如图7所示，包括不锈钢罐体、有机玻璃罐盖、9个上柱电极和9个下柱电极、9根电极棒以及固定电极与试品的绝缘固件。

本发明实施例的不锈钢罐体内径290mm，外径300mm，内部容器高150mm，有四底座，高25mm，罐体底板外接出一螺纹柱，作为接地端；罐体内部9个下电极通过螺纹柱螺旋固定。九个电极，一个位于罐体圆心处，另外8个距圆心处半径85mm均匀分布(视试品的大小和绝缘要求而定)；下柱电极高20mm，直径25mm，附有半径为3mm倒角；上柱电极高25mm，直径25mm，附有半径为3mm倒角；上下电极均有内螺纹柱，以用于固定和连接罐体或电极棒。9根电极棒长200mm，直径8mm，两端均有外螺纹，一端与上电极相连，另一端与控制系统相连；有机玻璃罐盖上有9孔，用于电极棒贯穿罐盖；绝缘固件材料为有机玻璃，其尺寸根据试品大小、电极大小及绝缘要求而定。其结构由上下两个有机玻璃套环通过四根小支柱支撑连接构成，上下套环分别套住上下电极，达到固定电极的作用；四根小支柱达到固定样品的效果，且在进行电寿命测试时，不影响试品的散热。

图9为本发明的整体示意图，上方为控制系统，下方为9电极罐体。控制系统中，固态继电器留出的9个控制端，接9电极罐体的九个上电极；最上方的高压接入端，接入试验高压端；下方罐体底部螺丝，接入高压地线。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，其特征在于：包含高压电源，

限流电阻，多组固态继电器Ⅰ，多组闸刀开关，多组试验电极和计时计数器；

所述闸刀开关、所述固态继电器Ⅰ的控制端、试验电极依次串联构成一路试验支路；所述试验支路相互并联构成试验电路；所述高压电源连接至所述限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端与所述试验电路连接，所述试验电路的另一端连接至固态继电器Ⅱ的控制端，所述固态继电器Ⅱ的控制端接地并与高压电源连接形成测试系统的一次回路；

所述固态继电器Ⅰ输出端与所述闸刀开关的电磁动作单元串联连接后与市电电源连接构成控制支路；

所述控制支路用于控制所述试验支路的分断，当所述试验支路击穿时，所述控制支路接通，控制支路接通后所述控制支路的闸刀开关的电磁动作单元分断所述试验支路的闸刀开关；

所述固态继电器Ⅱ的输入端与所述计时计数器串联后与市电电源连接形成计时计数回路；

所述计时计数回路用于在所述试验电路中有任一试验支路击穿时记下击穿时间及击穿次数。

2.根据权利要求1所述的一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，其特征在于：所述闸刀开关由依次连接的电磁动作单元，绝缘片和开关闸刀组成；所述电磁动作单元与所述绝缘片以及所述绝缘片与开关闸刀之间为螺栓连接，所述螺栓上涂有润滑油。

3.根据权利要求1所述的一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，其特征在于：所述测试系统为两层结构，均由有机玻璃板构成，所述闸刀开关设置在第一层，所述试验电路的固态继电器设置在第二层。

4.根据权利要求3所述的一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，其特征在于：所述有机玻璃板的尺寸为3600mm×3000mm，所述两层结构的第一层与第二层之间的距离为50mm，并通过两根直径为8mm的有机玻璃棒连接固定；所述两层结构由4根直径为12mm的有机玻璃棒作为支撑脚。

5.根据权利要求3所述的一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，其特征在于：所述闸刀开关的数量为9，并按圆周40°均匀分布，所述第一层的有机玻璃板中间设置有高压电源接入端，所述高压电源接入端上设置有与所述闸刀开关对应的刀夹；所述第一层的有机玻璃板上设置有接入市电的端子，用于接入市电的火线。

6.根据权利要求3所述的一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，其特征在于：所述试验电路的固态继电器的数量为9，并按圆周40°均匀分布，所述第二层的有机玻璃板上设置有接入市电的端子，用于接入市电的零线。

7.根据权利要求1所述的一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，其特征在于：所述试验电极分为上下柱电极，所述试验电极设置于试验罐中，所述试验罐体包含不锈钢罐体，有机玻璃罐盖以及固定电极与试品的绝缘固件；所述试验罐底部设置有接地端；所述下柱电极通过螺纹结构固定在所述试验罐底部；所述上柱电极上还设置有电极棒，所述电极棒的一端通过螺纹与所述上柱电极连接，另一端与所述试验支路的固态继电器控制端连接；所述有机玻璃罐盖上设置有通孔，用于所述电极棒贯穿所述有机玻璃罐盖并电连通所述试验支路；所述绝缘固件由上下两个绝缘套环通过四根支柱支撑连接构成，所述绝缘套环用于固定电极，所述支柱用于固定样品。

8.根据权利要求7所述的一种小容量直流电源下多样品固体绝缘电寿命测试系统，其特征在于：所述不锈钢罐体的尺寸为内径290mm，外径300mm，罐体高150mm，所述不锈钢罐体底部还设置有四个底座，所述底座高25mm；所述上下柱电极的数量为9，所述下柱电极设置于所述不锈钢罐体内侧底部，其中一个下柱电极设置于所述不锈钢罐体内侧底部的圆心处，其余八个距离所述圆心处以半径85mm圆均匀分布；所述下柱电极高20mm，直径为25mm，附有半径为3mm倒角；所述上柱电极高25mm，直径为25mm，附有半径为3mm倒角。