CN108490276A - 一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置及测量方法 - Google Patents

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杜伯学
李进
侯兆豪
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Abstract

本发明公开了一种种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置及测量方法，装置采用双向拉伸聚丙烯(BOPP)作为试样，测量装置包括电晕充电装置、表面电位测量装置和加热平台；电晕充电装置采用针‑板电极形式进行电晕充电，以不锈钢针作为电极，一端连接直流电压源，另一端针尖曲率半径为14～20μm；电晕充电装置以铜板作为背电极，铜板固定于加热平台并接地，电晕充电装置通过针电极电晕放电向试样表面注入电荷；表面电位测量装置包括测量精度为±3V、分辨率3mm的电位计，与电位计相连的探头距离试样表面高度为2.5～3.5mm；加热平台内置有微电脑控温机板、加热丝和独立感温探头。本发明能有效测量聚丙烯薄膜在不同温度下表面电荷积聚和表面电荷消散。

Description

一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及聚合物材料的表面电荷测量领域，具体为一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置及测量方法。
背景技术
电力电容器在当今电力系统中发挥着不可替代的作用，聚丙烯薄膜是目前应用于电力电容器的主要电介质材料。电力电容器在运行时，聚丙烯薄膜表面有电荷聚集，造成电场畸变，从而使局部电场强度大大增强，极易发生沿面闪络故障。同时，电力电容器在运行中不可避免地存在发热现象，造成聚丙烯薄膜承受较高的温度。温度对表面电荷的积累与消散影响很大，聚丙烯薄膜表面电荷的积累与消散在不同温度下显著不同。因此，研究聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置及测量方法具有重要意义。在近几十年的研究中，一些学者对聚合物材料的表面电荷测量展开研究。然而，对于应用于电力电容器电介质聚丙烯薄膜在不同温度下的表面电荷测量的研究较少。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置及测量方法，为分析聚丙烯薄膜在不同温度下的表面电荷积累与消散特性提供了有力支撑。实验证明，该测量装置与测量方法能有效测量聚丙烯薄膜在不同温度下表面电荷积聚和表面电荷消散。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置，采用双向拉伸聚丙烯(BOPP)作为试样，所述测量装置包括电晕充电装置、表面电位测量装置和加热平台；所述电晕充电装置采用针-板电极形式进行电晕充电，以不锈钢针作为电极，一端连接直流电压源，另一端针尖曲率半径为14～20μm；所述电晕充电装置以铜板作为背电极，所述铜板固定于加热平台并接地，电晕充电装置通过针电极电晕放电向试样表面注入电荷；
所述表面电位测量装置包括测量精度为±3V、分辨率3mm的电位计，与电位计相连的探头距离试样表面高度为2.5～3.5mm；
所述加热平台内置有微电脑控温机板、加热丝和独立感温探头，加热平台上每点温差小于±2℃，以实现试样均匀恒温加热状态。
进一步的，所述不锈钢针的直径为1mm。
进一步的，所述试样的为边长40×40mm，厚度40μm。
一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量方法，基于聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装
置，包括以下步骤：
(1)将试样用酒精擦拭干净，并在真空环境中静置1h以上；
(2)将试样平放在加热平台上，打开加热平台开关设置温度为20℃，加热试样10min；
(3)将加热平台与试样移动至电晕充电装置的针电极下方，使针电极正对试样的中心位置，调节高压直流电源，使施加在针电极直流电压为4kV，充电10s后断开电压；
(4)通过滑轨将加热平台及试样从针电极下方迅速移至表面电位测量装置的探头下方，使探头正对试样中心位置，测量得到表面电位随时间的衰减曲线，测量表面电位衰减持续时间；
(5)重复以上步骤，每次将步骤(2)中的加热温度依次改为40℃、60℃、80℃，得出不同温度下试样表面电位衰减曲线；
(6)重复以上步骤，将步骤(3)中的直流电压值改为‐4kV，得出负直流电压下温度不同时试样表面电位随时间的消散曲线及消散率。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明可以实现不同温度下聚丙烯薄膜表面电位衰减过程的测量。温度对表面电位的消散过程影响很大，不同温度下的表面电位消散过程显著不同。
(2)通过具体实施例中实验表明，温度对于聚丙烯薄膜表面电位消散率影响作用显著，随着温度的上升增加表面电位衰减率显著增加。
附图说明
附图1为本发明测量装置的结构示意图。
附图2为不同温度下聚丙烯薄膜的表面电位消散曲线。
附图3为不同温度下聚丙烯薄膜的表面电位消散率变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本实施采用双向拉伸聚丙烯(BOPP)作为试样测量其不同温度场下的表面电荷，试样尺寸为边长40×40mm，厚度40μm。
温度场表面电荷测量实验装置如说明书附图1所示，分为电晕充电装置、表面电位测量装置和加热平台三部分。
电晕充电装置采用针-板电极形式进行电晕充电，选用不锈钢针作为电极，针电极直径为1mm,一端连接直流电压源，另一端针尖曲率半径约17μm。采用铜板作为背电极，将铜板固定在加热平台上并接地。电晕充电装置通过针电极电晕放电向试样表面注入电荷。
本实施例中表面电位测量装置采用型号为Trek347-3hce的电位计，其测量精度为±3V，分辨率3mm；与电位计相连的开尔文探头型号为6000b-5c，在试验使探头距离试样表面高度3mm。
采用微电脑恒温加热平台作为加热平台，加热平台采用发热丝加热，可以实现快速升温。加热平台内置微电脑控温机板和独立感温探头，加热平台表明每点温差小于±2℃，可以实现试样均匀恒温加热状态。
将实验所用电压为直流±4kV，试样置于加热平台分别加热至20、40、60、80℃，加热时间为10min。将载有试样的加热平台置于电晕充电装置下方，试样中心在电晕充电装置下电晕充电10s后，通过滑轨迅速移动到探头下方使探头正对试样中心，测量试样的表面电位随着时间的衰减过程。
图2所示为不同温度下表面电位衰减曲线，根据表面电位衰减曲线以及公式(1)可以计算得到不同温度下聚丙烯薄膜表面电位消散速率，如说明书附图3所示。
其中D是表面电位消散率，V0是起始表面电位，Vt是表面电位衰减20分钟后的表面电位。
聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量方法的具体步骤如下：
1、将聚丙烯薄膜裁成40×40mm尺寸大小，并用酒精擦拭干净，并在真空环境中静置1h以上；
2、将试样平放在微电脑恒温加热平台上，打开预加热平台开关设置温度为20℃，加热试样10min。
3、将加热平台与试样移动至电晕充电装置针电极下方，使针电极正对试样的中心位置。调节高压直流电源，使施加在针电极直流电压为4kV，充电10s后断开电压。
4、通过滑轨将加热平台及试样从针电极下方迅速移至表面电位测量探头下方，使表面电位计测量探头正对聚丙烯薄膜的中心位置。测量得到表面电位随时间的衰减曲线，测量表面电位衰减持续时间为20min。
5、重复以上四步，每次将步骤2中的加热温度依次改为40、60、80℃，可以得出不同温度下聚丙烯薄膜表面电位衰减曲线(如图2所示)，可以看出聚丙烯薄膜表面电位随消散时间的延长而逐渐降低，且消散曲线随着温度上升斜率增大。
6、采用公式(1)，计算出不同温度下聚丙烯薄膜表面电位衰减率，绘成曲线图如图3所示。可以看出聚丙烯薄膜的表面电位消散率随着温度的上升而增加。说明温度上升能够显著加快表面电位的衰减。
7、重复以上步骤，将步骤3中的直流电压值改为-4kV，可以得出负直流电压下温度不同时聚丙烯薄膜表面电位随时间的消散曲线及消散率，如图2、图3所示。可以看出，在负直流电压下，表面电位的消散率高于正直流电压。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置，采用双向拉伸聚丙烯(BOPP)作为试样，其特征在于，所述测量装置包括电晕充电装置、表面电位测量装置和加热平台；所述电晕充电装置采用针-板电极形式进行电晕充电，以不锈钢针作为电极，一端连接直流电压源，另一端针尖曲率半径为14～20μm；所述电晕充电装置以铜板作为背电极，所述铜板固定于加热平台并接地，电晕充电装置通过针电极电晕放电向试样表面注入电荷；
所述表面电位测量装置包括测量精度为±3V、分辨率3mm的电位计，与电位计相连的探头距离试样表面高度为2.5～3.5mm；
所述加热平台内置有微电脑控温机板、加热丝和独立感温探头，加热平台上每点温差小于±2℃，以实现试样均匀恒温加热状态。
2.根据权利要求1一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置，其特征在于，所述不锈钢针的直径为1mm。
3.根据权利要求1一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置，其特征在于，所述试样的为边长40×40mm，厚度40μm。
4.一种聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量方法，基于权利要求1所述的聚丙烯薄膜温度场下表面电荷测量装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将试样用酒精擦拭干净，并在真空环境中静置1h以上；
(2)将试样平放在加热平台上，打开加热平台开关设置温度为20℃，加热试样10min；
(3)将加热平台与试样移动至电晕充电装置的针电极下方，使针电极正对试样的中心位置，调节高压直流电源，使施加在针电极直流电压为4kV，充电10s后断开电压；
(4)通过滑轨将加热平台及试样从针电极下方迅速移至表面电位测量装置的探头下方，使探头正对试样中心位置，测量得到表面电位随时间的衰减曲线，测量表面电位衰减持续时间；
(5)重复以上步骤，每次将步骤(2)中的加热温度依次改为40℃、60℃、80℃，得出不同温度下试样表面电位衰减曲线；
(6)重复以上步骤，将步骤(3)中的直流电压值改为‐4kV，得出负直流电压下温度不同时试样表面电位随时间的消散曲线及消散率。
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