CN108896608B - 一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置，该装置包括：高压电极包括端盖和支座，在端盖和支座之间设有电极加热片，地电极与高压电极结构相同，且地电极对称设于高压电极的正下方；电极冷却室设有两个，电极冷却室一侧设有液氮进口，一端设有出气孔，且高压电极的支座和地电极的支座分别与两个电极冷却室连接；电极固定架包括四根绝缘螺柱和两个绝缘固定件，四根绝缘螺柱均匀布置在电极冷却室的周围，四根绝缘螺柱通过螺母与两个绝缘固定件连接；集成接口面板设于电极固定架的外部；屏蔽桶为设有顶盖的封闭腔体，整个测量装置置于屏蔽桶内部。

Description

一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置

技术领域

本发明涉及固体电介质材料性能测试技术领域，具体而言，涉及一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置。

背景技术

绝缘材料表面与内部带电状况关系到电气设备的稳定运行，按能带理论，绝缘材料自身存在的陷阱能级对材料的绝缘性能有着重要影响。现有理论研究成果表明，浅陷阱能级有助于避免材料内部出现局部电场集中，而深陷阱会显著降低载流子迁移，然而，不同陷阱分布对材料绝缘性能的确切影响方式至今尚未得出明确结论。通过测量材料热刺激电流可分析出其陷阱分布信息，对研究不同运行环境下材料绝缘失效具有重要意义。由于热刺激电流方法及装置对温度及其它环境变化十分敏感，因此合适的结构设计对测量的准确性十分重要。

专利CN201610931998公开了一种热刺激电流与空间电荷的联合测量装置，此装置具备热刺激电流与空间电荷测量两种功能，但是采取在紧挨待测样品一侧的金属板内注入\流出液氮的降温方式会导致降温过程中样品两侧温度分布不均匀。专利CN201720338789介绍了一种空间电荷-热刺激电流的联合分时测量装置，此装置同样具有测量空间电荷与热刺激电流两种功能；但测量热刺激电流时需要具有自增压的液氮杜瓦瓶将液氮压入测量腔体内，同时要把多余液氮回流到杜瓦瓶，这种设计增大了整个设备的占用空间。专利CN201610141274公开了一种固-液通用型热刺激电流测量装置，使热刺激电流法在液体电介质领域得到进一步推广应用，整体设计结构较为紧凑，但与上述两个专利类似，测量电极部分都使用了不同的两电极，这种结构方式会在测量热刺激电流的升温阶段造成待测样品两侧温度分布不均匀，从而降低测量的准确性。

综上，现有专门的以及与其他测量联用的热刺激电流测量装置，存在以下缺陷：(1)降温过程中采用循环液氮的冷却方式或采取将测量电极浸泡在液氮中的冷却方式的专利中，都存在因两个电极采用不同的结构设计而造成变温过程中待测样品两侧温度变化不一致的缺陷(2)升温过程中依靠单一加热源加热，使热量从一个测量电极传向另一个测量电极，造成待测样品两侧温度存在差异(3)采用循环液氮的冷却方式会导致整个测量装置占用空间大大增加。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置，提供一种结构紧凑的、待测样品两侧温度变化均匀的、液氮使用量少的热刺激电流测量装置，可以实现对不同厚度样品的极化和热刺激电流测量。

本发明提供了一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置，该装置包括：

高压电极，其包括端盖和支座，所述支座中心设有竖直通孔，在所述端盖和所述支座之间设有电极加热片，在所述竖直通孔内部设有温度探头；

地电极，其与所述高压电极结构相同，且所述地电极对称设于所述高压电极的正下方；

电极冷却室，其设有上电极冷却室和下电极冷却室两个，所述电极冷却室侧壁设有液氮进口，所述电极冷却室一端设有液氮出气孔，且所述高压电极的支座顶端和所述上电极冷却室连接，所述地电极的支座顶端与所述下电极冷却室连接；

电极固定架，其包括四根绝缘螺柱和两个绝缘固定件，两个所述绝缘固定件平行设置于两个所述电极冷却室的上下两端，四根所述绝缘螺柱竖直设置于两个所述绝缘固定件之间，且四根所述绝缘螺柱均匀布置在所述电极冷却室的周围，四根所述绝缘螺柱通过螺母与两个所述绝缘固定件连接；

集成接口面板，其设于所述电极固定架的外部；

屏蔽桶，其为设有顶盖的封闭腔体，所述电极冷却室、所述电极固定架和所述集成接口面板均置于所述屏蔽桶内部。

作为本发明的进一步改进，所述端盖和支座通过螺纹连接。

作为本发明的进一步改进，所述探头的外壁和所述竖直通孔内壁之间设有空隙。

作为本发明的进一步改进，所述电极加热片与所述端盖和所述支座均紧密贴合。

作为本发明的进一步改进，所述电极固定架的四根绝缘螺柱为中空设置。

作为本发明的进一步改进，还包括液氮管路，其共设有两个，所述液氮管路与所述电极冷却室的液氮进口连通。

作为本发明的进一步改进，所述集成接口面板包括七个连接件和一个金属面板，七个所述连接件均固定于所述金属面板上，其中四个连接件与四根所述绝缘螺柱连接，一个连接件与所述高压电极连接，两个连接件分别与液氮管路连接。

作为本发明的进一步改进，所述屏蔽桶的内壁上设有保温材料。

作为本发明的进一步改进，所述液氮管路与所述电极固定架的两个绝缘固定件连接，且所述液氮管路为可伸缩的绝缘管。

作为本发明的进一步改进，所述高压电极和地电极选用高热导率金属材料，所述电极固定架选用耐高低温的绝缘材料，所述屏蔽桶选用能防止电磁干扰的金属材料。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种紧凑型固体绝缘材料热刺激电流检测装置，高压电极和地电极采取相同的对称式设计，同时升降温度可有效减小温度升降过程中样品两侧温度差异，检测装置结构紧凑，有效节约装置占用空间。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置集成接口面板结构示意图；

图中，

1、高压电极；2、地电极；3、电极加热片；4、电极冷却室；5、电极固定架；6、温度探头；7、集成接口面板；8、保温装置；9、屏蔽桶；10、高压电极接口；11、地电极接口；12、液氮接口；13、电极加热片供电接口；14、温度探头接口；15、液氮管路。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1-2所示，本发明实施例所述的是一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置，该装置包括：

高压电极1，其包括端盖和支座，支座中心设有竖直通孔，在端盖和支座之间设有电极加热片3，在竖直通孔内部设有温度探头6；

地电极2，其与高压电极1结构相同，且地电极2对称设于高压电极1的正下方。

待测样品放置在高压电极1和地电极2的端盖之间，电极加热片3通过高压电极1和地电极2实现对待测样品的加热，刺激待测样品产生电流。温度探头6用于测定待测样品两端的温度。高压电极1和地电极2连接高压电源，可以对待测样品进行极化，同时也当作待测样品热刺激电流测量电极。高压电极1和地电极2采用完全相同的结构设计可以保障待测样品两侧电场及温度的均匀分布，可以使测量结果更加精确，减小测量误差。

电极冷却室4，其设有上电极冷却室和下电极冷却室两个，电极冷却室4侧壁设有液氮进口，电极冷却室4一端设有液氮出气孔，且高压电极1的支座顶端和上电极冷却室连接，地电极2的支座顶端与下电极冷却室连接。电极冷却室4通过液氮实现对高压电极1和地电极2的降温，高压电极1和地电极2分别通过各自的支座与其各自对应的电极冷却室4连接成为一个整体，高压电极1和地电极2会随着电极冷却室4的移动而移动，以此来适应不同厚度的待测样品。本实施例是在电极冷却室4的上端面上设有液氮出气孔，当液氮完成降温过程后由液氮出气孔排出。

电极固定架5，其包括四根绝缘螺柱和两个绝缘固定件，两个绝缘固定件平行设置于两个电极冷却室4的上下两端，四根绝缘螺柱竖直设置于两个绝缘固定件之间，且四根绝缘螺柱均匀布置在电极冷却室4的周围，四根绝缘螺柱通过螺母与两个绝缘固定件连接。每个绝缘螺柱的两端分别穿插在绝缘固定件的螺栓孔中，通过螺母在绝缘螺柱的位置来决定两个绝缘固定件之间的距离，由于两个绝缘固定件分别与两个电极冷却室4连接，因此两个绝缘固定件之间的距离就决定了两个电极冷却室4之间的距离，又因为高压电极1和地电极2分别通过各自的支座与其各自对应的电极冷却室4连接成为一个整体，因此两个绝缘固定件之间的距离也就最终决定了高压电极1和地电极2之间的距离。所以测量不同厚度的待测样品时，就要通过改变每个绝缘螺柱上螺母的固定位置来改变高压电极1和地电极2之间的距离以适应待测样品的厚度。

集成接口面板7，其设于电极固定架5的外部；

屏蔽桶9，其为设有顶盖的封闭腔体，电极冷却室4、电极固定架5和集成接口面板7均置于屏蔽桶9内部。整个热刺激电流检测装置均置于屏蔽桶9中，可以避免外界电磁干扰，同时降低与外界的热交换带来的影响。

进一步的，端盖和支座通过螺栓连接。端盖和支座螺栓连接可以便于电极加热片3的安装和检修，同时采用螺栓连接也可以比较方便地改变端盖和支座之间的距离，因此就不仅限于一种厚度的电极加热片3，可以根据待测样品来更换不同厚度的电极加热片3。

进一步的，探头6的外壁和竖直通孔内壁之间设有空隙。探头6的外壁和竖直通孔内壁之间的空隙可以便于引出电极加热片3的引线。

进一步的，电极加热片3与端盖和支座均紧密贴合，会更有利于电极加热片3与高压电极1和地电极2之间的传热。

进一步的，电极固定架5的四根绝缘螺柱为中空设置。温度探头6的引线、电极加热片3的引线和地电极2的引线会穿过四根绝缘螺柱的中空孔引接在集成接口面板7上。

进一步的，还包括液氮管路15，其共设有两个，液氮管路15与电极冷却室4的液氮进口连通。与电极冷却室4的液氮进口连通的液氮管路15为电极冷却室4供应液氮，完成冷却作用的液氮最终通过电极冷却室4的液氮出气孔排出。

进一步的，集成接口面板7包括七个连接件和一个金属面板，七个连接件均固定于金属面板上，其中四个连接件与四根绝缘螺柱连接，一个连接件与高压电极1连接，两个连接件分别与液氮管路连接。

进一步的，屏蔽桶9的内壁上设有保温材料8。保温材料8可以使屏蔽桶9的隔热或保温作用更好，进而减少与外界之前的热交换，降低外界温度对测试结果的影响。

进一步的，液氮管路15与电极固定架5的两个绝缘固定件连接，且液氮管路15为可伸缩的绝缘管。液氮管路15也固定在两个绝缘固定件上，可以使整个热刺激电流检测装置结构更加紧凑，从而节省空间。

进一步的，高压电极1和地电极2选用高热导率金属材料，电极固定架5选用耐高低温的绝缘材料，屏蔽桶9选用能防止电磁干扰的金属材料。高热导率金属材料可以选用铝、不锈钢或铜等；耐高低温的绝缘材料可以选用聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、陶瓷或石英等材料。

本发明中的两个测量电极采取完全相同的结构设计，并且配有加热功率相同的电极加热片和结构相同的电极冷却室，以保障待测样品两侧电场及温度分布均匀，测量电极中嵌有电极加热片，同时嵌有温度探头，测量电极外围通过螺纹连接有电极冷却室，液氮管路与电极固定架的支柱部分复用，电极加热片与温度探头引线由电极固定架的支柱部分引出，并固定在集成接口面板，使结构紧凑美观实用。电极整体放入内壁布有保温材料的屏蔽桶中，以避免外界电磁干扰和降低与外界的热量交换带来的影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，包括：

高压电极(1)，其包括端盖和支座，所述支座中心设有竖直通孔，在所述端盖和所述支座之间设有电极加热片(3)，在所述竖直通孔内部设有温度探头(6)；

地电极(2)，其与所述高压电极(1)结构相同，且所述地电极(2)对称设于所述高压电极(1)的正下方；

电极冷却室(4)，其设有上电极冷却室和下电极冷却室两个，所述电极冷却室(4)侧壁设有液氮进口，所述电极冷却室(4)一端设有液氮出气孔，且所述高压电极(1)的支座顶端和所述上电极冷却室连接，所述地电极(2)的支座顶端与所述下电极冷却室连接；

电极固定架(5)，其包括四根绝缘螺柱和两个绝缘固定件，两个所述绝缘固定件平行设置于所述电极冷却室(4)的上下两端，四根所述绝缘螺柱竖直设置于两个所述绝缘固定件之间，且四根所述绝缘螺柱均匀布置在所述电极冷却室(4)的周围，四根所述绝缘螺柱通过螺母与两个所述绝缘固定件连接；

集成接口面板(7)，其设于所述电极固定架(5)的外部；

屏蔽桶(9)，其为设有顶盖的封闭腔体，所述电极冷却室(4)、所述电极固定架(5)和所述集成接口面板(7)均置于所述屏蔽桶(9)内部。

2.根据权利要求1所述的固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，所述端盖和支座通过螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，所述温度探头(6)的外壁和所述竖直通孔内壁之间设有空隙。

4.根据权利要求1所述的固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，所述电极加热片(3)与所述端盖和所述支座均紧密贴合。

5.根据权利要求1所述的固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，所述电极固定架(5)的四根绝缘螺柱为中空设置。

6.根据权利要求1所述的固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，还包括液氮管路(15)，其共设有两个，所述液氮管路(15)与所述电极冷却室(4)的液氮进口连通。

7.根据权利要求1所述的固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，所述集成接口面板(7)包括七个连接件和一个金属面板，七个所述连接件均固定于所述金属面板上，其中四个连接件与四根所述绝缘螺柱连接，一个连接件与所述高压电极(1)连接，两个连接件分别与液氮管路连接。

8.根据权利要求1所述的固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，所述屏蔽桶(9)的内壁上设有保温材料(8)。

9.根据权利要求6所述的固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，所述液氮管路(15)与所述电极固定架(5)的两个绝缘固定件连接，且所述液氮管路(15)为可伸缩的绝缘管。

10.根据权利要求1所述的固体绝缘材料热刺激电流检测装置，其特征在于，所述高压电极(1)和地电极(2)选用高热导率金属材料，所述电极固定架(5)选用耐高低温的绝缘材料，所述屏蔽桶(9)选用防止电磁干扰的金属材料。

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