CN108957158B - 基于电声脉冲法的多试样空间电荷同时测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于电声脉冲法的多试样空间电荷同时测量装置及方法，包括：依次接触的信号激励模块、高压电极模块、待测试样、测量模块，信号激励模块包括三个并联支路：直流高压源、串联的高压脉冲源和隔直电容、由多个电阻电位器串联而成的分压电路。高压电极模块包括：依次连接固定的电极固定装置、下表面被弹性半导电层覆盖的子电极组。子电极组包括：位于中心的柱形电极以及依次设置于其外部的多个环形电极。测量模块包括：依次连接的地电极和传感器，本方法通过分压电路控制每个子电极上的电压，进而控制多个平板试样内的电场，实现多个平板试样同时测量，本发明能同时测量多个试样内的空间电荷，测量效率大大提高。

Description

基于电声脉冲法的多试样空间电荷同时测量装置
技术领域
本发明涉及的是一种材料绝缘领域的技术，具体是一种基于电声脉冲法的多试样空间电荷同时测量装置及方法。
背景技术
随着高压直流输电技术的发展，直流电缆电压等级不断提高，对固体绝缘材料提出了新的要求。空间电荷是直流绝缘材料的重要特性之一，与绝缘材料的老化、击穿等特性密切相关。空间电荷测量技术之一是电声脉冲法，通过在待测试样内同时施加直流电场和脉冲电场，产生应力波，通过传感器接收应力波，经分析反算空间电荷。现有技术同一时间仅能对一个待测试样进行测量，测量效率极低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于电声脉冲法的多试样空间电荷同时测量装置及方法，能够提高测量装置的效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于电声脉冲法的多试样空间电荷同时测量装置，包括：依次接触的信号激励模块、高压电极模块、待测试样和测量模块。
所述的信号激励模块包括：并联的直流高压源支路、串联的高压脉冲源和隔直电容支路、由多个电阻电位器串联而成的分压支路。
所述的分压支路包括多个电压输出端，每个电压输出端的电压值由电阻电位器控制。
所述的高压电极模块包括：依次固定连接的电极固定装置、下表面被弹性半导电层覆盖的子电极组，其中：电极固定装置由绝缘材料制成，子电极组由金属制成，弹性半导电层由加入炭黑颗粒的聚合物绝缘材料制成。
所述的子电极组包括：位于中心的柱形电极以及依次设置于其外部的多个环形电极；从内到外各个子电极的下表面水平位置依次下降，呈阶梯状。
所述的待测试样包括：依次交错层叠的多个平板试样和多个间隔板，其中：平板试样由待测的绝缘材料制成，间隔板材料在平板试样材料基础上加入炭黑颗粒而制成。
所述的待测试样，最上和最下层均为平板试样；从上至下各层半径依次增大，呈阶梯状。
所述的测量模块包括：依次连接的地电极和传感器，其中：地电极由金属制成。
所述的地电极接地。
所述的信号激励模块的分压支路的输出端分别与高压电极模块的子电极电气连接。
所述的柱形电极经弹性半导电层与待测试样最上层的平板试样上表面接触；所述的的环形电极经弹性半导电层与待测试样中其他平板试样上表面未被间隔板覆盖的部分接触。
所述的平板试样中最下层的下表面与测量模块中地电极的上表面接触。
本装置通过以下方式实现多试样同时测量：
①信号激励模块中的直流高压源经过分压电路，在各子电极上产生直流高电压。该电压经弹性半导电层和间隔板，在平板试样内产生直流电场，进而产生空间电荷。
②调节分压电路中的电阻电位器，控制每个子电极上的电压，进而控制每个平板试样内的直流电场。
③信号激励模块中的高压脉冲源，经过相同路径，在平板试样内产生脉冲电场。
④脉冲电场与空间电荷相作用产生应力波，传递至测量模块中的传感器。
⑤通过分析传感器接收到的应力波信号，反算分析空间电荷，实现多个平板试样中的空间电荷同时测量。
技术效果
与现有技术相比，本发明能同时测量多个试样内的空间电荷。与现有的单层试样测量系统相比，成本略有上升，但测量效率大大提高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明高压电极模块的结构示意图，其中A为剖视图，B为仰视图；
图3为本发明待测试样的结构示意图，其中A为剖视图，B为俯视图；
图中：直流高压源1、高压脉冲源2、隔直电容3、分压电路4、电极固定装置5、柱形子电极6、环形子电极7～8、弹性半导电层9～11、最上层平板试样12、第一间隔板13、中间层平板试样14、第二间隔板15、最下层平板试样16、地电极17、传感器18。
具体实施方式
实施例中同时测量三个平板试样的空间电荷，平板试样材料为低密度交联聚乙烯。
如图1所示，实施例包括：依次接触的信号激励模块、高压电极模块、待测试样和测量模块。
所述的信号激励模块包括三个并联支路：直流高压源1、串联的高压脉冲源2和隔直电容3、由多个电阻电位器串联而成的分压电路4。
直流高压源1的输出直流电压为50kV。
高压脉冲源2每隔0.02s输出一个脉冲电压，每个脉冲电压的半峰宽度为10ns，幅值 1kV。
所述的分压电路4有三个电压输出端，每个电压输出端的电压值由电阻电位器控制。电阻电位器从上至下选取的阻值依次为40MΩ、80MΩ、120MΩ。
所述的高压电极模块包括：依次连接固定的电极固定装置5、下表面被弹性半导电层 9～11覆盖的子电极组6～8。其中，电极固定装置5由绝缘材料聚四氟乙烯制成，子电极组6～8 由金属铝制成，弹性半导电层9～11由加入炭黑颗粒的低密度交联聚乙烯制成。
所述的子电极组包括：位于中心的柱形电极6以及依次设置于其外部的两个环形电极 7～8。从内到外，各子电极的下表面水平位置依次下降，呈阶梯状。柱形电极6高度5mm，第一个环形电极7高度5.5mm，第二个环形电极8高度6.1mm。
所述的待测试样包括：依次交错层叠的三个平板试样12、14、16和两个间隔板13、15。其中，平板试样由低密度交联聚乙烯制成，间隔板由加入炭黑颗粒的低密度交联聚乙烯制成。
所述的待测试样，从上至下，各层半径依次增大，呈阶梯状。元件12～16的半径依次为10mm、19mm、20mm、29mm、30mm。平板试样12、14、16的厚度为0.5mm。
所述的测量模块包括：依次连接的地电极17和传感器18。其中地电极17由金属铝制成。
所述的地电极17接地。
信号激励模块与高压电极模块的接触是指：信号激励模块分压电路4的输出端，分别与高压电极模块的子电极6～8电气连接。
高压电极模块与待测试样的接触是指：子电极组中的柱形电极6，经弹性半导电层9，与待测试样最上层的平板试样12上表面接触；子电极组中的第一个环形电极7，经弹性半导电层10，与待测试样中的平板试样14上表面未被间隔板13覆盖的部分接触。子电极组中的第二个环形电极8，经弹性半导电层11，与待测试样中的平板试样15上表面未被间隔板14覆盖的部分接触。
待测试样与测量模块的接触是指：待测试样最下层的平板试样15下表面，与测量模块中地电极16的上表面接触。
本装置通过以下方式实现多试样同时测量：
信号激励模块中的直流高压源1经过分压电路4，在各子电极6～8上产生直流高电压。该电压经弹性半导电层9～11和间隔板13、15，在平板试样12、14、16内产生直流电场，进而产生空间电荷。由电路仿真结果，所述直流电场分别为16.7kV/mm、33.3kV/mm、50kV/mm，满足低密度交联聚乙烯中空间电荷注入要求。
信号激励模块中的高压脉冲源2，经过相同路径，在平板试样12、14、16内产生脉冲电场。由电路仿真结果，所述脉冲电场幅值分别为1.47kV/mm、0.37kV/mm、0.16kV/mm，满足空间电荷测量要求。
脉冲电场与空间电荷相作用产生应力波，传递至测量模块中的传感器18。
通过分析传感器接18收到的应力波信号，反算分析空间电荷，实现多个平板试样中的空间电荷同时测量。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (3)

1.一种基于电声脉冲法的多试样空间电荷同时测量装置，其特征在于，包括：依次接触的信号激励模块、高压电极模块、待测试样和测量模块；
所述的信号激励模块包括：并联的直流高压源支路、串联的高压脉冲源和隔直电容支路、由多个电阻电位器串联而成的分压支路；
所述的高压电极模块包括：依次连接固定的电极固定装置、下表面被弹性半导电层覆盖的子电极组；
所述的子电极组包括：位于中心的柱形电极以及依次设置于其外部的多个环形电极；
所述的待测试样包括：依次交错层叠的多个平板试样和多个间隔板；
所述的测量模块包括：依次连接的地电极和传感器；
所述的高压电极模块包括子电极组，子电极组包括：位于中心的柱形电极以及依次设置于其外部的多个环形电极，从内到外各个子电极的下表面水平位置依次下降，呈阶梯状。
2.根据权利要求1所述的基于电声脉冲法的多试样空间电荷同时测量装置，其特征是，所述的信号激励模块包括分压电路，分压电路有多个电压输出端，每个电压输出端的电压值由电阻电位器控制。
3.根据权利要求1所述的基于电声脉冲法的多试样空间电荷同时测量装置，其特征是，所述的待测试样包括依次交错层叠的多个平板试样和多个间隔板，其中：最上和最下层均为平板试样，从上至下各层半径依次增大，呈阶梯状。
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