CN110221185A - 一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆中间接头界面压力试验技术领域，更具体地，涉及一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置。包括由交联聚乙烯薄膜压片和硅橡胶薄膜压片堆叠设置组成的试验样品、施压装置、压力传感器、电源、高电位电极、低电位电极和数据采集系统，低电位电极为环形电极，环形电极与交联聚乙烯薄膜压片一体化设置，环形电极和压力传感器均设置在交联聚乙烯薄膜压片和硅橡胶薄膜压片之间，高电位电极设置在环形电极的中心，电源正极接高电位电极，电源负极接环形电极，施压装置与试验样品连接并对试验样品施加压力，压力传感器与数据采集系统通信连接。能可靠地模拟电缆中间接头界面压力与沿面放电的关系。
Description
技术领域
本发明涉及电缆中间接头界面压力试验技术领域，更具体地，涉及一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置。
背景技术
高压电缆中间接头在电缆线路中扮演衔接、过渡重要角色，是电力输电系统最薄弱的环节和运行故障的典型部位，其安装界面压力合格是保证电缆能够正常运行的关键。界面压力不足，导致电缆中间接头与电缆本体的复合界面上发生沿面放电故障，甚至酿成爆炸击穿等严重安全事故。因此探究电缆中间接头与电缆本体复合界面上的界面压力与沿面放电起始电压的大小关系具有重大意义。
目前，国内对电缆本体与中间接头复合界面的界面压力与沿面放电起始电压大小的关系研究较多，大部分学者将针-板电极放置在交联聚乙烯薄膜压片与中间接头硅橡胶薄膜压片之间，在针电极侧施加高电压，板电极侧接地。该种实验方法施加在针-板电极之间的场强为极不均匀场强，与中间接头高压屏蔽管和应力锥间的稍不均匀场强差异大，因而只能定性分析界面的击穿电压与界面压力大小的关系；此外，该种方法的密封性较差，不能可靠模拟高压电缆中间接头与电缆本体之间的密封特性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，能可靠地模拟电缆中间接头界面压力与沿面放电的关系，为分析界面压力对电缆本体与中间接头复合界面间沿面放电提供重要的实验支撑。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，包括由交联聚乙烯薄膜压片和硅橡胶薄膜压片堆叠设置组成的试验样品，包括施压装置、压力传感器、电源、高电位电极、低电位电极和数据采集系统，所述的低电位电极为环形电极，所述的环形电极与交联聚乙烯薄膜压片一体化设置，所述的环形电极和压力传感器均设置在交联聚乙烯薄膜压片和硅橡胶薄膜压片之间，所述的高电位电极设置在环形电极的中心，所述的电源正极接高电位电极，所述的电源负极接环形电极，所述的施压装置与试验样品连接并对试验样品施加压力，所述的压力传感器与数据采集系统通信连接。
通过使用本装置，能够模拟高压电缆中间接头界面沿面的放电情况，由于电缆中间接头的高压屏蔽管与半导电带接触，半导电带绕包在压接管上，因此中间接头的高压屏蔽管、半导电带和压接管三者保持等电位，高压屏蔽管承受高电位；应力锥紧密搭接在电缆绝缘屏蔽层上，外侧包覆铜网接地，因此应力锥处为低电位。为了模拟电缆中间接头高压屏蔽管与应力锥间接近均匀的电场分布，因此环形电极的设计可以使电场近似均匀分布在环形电极中心及环形电极之间，从而实现模拟电缆中间接头高压屏蔽管与应力锥之间的电场分布特点，压力传感器和环形电极的设置可以充分保证交联聚乙烯薄膜压片和硅橡胶薄膜压片之间的密封特性，为分析界面压力对沿面放电起始电压的影响提供重要的实验支撑。
进一步的，所述的交联聚乙烯薄膜压片置于下层，所述的硅橡胶薄膜压片置于上层，所述的交联聚乙烯薄膜压片面积小于硅橡胶薄膜压片的面积。可以提高电压施加方式的安全可靠性。
进一步的，所述的环形电极镀覆于交联聚乙烯薄膜压片表面。具体地，环形电极模具放置在交联聚乙烯薄膜压片上，用真空镀膜工艺技术，在真空室中加热金属材料，让金属材料的原子离析出打到所述交联聚乙烯压片薄膜上，制成的环形电极将嵌入在交联聚乙烯薄膜压片内。将环形电极和交联聚乙烯薄膜压片做成一体化可以可靠模拟电缆本体与中间接头界面密封性的特征。
进一步的，所述的环形电极由金制成。环形电极选择用导电性能良好、耐腐蚀性好且抗氧化的金属材料制成，因此优选采用金作为原料制成环形电极。
进一步的，所述的高电位电极为圆形电极，所述的圆形电极设置在环形电极的中心且所述的圆形电极与环形电极相不接触，所述的圆形电极边缘各出均与环形电极内环间距相等。
进一步的，所述的圆形电极边缘与环形电极内环之间的间距为2-3mm。由于圆形电极与环形电极的间距将影响二者之间电场分布的均匀情况，本发明根据不同的尺寸调整不同的间距。
进一步的，所述的施压装置包括上层玻璃板、下层玻璃板、支架、固定螺栓和活动螺母，所述的上层玻璃板和下层玻璃板相互平行地设置在支架上，所述的试验样品放置于上层玻璃板和下层玻璃板之间，若干所述的固定螺栓贯穿上层玻璃板和下层玻璃板，所述的活动螺母与固定螺栓螺纹连接，调节所述的活动螺母为上层玻璃板和下层玻璃板提供相互靠近的作用力。在进行施加压力的时候，玻璃板对式样样品进行按压提供压力，玻璃板的设置与试验样品平面平行，因此在施加压力的时候可以保证对试验样品的施加均匀的压力，这样可以减少试验的误差。
进一步的，还包括连接电极，所述的上层玻璃板和硅橡胶薄膜压片开设有连通高电位电极和外界的开孔，所述的连接电极插入开孔并与高电位电机良好接触，所述的连接电极接电源正极。具体地，连接电极的接触面形状与高电位电极的形状大小相同，连接电极垂直于环形电极所处平面，保证连接电极与圆形电极充分接触，模拟均匀电场的情况。
进一步的，所述的压力传感器是由柔性材料制成的厚度小于1mm的薄膜式压力传感器。这样可以忽略压力传感器厚度对实验的影响，另外，由于压力传感器采用柔心材料制成，可以避免在实验过程中施压对压力传感器造成损坏。
进一步的，所述的环形电极周围渡引一条导电通道到交联聚乙烯薄膜压片边缘并接电源负极。电源负极直接夹紧在该导电通道上，既可以保证环形电极可靠接地，也可以保证交联聚乙烯薄膜压片与硅橡胶薄膜压片之间的密封特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本装置能可靠地模拟电缆中间接头界面压力与沿面放电的关系，为分析界面压力对电缆本体与中间接头复合界面间沿面放电提供重要的实验支撑，实验过程简单，且实验结果可靠。
附图说明
图1为本发明在一个实施例中的整体结构示意图；
图2是本发明在一个实施例中环形电极和圆形电极的设置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1、2所示，一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，包括由交联聚乙烯薄膜压片2和硅橡胶薄膜压片1堆叠设置组成的试验样品，其中交联聚乙烯薄膜压片2置于下层，所述的硅橡胶薄膜压片1置于上层，所述的交联聚乙烯薄膜压片2面积小于硅橡胶薄膜压片1的面积。可以提高电压施加方式的安全可靠性。
还包括有施压装置、压力传感器4、电源5、高电位电极10、低电位电极11和数据采集系统，低电位电极11为环形电极，环形电极镀覆在交联聚乙烯薄膜压片2的表面并置于交联聚乙烯薄膜压片2和硅橡胶薄膜压片1之间。环形电极和压力传感器4均设置在交联聚乙烯薄膜压片2和硅橡胶薄膜压片1之间，高电位电极10设置在环形电极的中心，电源5正极接高电位电极10，电源5负极接环形电极，施压装置与试验样品连接并对试验样品施加压力，压力传感器4与数据采集系统通信连接。在本装置中，通过施压装置对试验样品施加压力用以模拟分析界面压力对沿面放电起始电压的影响，以及工作人员可以通过数据采集系统实时监测界面压力。
在本实施例当中，环形电极模具放置在交联聚乙烯薄膜压片2上，用真空镀膜工艺技术，在真空室中加热金属材料，让金属材料的原子离析出打到所述交联聚乙烯压片薄膜上，制成的环形电极将嵌入在交联聚乙烯薄膜压片2内。将环形电极和交联聚乙烯薄膜压片2做成一体化可以可靠模拟电缆本体与中间接头界面密封性的特征。其中，用以制作环形电极的金属材料为金、银、铜之中的一种或多种的组合，但是在本实施例中，环形电极选择用导电性能良好、耐腐蚀性好且抗氧化的金属材料制成，因此优选采用金作为原料制成环形电极。
压力传感器4是由柔性材料制成的厚度小于1mm的薄膜式压力传感器。压力传感器4设置在交联聚乙烯薄膜压片2和硅橡胶薄膜压片1之间，由于压力传感器4厚度较小，因此可以忽略压力传感器4厚度对实验的影响，另外，由于压力传感器4采用柔心材料制成，可以避免在实验过程中施压对压力传感器4造成损坏。
其中，在本实施例中，高电位电极10为圆形电极，圆形电极设置在环形电极的中心且圆形电极与环形电极相不接触，圆形电极边缘各出均与环形电极内环间距相等。圆形电极边缘与环形电极内环之间的间距为2-3mm。由于圆形电极与环形电极的间距将影响二者之间电场分布的均匀情况，本发明根据不同的尺寸调整不同的间距。在环形电极周围渡引一条导电通道到交联聚乙烯薄膜压片2边缘并接电源5负极。电源5负极直接夹紧在该导电通道上，既可以保证环形电极可靠接地，也可以保证交联聚乙烯薄膜压片2与硅橡胶薄膜压片1之间的密封特性。
特别地，为了保证压力施加均匀，因此本装置中的施压装置包括上层玻璃板8、下层玻璃板9、支架、固定螺栓7和活动螺母6，所述的上层玻璃板8和下层玻璃板9相互平行地设置在支架上，所述的试验样品放置于上层玻璃板8和下层玻璃板9之间，若干所述的固定螺栓7贯穿上层玻璃板8和下层玻璃板9，所述的活动螺母6与固定螺栓7螺纹连接，调节所述的活动螺母6为上层玻璃板8和下层玻璃板9提供相互靠近的作用力。具体地，上层玻璃板8和下层玻璃板9固定在四角支架上，支架四个底角上分别施加固定螺栓7，固定螺栓7贯穿上层玻璃板8和下层玻璃板9，下层玻璃板9置于固定螺栓7头部上，交联聚乙烯薄膜压片2置于下层玻璃板9上，硅橡胶薄膜压片1置于上层玻璃板8下，在4个固定螺栓7上施加活动螺母6，活动螺母6置于上层玻璃板8上，通过调整活动螺母6的位置可以改变交联聚乙烯薄膜压片2与硅橡胶薄膜压片1间界面压力的大小。
为了更好地将电源5的正极和高电位电极10连接，因此还设置了连接电极3，具体地，连接电极3为圆柱形电极，上层玻璃板8和硅橡胶薄膜压片1开设有连通高电位电极10和外界的开孔，所述的圆柱形电极插入开孔并与高电位电机良好接触，所述的圆柱形电极接电源5正极。具体地，圆柱形电极的接触面形状与高电位电极10的形状大小相同，圆柱形电极垂直于环形电极所处平面，保证圆柱形电极与圆形电极充分接触，模拟均匀电场的情况。
由于电缆中间接头的高压屏蔽管与半导电带接触，半导电带绕包在压接管上，因此中间接头的高压屏蔽管、半导电带和压接管三者保持等电位，高压屏蔽管承受高电位；应力锥紧密搭接在电缆绝缘屏蔽层上，外侧包覆铜网接地，因此应力锥处为低电位。为了模拟电缆中间接头高压屏蔽管与应力锥间接近均匀的电场分布，因此环形电极的设计可以使电场近似均匀分布在环形电极中心及环形电极之间，从而实现模拟电缆中间接头高压屏蔽管与应力锥之间的电场分布特点，压力传感器4和环形电极的设置可以充分保证交联聚乙烯薄膜压片2和硅橡胶薄膜压片1之间的密封特性，为分析界面压力对沿面放电起始电压的影响提供重要的实验支撑。
利用本装置进行模拟电缆中间接头界面压力与沿面放电的时候，将试验样品放置在上层玻璃板8和下层玻璃板9之间，上层玻璃板8和下层玻璃板9相互平行，其中，试验样品中的交联聚乙烯薄膜压片2置于硅橡胶薄膜压片1下层，其中，环形电极与交联聚乙烯薄膜压片2为一体式，环形电极置于交联聚乙烯薄膜压片2和硅橡胶薄膜压片1的接触平面上，在环形电极的中心设置了圆形电极。其中，在上层玻璃和硅橡胶薄膜压片1上钻一个圆形孔连通外部以及圆形电极，利用一圆柱形电极插入圆形孔中，使圆柱形电极与交联聚乙烯薄膜压片2上的圆形电极良好接触并保证圆柱形电极垂直于环形电极所处平面设置。圆柱形电极接入电源5的正极，在在交联聚乙烯薄膜压片2的环形电极周围渡引一条导电通道到交联聚乙烯薄膜压片2边缘接入电源5的负极，从而使圆形电极为高电位，环形电极为低电位。在交联聚乙烯薄膜压片2和硅橡胶薄膜压片1之间设置有厚度小于1mm的薄膜式压力传感器，薄膜式压力传感器水平布置在交联聚乙烯薄膜压片2与硅橡胶薄膜压片1之间，将压力传感器4引线连接到外部的数据采集系统中，实现对界面压力的实时监测。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，包括由交联聚乙烯薄膜压片(2)和硅橡胶薄膜压片(1)堆叠设置组成的试验样品，其特征在于，包括施压装置、压力传感器(4)、电源(5)、高电位电极(10)、低电位电极(11)和数据采集系统，所述的低电位电极(11)为环形电极，所述的环形电极与交联聚乙烯薄膜压片(2)一体化设置，所述的环形电极和压力传感器(4)均设置在交联聚乙烯薄膜压片(2)和硅橡胶薄膜压片(1)之间，所述的高电位电极(10)设置在环形电极的中心，所述的电源(5)正极接高电位电极(10)，所述的电源(5)负极接环形电极，所述的施压装置与试验样品连接并对试验样品施加压力，所述的压力传感器(4)与数据采集系统通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，其特征在于，所述的交联聚乙烯薄膜压片(2)置于下层，所述的硅橡胶薄膜压片(1)置于上层，所述的交联聚乙烯薄膜压片(2)面积小于硅橡胶薄膜压片(1)的面积。
3.根据权利要求1所述的一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，其特征在于，所述的环形电极镀覆于交联聚乙烯薄膜压片(2)表面。
4.根据权利要求3所述的一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，其特征在于，所述的环形电极由金制成。
5.根据权利要求1所述的一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，其特征在于，所述的高电位电极(10)为圆形电极，所述的圆形电极设置在环形电极的中心且所述的圆形电极与环形电极相不接触，所述的圆形电极边缘各出均与环形电极内环间距相等。
6.根据权利要求5所述的一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，其特征在于，所述的圆形电极边缘与环形电极内环之间的间距为2-3mm。
7.根据权利要求1所述的一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，其特征在于，所述的施压装置包括上层玻璃板(8)、下层玻璃板(9)、支架、固定螺栓(7)和活动螺母(6)，所述的上层玻璃板(8)和下层玻璃板(9)相互平行地设置在支架上，所述的试验样品放置于上层玻璃板(8)和下层玻璃板(9)之间，若干所述的固定螺栓(7)贯穿上层玻璃板(8)和下层玻璃板(9)，所述的活动螺母(6)与固定螺栓(7)螺纹连接，调节所述的活动螺母(6)为上层玻璃板(8)和下层玻璃板(9)提供相互靠近的作用力。
8.根据权利要求7所述的一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，其特征在于，还包括连接电极(3)，所述的上层玻璃板(8)和硅橡胶薄膜压片(1)开设有连通高电位电极(10)和外界的开孔，所述的连接电极(3)插入开孔并与高电位电机良好接触，所述的连接电极(3)接电源(5)正极。
9.根据权利要求1所述的一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，其特征在于，所述的压力传感器(4)是由柔性材料制成的厚度小于1mm的薄膜式压力传感器。
10.根据权利要求1所述的一种模拟高压电缆中间接头界面沿面放电试验装置，其特征在于，所述的环形电极周围渡引一条导电通道到交联聚乙烯薄膜压片(2)边缘并接电源(5)负极。
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