CN110261690A - 一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置，其特征在于，包括：试样系统、电子注入系统、测量系统和极化系统；试样系统包括：背电极和盛油绝缘环，其中试样位于背电极上方，由盛油绝缘环围挡使其不会溢出，背电极接地；电子注入系统包括：高压直流源和针尖，针尖与高压直流电源连接，针尖尖端位于试样上方；测量系统包括：电位计和采集模块，电位计与采集模块连接，采集模块包括示波器和处理器；极化系统包括：极化电极和高压直流源，极化电极包括：极化电极为2片平板电极，平板电极分别对称设置于试样两侧，一侧平板电极连接直流电压源，另一侧平板电极接地，在试样中形成水平电场。本发明提供的测量装置简单易实现，且可以验证纳米粒子极化对于纳米改性变压器油中的电子消散是否存在捕获作用。

Description

一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置
技术领域
本发明涉及绝缘材料性能测试技术领域，尤其涉及一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置。
背景技术
矿物型变压器油作为换流变压器油纸绝缘系统的重要组成部分，其绝缘性能直接影响换流变压器的安全运行。纳米粒子的加入为绝缘性能的提高提供了新的思路。然而，纳米粒子对变压器油的改性机理一直是一个未解决的难题，主要有纳米粒子极化捕捉电子理论和浅陷阱理论。纳米粒子极化捕捉电子理论建立了Fe3O4纳米粒子影响流注发展的电动力学模型，通过仿真验证，提出了纳米粒子捕捉电子对流注发展的抑制作用；而浅陷阱理论提出了基于纳米粒子与变压器油两相界面的浅陷阱机制的假设，认为浅陷阱的增多促进电荷消散，改变了流注头部电场分布，抑制了流注发展。对比两个改性机理可以发现，两者存在明显差异，主要在于纳米粒子对电子传输的影响不同，纳米粒子捕捉电子理论抑制了电子的消散，而浅陷阱理论与之相反，促进了电子的消散。两个机理都缺少必要的试验，来验证机理的合理性。研究纳米改性变压器油中的电子消散，有助于揭示纳米粒子对变压器油绝缘性能的作用机制。然而，如何验证纳米粒子的极化对电子的作用是一个未解决的难题，尚没有相关报道。因而本发明基于表面等温电位衰减原理，在真空下表面电位衰减平台的基础上设计了纳米粒子极化捕捉电子试验验证平台，测量了电子的消散，试验验证了纳米粒子对电子的捕捉作用。
发明内容
本发明的实施例提供了一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置，以克服现有技术的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置，包括：试样系统、电子注入系统、测量系统和极化系统；
所述试样系统包括：背电极和盛油绝缘环，其中试样位于所述背电极上方，由所述盛油绝缘环围挡使其不会溢出，所述背电极接地；
所述电子注入系统包括：高压直流源和针尖，所述针尖与所述高压直流电源连接，针尖尖端位于试样上方；
所述测量系统包括：电位计和采集模块，所述电位计与所述采集模块连接，所述采集模块包括示波器和处理器；
所述极化系统包括：极化电极和高压直流源，所述极化电极为两片平板电极，所述平板电极分别对称设置于试样两侧，一侧平板电极连接直流电压源，另一侧平板电极接地，在试样中形成水平电场。
优选地，所述针尖距离试样表面50cm。
优选地，所述平板电极横截面尺寸为宽40mm，高30mm。
优选地，所述水平电场强度为20V/15cm。
优选地，所述针尖、背电极、平板电极和试样置于真空环境。
优选地，所述真空环境中真空度为10-3Pa。
优选地，所述电位计为Trek P0865，量程为±10kV，响应速度小于200us。
优选地，所述高压直流源对所述针尖施加电压幅值为10kV的的负极性直流电压。
优选地，所述针尖材质为不锈钢，曲率半径为30μm。
优选地，所述背电极和平板电极均为金属电极。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置，本测量装置简单易实现，且可以验证纳米粒子极化对纳米改性变压器油中的电子消散是否存在捕获作用，测量结果较为稳定，解决了以往无法准确测量变压器油中电子消散的瓶颈，有助于揭示纳米粒子对变压器油的改性机制，加深对变压器油直流击穿机制的认识，进而改进换流变压器现有的油纸绝缘系统结构，提高换流变压器的绝缘性能。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置的结构示意图。
附图标记：
1高压直流源；2针尖；3试样；4探头；5电位计；6处理器；7背电极；8平板电极。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供了一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置，如图1所示，包括：试样系统、电子注入系统、测量系统和极化系统；
试样系统包括：背电极和盛油绝缘环，其中变压器油样位于背电极上方，由盛油绝缘环围挡使其不会溢出，背电极接地。
电子注入系统包括：高压直流源1和针尖2，针尖材质为不锈钢，曲率半径为30μm。针尖2与高压直流源1连接，针尖2尖端距离试样3表面50mm，利用针尖2场致发射电子。为了避免空气分子被电离产生离子，试验需在真空环境下进行。在真空度10-3Pa下，对针尖2施加电压幅值为10kV的负极性直流电压，使电子注入变压器油表面。加压持续30s，使待测油样表面电位达到一定值，注入的电子量达到饱和状态。
测量系统用于测量试样表面的电位数值，包括：电位计5和采集模块，电位计5与采集模块连接，采集模块包括示波器和处理器6，其中，处理器为装有Labview软件的计算机，电位计为Trek P0865，量程为±10kV，响应速度小于200us。
极化系统包括：极化电极和高压直流源，极化电极为2片平板电极8，两片平板电极的横截面为40mm(宽)*30mm(高)，平板电极8分别对称设置于试样两侧，一侧平板电极连接直流电压源，另一侧平板电极接地，在试样中形成水平电场使试样中的纳米粒子极化，水平电场强度为20V/15cm。
背电极和平板电极均为金属电极，盛油绝缘环为环氧树脂。
采用上述测量装置的测量方法如下：
(1)实验腔体准备。清洗实验腔体及极化电极，将背电极、极化电极和针尖置于实验腔体，利用吸管将变压器油样注入实验腔体，静止一段时间。
(2)真空环境准备。关闭实验腔体门，依次开启机械泵和分子泵，使真空度达到10- 3Pa下。
(3)加压测量。将实验腔体中针尖连接到高压直流电源发生器，随后开始升高电压，达到场致发射值，电压保持稳定，充电30s，使待测油样表面电位达到饱和值。当充电完成后，将电位计的探头移动到油样正上方，电位计探头距离油样表面5mm，同时打开极化电极的高压源，此时在油样中形成极化电场。开始油样表面电位测试。
(4)电子消散计算。对电位-时间的曲线进行拟合，得到电子消散的时间常数，通过时间常数是否发生变化既可以判断纳米粒子的极化作用是否对电荷有捕获作用进而影响了电荷消散过程。
综上所述，本发明实施例通过提供了一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置，本测量装置通过在真空环境中，利用针尖在高压电源的作用下将电子注入到待测油样中，待测油样表面电位达到一定值，迅速撤掉极化电压，同时施加极化电场，通过电位计及计算机实现对纳米改性变压器油中电子消散进行测量及计算，从而可以判断纳米粒子的极化作用是否对电荷有捕获作用进而影响了电荷消散过程，有助于揭示纳米粒子对变压器油的改性机制，加深对变压器油直流击穿机制的认识，进而改进换流变压器现有的油纸绝缘系统结构，提高换流变压器的绝缘性能。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种纳米改性变压器油中的电子消散测量装置，其特征在于，包括：试样系统、电子注入系统、测量系统和极化系统；
所述试样系统包括：背电极和盛油绝缘环，其中试样位于所述背电极上方，由所述盛油绝缘环围挡使其不会溢出，所述背电极接地；
所述电子注入系统包括：高压直流源和针尖，所述针尖与所述高压直流电源连接，针尖尖端位于试样上方；
所述测量系统包括：电位计和采集模块，所述电位计与所述采集模块连接，所述采集模块包括示波器和处理器；
所述极化系统包括：极化电极和高压直流源，所述极化电极为两片平板电极，所述平板电极分别对称设置于试样两侧，一侧平板电极连接直流电压源，另一侧平板电极接地，在试样中形成水平电场。
2.根据权利要求1所述的电子消散测量装置，其特征在于，所述针尖距离试样表面50cm。
3.根据权利要求1所述的电子消散测量装置，其特征在于，所述平板电极横截面尺寸为宽40mm，高30mm。
4.根据权利要求3所述的电子消散测量装置，其特征在于，所述水平电场强度为20V/15cm。
5.根据权利要求1所述的电子消散测量装置，其特征在于，所述针尖、背电极、平板电极和试样置于真空环境。
6.根据权利要求5所述的电子消散测量装置，其特征在于，所述真空环境中真空度为10-3Pa。
7.根据权利要求1所述的电子消散测量装置，其特征在于，所述电位计为Trek P0865，量程为±10kV，响应速度小于200us。
8.根据权利要求1所述的电子消散测量装置，其特征在于，所述高压直流源对所述针尖施加电压幅值为10kV的的负极性直流电压。
9.根据权利要求1所述的电子消散测量装置，其特征在于，所述针尖材质为不锈钢，曲率半径为30μm。
10.根据权利要求1所述的电子消散测量装置，其特征在于，所述背电极和平板电极均为金属电极。
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