CN110501368A - 一种用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及绝缘技术,具体涉及一种用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,包括密封罐、高电压产生系统、充气装置和加热装置;密封罐包括:上端开口的罐体和设置在罐体顶部的顶盖,顶盖与罐体形成一密封腔体;高电压产生系统包括:与变压器连接的金属导杆,设置在金属导杆外的绝缘套管及均压环,与金属导杆相连的高压电极,与罐体外壳相连的接地电极,与接地电极相连的弹簧;充气装置包括:与罐体连接的阀门和气压表;加热装置包括:罐体外壁的加热带。该装置能够保证罐体耐高气压、耐高温、耐腐蚀和安全可靠地进行长期相容性试验。可监控密封罐内局部过热,保证了高电压试验的安全。该装置体积较小,功耗较低,节约试验占地面积和成本。
Description
技术领域
本发明属于绝缘技术领域,尤其涉及一种用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置。
背景技术
六氟化硫SF6无色无味无毒,化学性质稳定,耐压强度高,灭弧性能优良,自20世纪60年代以来已经广泛应用于GCB、GIS、GIL和GIT等气体绝缘设备中。然而SF6作为温室气体对环境造成的影响也不容小觑。目前关于替代SF6的环保绝缘气体的特性研究得到越来越广泛的关注。例如C4F7N气体的绝缘性能为SF6的2.2倍,温室效应潜能值(GWP)不足SF6的十分之一,因此C4F7N属于有潜力替代SF6的气体之一。但目前,C4F7N气体与多种固体材料的相容性尚不明确。
热电联合相容性试验的主要目的是为了研究新型环保绝缘气体在长期正常工作条件下是否会与GIS或GIL设备材料发生物理或化学反应。试验通过高温、高气压和高电场等条件加速老化过程、模拟长期运行状态。申请公布号为CN109596166A名称为“一种用于气体与固体材料高温相容性试验的装置”发明专利申请仅考虑了气体和固体材料在高温和高气压环境下的相容性,目前关于热电联合相容性试验装置的专利较少,大多数文献中主要采用在大型烘箱内部放入密封腔体,再从烘箱顶端引出高压端,这种装置体积较大,充气与抽真空也较为不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种不同温度、不同气压和不同场强环境下进行气体与固体材料相容性试验的装置。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,包括密封罐、高电压产生系统、充气装置和加热装置;
密封罐包括:上端开口的罐体和设置在罐体顶部的顶盖,顶盖与罐体形成一密封腔体;
高电压产生系统包括:与变压器连接的金属导杆,设置在金属导杆外的绝缘套管及均压环,与金属导杆相连的高压电极,与罐体外壳相连的接地电极,与接地电极相连的弹簧;
充气装置包括:与罐体连接的阀门和气压表;
加热装置包括:罐体外壁的加热带。
在上述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置中,密封罐还包括一密封圈,密封圈内嵌于顶盖底部,使罐体形成一密闭腔体。
在上述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置中,顶盖上设置有螺钉,罐体上端开口处边缘设有螺纹,通过螺钉螺纹的配合压紧顶盖、密封圈和罐体来实现罐体的密封。
在上述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置中,阀门设置于罐体下侧,一端与罐体的内部连通,另一端通往外部,用于充气和抽真空;气压表设置于罐体下侧与罐体内部连通。
在上述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置中,加热带包裹于罐体外壁,加热带外部设置有保温层,保温层选用热传导率较小的材料;罐体上还设置有温度传感器,温度传感器检测端位于罐体内部,另一端位于罐体外部。
在上述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置中,罐体外部设置有金属框架。
在上述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置中,接地电极底部安装多个弹簧,测试样品放置于高压电极和接地电极间,通过弹簧应力压紧测试样品,并保持高压电极与接地电极平行。
在上述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置中,绝缘套管所耐受的电压等级高于试验要求的最高电压等级。
在上述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置中,绝缘套管在罐体内部向内开凹槽以增加爬电距离。
在上述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置中,罐体和顶盖均采用不锈钢材料。
本发明的有益效果:密封罐整体采用不锈钢材料以保证罐体耐高电压、耐高气压、耐高温和耐腐蚀性。绝缘套管在罐体内部向内开凹槽以增加爬电距离,提高了高电压试验的安全可靠性。接地电极下设置多个弹簧以确保电极的平衡,并确保高压电极和接地电极间的测试样品被夹紧。密封罐体内部设置多个温度传感器检测端,实时监控,减少了密封罐体内局部过热情况的产生。在加热带外部设置保温层,减少了热量散失,避免热量较快散失导致加热带频繁启停。本装置体积较小,功耗较低,节约试验占地面积和成本。
附图说明
图1为本发明实施例用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置的结构图;
其中,1-罐体、2-顶盖、3-螺钉、4-螺纹、5-密封圈、6-均压环、7-绝缘套管、8-金属导杆、9-高压电极、10-接地电极、11-弹簧、12-测试样品、13-阀门、14-气压表、15-加热带、16-保温层、17-温度传感器、18-金属框架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例是通过以下技术方案来实现的,一种用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,包括:密封罐、高电压产生系统、充气装置和加热装置。密封罐包括:上端开口的罐体和设置在罐体顶部的顶盖,顶盖上设有螺钉,罐体上端开口处边缘设有螺纹,顶盖底部内嵌密封圈,通过螺钉螺纹的配合压紧罐体和顶盖及密封圈来实现罐体的密封性。高电压产生系统包括:与变压器连接的金属导杆,设置在金属导杆外的绝缘套管及均压环,与金属导杆相连的高压电极,与罐体外壳相连的接地电极,与接地电极相连的多个弹簧。充气装置包括:用于充气和抽真空的阀门,与罐体内部相连的气压表。加热装置包括:包裹在罐体外壁的加热带,设置在加热带外部的保温层,与罐体内部相通的温度传感器。
并且,密封罐采用不锈钢材料以保证罐体耐高电压、耐高气压、耐高温和耐腐蚀性,确保试验的安全性与稳定性。
并且,罐体在上端开口边缘设有多个螺纹,与顶盖上的螺钉相互对应,顶盖底部还设置有密封圈,密封圈内嵌在顶盖底部,通过螺钉螺纹的配合压紧罐体和顶盖及密封圈以使得密封罐形成密闭腔体。
并且,金属导杆外部所设的绝缘套管能耐受的电压等级应高于试验要求的最高电压等级。
并且,金属导杆外部的绝缘套管在罐体内部向内开凹槽以增加爬电距离。
并且,罐体内部接地电极底部安装多个弹簧,测试样品放置于高压电极和接地电极间,通过弹簧应力压紧测试样品,并保持上下电极平行。
并且,用于充气与抽真空的阀门和气压表与罐体内部相连。
并且,在罐体外部设置加热带,为减少热量散失,避免冬季加热带热量散失较严重导致热电偶频繁启停,消耗过多功率,在加热带外部包裹保温层,保温层使用热传导率较小的材料制成。通过与罐体内部相通的温度传感器检测温度。
并且,为避免加热带出现局部过热和温度传感器失效情况,在罐体内部均匀地设置多个温度传感器,温度传感器检测端位于密封罐内部,另一端传输信息至人机界面。
具体实施时,如图1所示,一种用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,包括:密封罐体、高电压产生系统、充气装置和加热装置。其中,密封罐体包括:上端开口的罐体1、设置在罐体1上侧的顶盖2,顶盖2底部内嵌密封圈5,顶盖2通过螺钉3与罐体1开口边缘上设置的螺纹4相互配合来压紧密封圈5,从而实现罐体1整体的密封性。高电压产生系统包括:设置在金属导杆8外部的绝缘套管7和均压环6,与连接金属导杆8连接的高压电极9,与罐体1外壳相连的接地电极10,接地电极10下安装了多个小弹簧11,弹簧11用于平衡接地电极10,并压紧放置在高压电极9和接地电极10之间的测试样品12。充气装置包括:设置在罐体1下侧的阀门13,阀门13一端与罐体1的内部连通,另一端通往外部,用于充气和抽真空。设置在罐体1下侧的气压表14与罐体1内部连通,用于实时监测罐体内气压。加热装置包括:覆盖在罐体1外壁的加热带15,包裹在加热带15外侧的保温层16,温度传感器17一端位于罐体1内部,另一端位于罐体外部并传输数据至人机界面,用于实时监测温度。在罐体1外部设置金属框架18以确保以上装置的平稳可靠。
高压电极9与接地电极10之间可以放置多个测试样品12,并在其中可放置不同类型但高度相同的测试样品12,从而能清楚地区分各种材料的相容情况。同时,通过设置高压电极9和接地电极10,避免了测试样品12与罐体1直接接触从而造成试验反应物清洗不便。在罐体1内能够同时进行同种材料、高度相同但形状不同的多组测试样品12的相容性试验。本实施例装置结构简单,操作方便,节省了试验时间和试验成本。
而且,为提高受热的均匀性和尽量避免局部放电的产生,罐体1优选为圆柱型结构。
而且,罐体1由金属材料制成,优选的选用不锈钢制作,并优选为一体制成,罐体1采用不锈钢材料提高试验的安全性和耐腐蚀性,方便测试样品12制备与气体收集。
而且,密封圈5优选为耐高温密封圈。通过顶盖2上螺钉3、罐体1开口边缘上螺纹4和耐高温密封圈5进行密封,耐高温密封圈置于顶盖2底部的凹槽内,旋拧螺钉3时利用螺钉3与罐体1开口边缘上螺纹4相互配合来压紧罐体1和顶盖2以及密封圈5,保证管内的长期气密性。
而且,均压环6和金属导杆8为同一材料,高压电极9和接地电极10为同一材料。优先选用铝合金或铜作为电极材料,电极直径应避免在施加最高电压等级时出现局部放电的情况。
而且,绝缘套管7优先采用绝缘性能与耐热性能较好的材料,在最高运行温度下能够长期使用,不发生化学反应,如聚四氟乙烯,绝缘套管7能耐受的电压等级应高于试验要求的最高电压等级,绝缘套管7在罐体1内部向内开凹槽以增加爬电距离。为确保高压电极与接地电极平行且能压紧测试样品12,接地电极10连接的弹簧11应均匀分布在罐体1底部。
而且,阀门13一端与罐体1的内部连通,一端通往外部,阀门13可连接抽真空装置和充气装置,抽气或充气完毕后旋拧阀门13进行密封。设置在罐体1下侧的气压表14与罐体1内部连通,用于实时监测罐体内气压,密封效果由压力表示数进行验证。
而且,包裹在加热带15外侧的保温层16应采用保温效果较好的材料制成,如石棉网等。
而且,温度传感器17检测端位于罐体1内部,另一端位于外部传输数据至人机界面,为避免密封罐内部的温度传感器检测端引起罐体1内部电场不均匀,应避免检测端高于接地电极高度。同时,为了避免密封罐内部局部过热,应在密封罐内部均匀设置至少3个温度传感器。
本实施例的试验装置,利用能承受高气压和高电压的不锈钢密封罐提高试验的安全性,并通过密封圈提高罐体的长期气密性。试验装置能够通过控制温度、气压和电场等条件进行多样的加速老化过程、模拟GIL、GIS等设备的长期运行状态,对热电联合作用环境下气体与固体材料间相容性的探究提供了试验条件。该试验装置占地面积小,操作方便,成本较低,能有效提高试验效率。
在研究C4F7N与环氧树脂的相容性的方案中,利用本实施例装置作为气体与固体的热电联合相容性试验装置。首先对密封罐进行气密性检查:充气至0.2MPa,后拧紧阀门,常温下静置24小时,若静置后罐内气压无变化,说明密封罐密封性良好。将高度为10mm的柱形环氧树脂样品均匀地放入高压电极和接地电极之间,通过弹簧的应力作用压紧环氧树脂样品。对密封罐抽真空后充入0.5MPa的C4F7N气体。利用PLC控制器将试验温度设置为90℃,通过变压器施加30kV电压,利用局放仪观测有无局部放电现象产生,运行时间500-1000小时,试验结束后对环氧树脂样品进行性能测试。
通过电镜扫描测试环氧树脂样品的表面形貌变化,傅里叶红外光谱测试环氧树脂样品表面成分变化,测试环氧树脂样品的沿面闪络电压和泄漏电流。判断环氧树脂样品的绝缘性能是否下降,通过气相色谱质谱联用仪测试C4F7N气体成分变化,通过气体与固体物化性能的变化判断其相容性是否良好。
应当理解的是,本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式,但是本领域普通技术人员应当理解,这些仅是举例说明,可以对这些实施方式做出多种变形或修改,而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (10)
1.一种用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,包括密封罐、高电压产生系统、充气装置和加热装置;
密封罐包括:上端开口的罐体和设置在罐体顶部的顶盖,顶盖与罐体形成一密封腔体;
高电压产生系统包括:与变压器连接的金属导杆,设置在金属导杆外的绝缘套管及均压环,与金属导杆相连的高压电极,与罐体外壳相连的接地电极,与接地电极相连的弹簧;
充气装置包括:与罐体连接的阀门和气压表;
加热装置包括:罐体外壁的加热带。
2.如权利要求1所述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,密封罐还包括一密封圈,密封圈内嵌于顶盖底部,使罐体形成一密闭腔体。
3.如权利要求2所述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,顶盖上设置有螺钉,罐体上端开口处边缘设有螺纹,通过螺钉螺纹的配合压紧顶盖、密封圈和罐体来实现罐体的密封。
4.如权利要求1所述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,阀门设置于罐体下侧,一端与罐体的内部连通,另一端通往外部,用于充气和抽真空;气压表设置于罐体下侧与罐体内部连通。
5.如权利要求1所述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,加热带包裹于罐体外壁,加热带外部设置有保温层,保温层选用热传导率较小的材料;罐体上还设置有温度传感器,温度传感器检测端位于罐体内部,另一端位于罐体外部。
6.如权利要求1所述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,罐体外部设置有金属框架。
7.如权利要求1所述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,接地电极底部安装多个弹簧,测试样品放置于高压电极和接地电极间,通过弹簧应力压紧测试样品,并保持高压电极与接地电极平行。
8.如权利要求1所述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,绝缘套管所耐受的电压等级高于试验要求的最高电压等级。
9.如权利要求1或8所述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,绝缘套管在罐体内部向内开凹槽以增加爬电距离。
10.如权利要求1-6任一项所述的用于气体与固体材料相容性的热电联合试验装置,其特征是,罐体和顶盖均采用不锈钢材料。
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