CN111025104A - 温度可调的聚合物电树枝生长观测系统 - Google Patents
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Abstract
温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,属于聚合物电树枝生长观测领域。解决了传统电树枝试验变温装置的加热与测温部分,在高压环境下存在安全隐患、测量精度低,以及难以保证温控精度的问题。本发明采用电磁线圈应用磁感应加热的方式,实现观测装置高压测试部分和低压控温部分的隔离,同时应用绝缘测温探头作为温度传感器实现高压侧的温度采集,观测装置的温控更加精准。本发明主要用于观测聚合物的电树枝生长现象。
Description
技术领域
本发明属于聚合物电树枝生长观测领域。
背景技术
聚合物的电树枝化是材料电老化后的一种典型现象,研究材料的电树枝化行为对于理解材料的电老化机理开发相应的抗电树枝材料具有重要意义。由于电绝缘材料的工程应用温度往往高于室温,因此,开发具有变温功能的电树枝生长观测装置具有实际价值。
电树枝试验变温装置开发的难点在于,电树枝试验时需加载高压交流电,加热与测温装置必须能与高压共存,能在高电压形成的强电场下稳定运行。而加热与测温装置一般在高压环境下无法正常工作,为了克服这些难题,一种方式是将样品放置于变压器油中,采用电阻丝加热变压器油,该方式存在以下问题,加热电阻丝用的是市电,而试验用电则高达几十kV,一旦变压器油发生击穿,高电压将耦合到电阻丝上,存在安全问题;另一种方式是循环油浴,将加热装置与高压试验平台分离,采用该方式可保证温度准确,但是油在循环流动的过程中容易使聚合物试样发生轻微移动,因为电树枝起始时的尺寸很小,轻微的扰动也会导致摄像镜头难以获得稳定的图像,影响电树枝生长测量的精度。以上两种方式还面临一共同问题就是测温难以实现,实现精准控温需要准确的温度反馈,如何将测温点贴近高压端,以保证系统温控的精度,是现有测试系统共同面临的难题。以上问题亟需解决。
发明内容
本发明是为了解决传统电树枝试验变温装置的加热与测温部分,在高压环境下存在安全隐患、测量精度低,以及难以保证温控精度的问题,本发明提供了一种温度可调的聚合物电树枝生长观测系统。
温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,包括升压变压器、保护电阻、解调仪、控温模块、供电电源、CCD显微摄像机、计算机、树脂观测室、两个电磁线圈、两个绝缘测温探头和钨针;
两个电磁线圈均位于树脂观测室的外部,且分别设置在树脂观测室的顶部和底部;
树脂观测室为透明的矩形密封观测室,树脂观测室的内部底面铺设有一块不锈铁板,且在该不锈铁板的上方铺设有铜板,且铜板作为接地电极;
树脂观测室的内部顶面铺设有另一块不锈铁板;
被观测聚合物的底部涂覆导电银胶,被观测聚合物放置在铜板上,且树脂观测室内充满绝缘油,两个绝缘测温探头分别位于被观测聚合物的两侧,并无限趋近于被观测聚合物,钨针插入到被观测聚合物内;
升压变压器的高压电极输出的高压电经保护电阻后,作用在钨针上,从而给被观测聚合物提供高压电;
两个电磁线圈串联连接,且供电电源的两个供电端分别与两个电磁线圈的交流供电端连接,供电电源输出的交流电通过两个电磁线圈产生交变磁场,通过交变磁场的涡流效应对两块不锈铁板进行加热,从而对绝缘油进行加热;
两个绝缘测温探头用于采集绝缘油的温度,并将采集的温度送至解调仪转化为电信号,并将电信号送至控温模块,控温模块根据接收的电信号,对供电电源输出的交流电的幅值进行调节,从而使绝缘油的温度达到预设温度;
CCD显微摄像机,用于采集被观测聚合物发生电树枝现象时的图像信息,并上传至计算机。
优选的是,所述的树脂观测室包括上罩体和下底板,上罩体罩在下底板上,构成透明的矩形密封观测室。
优选的是,还包括绝缘塞;
树脂观测室的顶面开设通孔,该通孔用于注入绝缘油,还用于存放钨针与保护电阻间的绝缘导线,还用于存放两个绝缘测温探头与解调仪间的绝缘导线;
绝缘塞用于对树脂观测室的顶面上的通孔进行密封。
优选的是,所述的绝缘塞为环氧树脂塞。
优选的是,所述的两个绝缘测温探头均为光纤光栅测温探头。
优选的是,还包括光源,光源与CCD显微摄像机相对设置,光源用于对被观测聚合物进行补光。
优选的是,两个电磁线圈以圆环形的绕线方式进行铺设。
本发明带来的有益效果是,本发明采用电磁线圈应用磁感应加热的方式,实现观测装置高压测试部分和低压控温部分的隔离,同时应用绝缘测温探头作为温度传感器实现高压侧的温度采集,由于测温探头是绝缘的,其作为温度传感器时不受电压高低影响,因此,可将测温探头布置在高压侧附近,使观测装置的温控更加精准。
附图说明
图1为本发明所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统;
图2为电磁线圈的盘绕方式示意图;
图3为图2的剖视图;
图4为测温探头采集的温度信号随时间变化图;
图5为90℃下交联聚乙烯的电树枝形态图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
参见图1说明本实施方式,本实施方式所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,包括升压变压器1、保护电阻2、解调仪3、控温模块4、供电电源5、CCD显微摄像机6、计算机7、树脂观测室8、两个电磁线圈9、两个绝缘测温探头10和钨针11;
两个电磁线圈9均位于树脂观测室8的外部,且分别设置在树脂观测室8的顶部和底部;
树脂观测室8为透明的矩形密封观测室,树脂观测室8的内部底面铺设有一块不锈铁板8-1,且在该不锈铁板8-1的上方铺设有铜板8-2,且铜板8-2作为接地电极;
树脂观测室8的内部顶面铺设有另一块不锈铁板8-1;
被观测聚合物12的底部涂覆导电银胶,被观测聚合物12放置在铜板8-2上,且树脂观测室8内充满绝缘油,两个绝缘测温探头10分别位于被观测聚合物12的两侧,并无限趋近于被观测聚合物12,钨针11插入到被观测聚合物12内;
升压变压器1的高压电极输出的高压电经保护电阻2后,作用在钨针11上,从而给被观测聚合物12提供高压电;
两个电磁线圈9串联连接,且供电电源5的两个供电端分别与两个电磁线圈9的交流供电端连接,供电电源5输出的交流电通过两个电磁线圈9产生交变磁场,通过交变磁场的涡流效应对两块不锈铁板8-1进行加热,从而对绝缘油进行加热;
两个绝缘测温探头10用于采集绝缘油的温度,并将采集的温度送至解调仪3转化为电信号,并将电信号送至控温模块4,控温模块4根据接收的电信号,对供电电源5输出的交流电的幅值进行调节,从而使绝缘油的温度达到预设温度;
CCD显微摄像机6,用于采集被观测聚合物12发生电树枝现象时的图像信息,并上传至计算机7。
本实施方式中,本发明采用电磁线圈应用磁感应加热的方式,实现观测装置高压测试部分和低压控温部分的隔离,同时应用绝缘测温探头10作为温度传感器实现高压侧的温度采集,由于测温探头是绝缘的,其作为温度传感器时不受电压高低影响,因此,可将测温探头布置在高压侧附近,使观测装置的温控更加精准。
更进一步的,所述的树脂观测室8包括上罩体和下底板,上罩体罩在下底板上,构成透明的矩形密封观测室。
更进一步的,所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,还包括绝缘塞13;
树脂观测室8的顶面开设通孔,该通孔用于注入绝缘油,还用于存放钨针11与保护电阻2间的绝缘导线,还用于存放两个绝缘测温探头10与解调仪3间的绝缘导线;
绝缘塞13用于对树脂观测室8的顶面上的通孔进行密封。
本优选实施方式中,绝缘塞13的设置方式,一、起到一定的封闭作用,减少热量的散失;二、线可以通过它,起到一定束线的作用;三、钨针的电是通过一个绝缘电线引入的,这个绝缘电线有击穿的可能,一旦击穿,这个绝缘塞13就可以起到绝缘保护的作用。
更进一步的,所述的绝缘塞13为环氧树脂塞。
更进一步的,所述的两个绝缘测温探头10均为光纤光栅测温探头。
本优选实施方式中,光纤光栅本身是绝缘体,其作为温度传感器时不受电压高低影响,因此,可将光纤测温传感器布置在高压侧附近,使系统的温控更加精准。
更进一步的,所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,还包括光源14,光源14与CCD显微摄像机6相对设置,光源14用于对CCD显微摄像机6进行补光。
本优选实施方式中,CCD显微摄像机6可高倍率连续变倍,实现对电树枝的实时观测与记录。
更进一步的,具体参见图2和图3,两个电磁线圈9以圆环形的绕线方式进行铺设。
具体应用时,可将树脂观测室8中注满变压器油,制备出尺寸为10mm×3mm×15mm的平板形被观测聚合物试样,钨针11针尖插入平板样品内部,钨针11针尖距离样品底部的距离控制10mm,将样品底部涂覆导电银胶,待导电银胶风干后将样品放置于铜板8-2 上,将两个绝缘测温探头10放置在样品两侧。开启供电电源5和解调仪3,在控温模块4 输入预设温度值,树脂观测室8内绝缘油温度将自动升温至预设温度,待温度稳定在设定温度后,开启光源14、计算机7,调整CCD显微摄像机6的镜头对焦于钨针11的针尖处,开启升压变压器1,并设定输出电压10kV,等待直至电树枝生长,即可实时采集被观测聚合物12电树枝时的电树枝生长图片。
验证试验:设定试验温度为90℃,两个测温探头采集的温度信号随时间变化图,如图4所示,图中可见,温度在100s内即线性增加至预设温度,在200s后,温度趋于稳定在90℃,几乎无波动,满足试验的要求。
在90℃采集到的交联聚乙烯电树枝形态如图5所示,图5可见,电树枝的树枝化通道清晰。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明,但是应该理解的是,这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是,可以对示例性的实施例进行许多修改,并且可以设计出其它的布置,只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是,可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是,结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。
Claims (7)
1.温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,其特征在于,包括升压变压器(1)、保护电阻(2)、解调仪(3)、控温模块(4)、供电电源(5)、CCD显微摄像机(6)、计算机(7)、树脂观测室(8)、两个电磁线圈(9)、两个绝缘测温探头(10)和钨针(11);
两个电磁线圈(9)均位于树脂观测室(8)的外部,且分别设置在树脂观测室(8)的顶部和底部;
树脂观测室(8)为透明的矩形密封观测室,树脂观测室(8)的内部底面铺设有一块不锈铁板(8-1),且在该不锈铁板(8-1)的上方铺设有铜板(8-2),且铜板(8-2)作为接地电极;
树脂观测室(8)的内部顶面铺设有另一块不锈铁板(8-1);
被观测聚合物(12)的底部涂覆导电银胶,被观测聚合物(12)放置在铜板(8-2)上,且树脂观测室(8)内充满绝缘油,两个绝缘测温探头(10)分别位于被观测聚合物(12)的两侧,并无限趋近于被观测聚合物(12),钨针(11)插入到被观测聚合物(12)内;
升压变压器(1)的高压电极输出的高压电经保护电阻(2)后,作用在钨针(11)上,从而给被观测聚合物(12)提供高压电;
两个电磁线圈(9)串联连接,且供电电源(5)的两个供电端分别与两个电磁线圈(9)的交流供电端连接,供电电源(5)输出的交流电通过两个电磁线圈(9)产生交变磁场,通过交变磁场的涡流效应对两块不锈铁板(8-1)进行加热,从而对绝缘油进行加热;
两个绝缘测温探头(10)用于采集绝缘油的温度,并将采集的温度送至解调仪(3)转化为电信号,并将电信号送至控温模块(4),控温模块(4)根据接收的电信号,对供电电源(5)输出的交流电的幅值进行调节,从而使绝缘油的温度达到预设温度;
CCD显微摄像机(6),用于采集被观测聚合物(12)发生电树枝现象时的图像信息,并上传至计算机(7)。
2.根据权利要求1所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,其特征在于,所述的树脂观测室(8)包括上罩体和下底板,上罩体罩在下底板上,构成透明的矩形密封观测室。
3.根据权利要求1所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,其特征在于,还包括绝缘塞(13);
树脂观测室(8)的顶面开设通孔,该通孔用于注入绝缘油,还用于存放钨针(11)与保护电阻(2)间的绝缘导线,还用于存放两个绝缘测温探头(10)与解调仪(3)间的绝缘导线;
绝缘塞(13)用于对树脂观测室(8)的顶面上的通孔进行密封。
4.根据权利要求3所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,其特征在于,所述的绝缘塞(13)为环氧树脂塞。
5.根据权利要求1所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,其特征在于,所述的两个绝缘测温探头(10)均为光纤光栅测温探头。
6.根据权利要求1所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,其特征在于,还包括光源(14),光源(14)与CCD显微摄像机(6)相对设置,光源(14)用于对被观测聚合物(12)进行补光。
7.根据权利要求1所述的温度可调的聚合物电树枝生长观测系统,其特征在于,两个电磁线圈(9)以圆环形的绕线方式进行铺设。
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