CN111856219B - 一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置 - Google Patents

一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置，包括：密封腔体、温控系统、电极系统和旋转及升降控制系统；密封腔体用于承装试样及绝缘气体；温控系统用于对密闭腔体加热、测量和表征密封腔体内部的温度；电极系统具有电极高压端和电极接地端，电极系统位于密封腔体内，用于固定试样；旋转及升降控制系统位于密封腔体内，用于旋转切换、升降电极系统，从而使试样与高压端及地面实现电气连接，旋转及升降控制系统可放置多个电极系统。本发明实施例提供了一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置，只需要进行一次安装试验及充气即可进行多组试验的沿面放电特性测量，极大降低工作量，显著提高测试效率，减少资源浪费。

Description

一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置
技术领域
本发明涉及绝缘材料性能测试技术领域，尤其涉及一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置。
背景技术
相较传统的空气绝缘而言，SF6气体由于其为强电负性气体，它的分子极易吸附自由电子而形成质量大的负离子，削弱气体中碰撞电离过程，具有较高的绝缘强强度，因此SF6气体被广泛用作高压电气设备的绝缘介质。而在穿墙套管及GIS等典型高压绝缘设备中，通常会存在“SF6气体-绝缘固体”组合绝缘结构。实际上，这些电力设备的运行可靠性直接取决于冲击电压下(包括雷电冲击电压和操作冲击电压)SF6气体环境下的固体绝缘材料的沿面绝缘性能优劣，因此研究人员经常需要测试冲击电压下不同压强SF6气体环境条件固体绝缘材料的沿面放电特性，用于辅助相关电力设备绝缘结构的合理设计以及判断设备的运行可靠性。
但这些固体绝缘材料在进行试验过程中，由于沿面放电试验会对固体试样的绝缘性能造成破坏，且沿面放电试验的结果存在一定的分散性，因此对每个试样只能进行一次试验即需要更换试样，且对同种试样需要进行多组试验才能获得其准确的沿面放电特性。传统的测试方法是每对一个试样进行一次沿面放电特性测试后即打开装置，更换气体和试样进行重复相关试验，操作繁琐、耗时，且浪费资源。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置，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。
一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置，包括：密封腔体、温控系统、电极系统和旋转及升降控制系统；
所述密封腔体用于承装试样及绝缘气体，包括：金属腔体和盆式绝缘子，所述盆式绝缘子具有中心导体，所述中心导体位于密封腔体内的一端与高压端连接，其位于密封腔体外的一端与待测电压连接，金属腔体用于接地，所述密封腔体上设有进气口和排气口；
所述温控系统用于对密闭腔体加热、测量和表征密封腔体内部的温度；
所述电极系统具有电极高压端和电极接地端，所述电极系统位于密封腔体内，用于固定试样；
所述旋转及升降控制系统位于密封腔体内，用于旋转切换、升降电极系统，从而使试样与高压端及地面实现电气连接，所述旋转及升降控制系统可放置多个电极系统。
优选地，所述盆式绝缘子位于金属腔体上部，二者通过密封圈及螺丝紧固；
所述金属腔体为不锈钢金属腔体。
优选地，所述进气口和排气口位于金属腔体上，分别用于绝缘气体或空气的充入或排出。
优选地，所述温控系统包括：热电偶和温控模块，所述热电偶通过温控模块与电源连接，所述热电偶均匀分布在密封腔体侧壁上。
优选地，所述电极系统包括：绝缘有机玻璃圆盘、高压电极和地电极，将试样放置于所述高压电极和地电极之间，利用绝缘有机玻璃圆盘将高压电极和地电极上、下夹住，再通过绝缘螺杆和绝缘螺丝紧固绝缘有机玻璃圆盘，使试样与高压电极、地电极固定连接。
优选地，所述旋转及升降控制系统包括：两组旋转控制装置、一组升降控制装置、两根旋转支撑轴、一根升降支撑轴、两个圆盘和供电系统，所述供电系统分别与旋转控制装置、升降控制装置连接；
其中，所述圆盘呈月牙型，圆盘沿圆周方向设置有多个用于放置电极系统的卡槽，所述卡槽为通孔，所述卡槽两侧设置绝缘螺杆固定孔，所述绝缘螺杆固定孔用于电极系统下侧伸出的绝缘螺杆穿入以防止电极系统从卡槽掉落；
所述圆盘与旋转支撑轴连接，所述旋转控制装置用于控制旋转支撑轴带动圆盘旋转，所述圆盘上的卡槽中心均可经过旋转后与升降支撑轴中心重合；
所述升降支撑轴位于金属腔体中心，通过升降控制装置控制其上升或下降；
当一个圆盘旋转时，另一个圆盘的月牙型凹槽中心正对升降支撑轴，当旋转的圆盘的一个卡槽的中心与升降支撑轴中心重合时，控制升降支撑轴升高来顶起电极系统的电极接地端，从而使试样与高压端稳固接触，且升降支撑轴同时作为接地导体实现测量回路的接通。
优选地，所述圆盘、旋转支撑轴和升降支撑轴均为不锈钢材质。
优选地，所述试样为圆柱型。
优选地，所述金属腔体上还设有玻璃观察口。
优选地，所述金属腔体下方设置有支架。
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用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置，适用于同一种固体材料的多组试样分别进行沿面放电试验，只需要进行一次安装试验及充气即可进行多组试验的沿面放电特性测量，极大降低工作量，显著提高测试效率，减少资源浪费。
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用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电极系统结构正视图；
图3为本发明实施例提供的一种电极系统结构俯视图；
图4为本发明实施例提供的可旋转不锈钢圆盘结构及其与电极系统组合示意图；
图5为本发明实施例提供的升降机构动作后示意图。
附图标记：
1、盆式绝缘子；2、进气口；3、热电偶；4、高压端；5、玻璃观察口；6、电极系统；7、旋转不锈钢圆盘；8、旋转不锈钢支撑轴；9、升降不锈钢支撑轴；10、排气口；11、旋转控制装置；12、升降控制装置；13、温控系统；14、不锈钢金属腔体；15、供电系统；16、温控模块；17、支架；18、尼龙螺丝；19、绝缘有机玻璃圆盘；20、尼龙螺杆；21、黄铜高压电极；22、黄铜地电极；23、试样；24、卡槽；25、尼龙螺杆固定孔；26、中心导体；27、电极高压端；28、电极接地端
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用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置，如图1-5所示，包括：密封腔体、温控系统13、电极系统6和旋转及升降控制系统。
密封腔体用于承装试样及绝缘气体，包括：不锈钢金属腔体14，以及位于不锈钢金属腔体14上方的盆式绝缘子1，二者通过密封圈及螺丝紧固，可以承受的气压范围为10Pa至1MPa。盆式绝缘子1具有中心导体26，中心导体26可以引入高压源，其位于密封腔体内的一端与高压端4连接，位于密封腔体外的一端与待测电压连接，其绝缘强度为耐受±200kV标准雷电冲击电压而不发生闪络。
不锈钢金属腔体14用于接地，腔体上设有进气口2和排气口10，分别用于绝缘气体或空气的充入或排除，绝缘气体可采用SF6、N2等气体进行测试。同时配合外部绝缘气体充气装置可以实现腔体内部绝缘气体压强的调控。不锈钢金属腔体14上还设有玻璃观察口5，用于观察腔体內的试验情况。此外，不锈钢金属腔体14下方设有用于支撑密封腔体的支架17。
温控系统13包括：热电偶3和温控模块16，热电偶3通过温控模块16与电源连接，热电偶3均匀分布在密封腔体侧壁上，其中，温控模块16可以测量、表征密封腔体内部的温度，并通过控制热电偶-电源回路的通断来实现腔体的加热，整个试验腔体的温度控制范围为20℃至80℃，温度误差不超过2℃。
如图2所示的电极系统，电极系统6位于密封腔体内，用于固定试样，具有电极高压端27和电极接地端28，包括：绝缘有机玻璃圆盘19、黄铜高压电极21和黄铜地电极22，将直径为25mm、高10mm的圆柱状试样23放置于黄铜高压电极21和黄铜地电极22之间，将两个绝缘有机玻璃圆盘19分别放置于黄铜高压电极21上方和黄铜地电极22下方，将试样23及黄铜高压电极21和黄铜地电极22夹住，再通过尼龙螺杆20和尼龙螺丝18紧固有机玻璃圆盘19，使试样23与黄铜高压电极21、黄铜地电极22固定连接。
旋转及升降控制系统位于密封腔体内，用于旋转切换、升降电极系统6使试样23与高压端4及地面实现电气连接，旋转及升降控制系统可放置多个电极系统6。旋转及升降控制系统包括：两组旋转控制装置11、一组升降控制装置12、两根旋转不锈钢支撑轴8、一根升降不锈钢支撑轴9、两个旋转不锈钢圆盘7和供电系统15，供电系统15分别与旋转控制装置、升降控制装置连接。其中，旋转不锈钢圆盘7呈月牙型，旋转不锈钢圆盘7沿圆周方向设置有多个用于放置电极系统的卡槽24，卡槽24为通孔。卡槽24两侧设置尼龙螺杆固定孔25，尼龙螺杆25固定孔用于电极系统下侧伸出的尼龙螺杆20穿入以防止电极系统6从卡槽24掉落。如图4所示，每个旋转不锈钢圆盘7上设置有6个卡槽可放置6组电极系统。
旋转不锈钢圆盘7与旋转不锈钢支撑轴8连接，旋转不锈钢支撑轴8与旋转控制装置11连接，两个旋转不锈钢圆盘7分别受控于各自的旋转控制装置11并经旋转不锈钢支撑轴8的旋转实现圆盘的旋转，即实现了试样间的切换。旋转不锈钢圆盘7上的卡槽24中心均可经过旋转后与升降不锈钢支撑轴9中心重合。
升降不锈钢支撑轴9位于不锈钢金属腔体14的中心，升降不锈钢支撑轴9与升降控制装置12连接，升降控制装置12固定与不锈钢金属腔体14内，通过升降控制装置14控制升降不锈钢支撑轴9上升或下降。当一个旋转不锈钢圆盘7旋转时，另一个旋转不锈钢圆盘7的月牙型凹槽中心正对升降不锈钢支撑轴9，当旋转的旋转不锈钢圆盘7的一个卡槽24的中心与升降不锈钢支撑轴9的中心重合时，控制升降支撑轴9升高来顶起电极系统6的电极接地端28，使电极高压端27与高压端4稳固接触，且升降支撑轴9同时作为接地导体实现测量回路的接通，从而使试样23与高压端4及地面实现电气连接。
采用上述装置的具体测量方法如下：
(1)组装试样与电极系统：将12个试样23分别与黄铜高压电极21和黄铜地电极22组装并利用绝缘有机玻璃圆盘19、尼龙螺丝18及尼龙螺杆20实现紧固。
(2)腔体内装入试样并密封：拆卸盆式绝缘子1，将12组试样23与电极系统6分别置于2个旋转不锈钢圆盘7卡槽24内，并将其下端尼龙螺杆20穿入相应的固定孔25实现试样24竖直方向固定(电极系统6的电极高压端27在上，电极接地端28在下)，在不锈钢金属腔体14上方安装并紧固盆式绝缘子1，实现腔体密封。
(3)温度控制：利用温控模块16控制热电偶3加热到所需温度后保持恒温控制状态。
(4)绝缘气体控制：关闭进气口2、打开排气口10，将机械泵接入排气口10抽出空气至腔体内气压低于10Pa，随后保持5min后关闭排气口。本发明实施例采用SF6气体，将SF6充气装置接入进气口2，并打开进气口2阀门充入SF6气体，通过充气装置控制腔体内部SF6气体压强达到所需要的条件后关闭进气口。
(5)测量回路搭建：利用旋转控制装置11控制旋转不锈钢金属圆盘7的旋转，实现试样23在高压端4正下方位置的切换，随后利用升降控制装置12通过升降不锈钢支撑轴9实现电极系统6的位置升高并与高压端4紧密接触。
(6)加压测量：将盆式绝缘子1的中心导体26接至冲击电压发生器，并将整个不锈钢金属壳体14接地。操作冲击电压发生器，即可实现试样在冲击电压下闪络特性的测量。
(7)切换试样与继续测量：单次试验结束后，利用升降控制装置12降低电极系统6的高度，随后重复步骤(5)和步骤(6)，实现其他组试样的切换与闪络特性的测量。
综上所述，本发明实施例提供了一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置，通过在密封腔体内部设置旋转及升降控制系统，并在旋转及升降控制系统上放置多个电极系统，使电极系统能够不需要打开试验装置的情况下进行切换，实现了只需要进行一次安装试验及充气即可进行多组试验的沿面放电特性测量，解决了传统测量过程中需要多次充、放气体以及更换试样带来的工作量大、资源浪费严重的问题，极大降低工作量，显著提高测试效率，减少资源浪费。
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。
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 (8)

1.一种用于冲击电压下绝缘气体中沿面放电试验装置，其特征在于，包括：密封腔体、温控系统、电极系统和旋转及升降控制系统；
所述密封腔体用于承装试样及绝缘气体，包括：金属腔体和盆式绝缘子，所述盆式绝缘子具有中心导体，所述中心导体位于密封腔体内的一端与高压端连接，其位于密封腔体外的一端与待测电压连接，金属腔体用于接地，所述密封腔体上设有进气口和排气口；
所述温控系统用于对密闭腔体加热、测量和表征密封腔体内部的温度；
所述电极系统具有电极高压端和电极接地端，所述电极系统位于密封腔体内，用于固定试样；
所述旋转及升降控制系统位于密封腔体内，用于旋转切换、升降电极系统，从而使试样与高压端及地面实现电气连接，所述旋转及升降控制系统可放置多个电极系统；
所述电极系统包括：绝缘有机玻璃圆盘、高压电极和地电极，将试样放置于所述高压电极和地电极之间，利用绝缘有机玻璃圆盘将高压电极和地电极上、下夹住，再通过绝缘螺杆和绝缘螺丝紧固绝缘有机玻璃圆盘，使试样与高压电极、地电极固定连接；
所述旋转及升降控制系统包括：两组旋转控制装置、一组升降控制装置、两根旋转支撑轴、一根升降支撑轴、两个圆盘和供电系统，所述供电系统分别与旋转控制装置、升降控制装置连接；
其中，所述圆盘呈月牙型，圆盘沿圆周方向设置有多个用于放置电极系统的卡槽，所述卡槽为通孔，所述卡槽两侧设置绝缘螺杆固定孔，所述绝缘螺杆固定孔用于电极系统下侧伸出的绝缘螺杆穿入以防止电极系统从卡槽掉落；
所述圆盘与旋转支撑轴连接，所述旋转控制装置用于控制旋转支撑轴带动圆盘旋转，所述圆盘上的卡槽中心均可经过旋转后与升降支撑轴中心重合；
所述升降支撑轴位于金属腔体中心，通过升降控制装置控制其上升或下降；
当一个圆盘旋转时，另一个圆盘的月牙型凹槽中心正对升降支撑轴，当旋转的圆盘的一个卡槽的中心与升降支撑轴中心重合时，控制升降支撑轴升高来顶起电极系统的电极接地端，从而使试样与高压端稳固接触，且升降支撑轴同时作为接地导体实现测量回路的接通。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述盆式绝缘子位于金属腔体上部，二者通过密封圈及螺丝紧固；
所述金属腔体为不锈钢金属腔体。
3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述进气口和排气口位于金属腔体上，分别用于绝缘气体或空气的充入或排出。
4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述温控系统包括：热电偶和温控模块，所述热电偶通过温控模块与电源连接，所述热电偶均匀分布在密封腔体侧壁上。
5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述圆盘、旋转支撑轴和升降支撑轴均为不锈钢材质。
6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述试样为圆柱型。
7.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述金属腔体上还设有玻璃观察口。
8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述金属腔体下方设置有支架。
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