CN112130048A - 一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置，交联聚乙烯试样包括交联聚乙烯块和位于所述交联聚乙烯块中的线电极；所述线电极弯曲为U形，所述线电极两极的末端与所述交联聚乙烯块的一个端面平齐；给弯曲的线电极通电，弯曲的线电极在交联聚乙烯块中产生不均匀电场，能够诱发电树枝，实现交联聚乙烯中电树枝变化过程中空间电荷分布的测量。

Description

一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置
技术领域
本发明涉及电缆绝缘测试技术领域，特别是涉及一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置。
背景技术
高压直流输电以其电能损耗小、造价成本低、占地面积少和快速调节功率等优势，在电网建设中发挥着重要作用。交联聚乙烯具有柔软性好、便于安装、介电和导体损耗小、载流量大及环保等优点，同时还具有良好的耐热性、耐磨性和力学性能优势，因此在高压直流电缆及其附件绝缘中得到了广泛应用，但随着电压等级的升高，介质在承受长期的电、热和机械应力作用下，其绝缘水平逐渐下降，进而引发事故。据统计，70％的电缆故障都是由电缆附件绝缘水平下降引起的，气隙、裂痕和杂质等缺陷的产生导致局部电场集中，从而诱发了电树枝。另外，空间电荷的积聚也会使得电场发生畸变，对电树枝的引发和生长产生影响，这将严重威胁电气设备安全稳定运行。因此，通过测量的手段定量地研究电树枝内电荷的输运特性，有助于加深对聚合物内电树枝老化的理解，对后续的电树枝抑制研究具有重要意义。
现有的电树枝生长理论模型都是依靠仿真结合实验现象建立的，通过建立数学方程和施加边界条件来计算电树枝发展过程中的电荷分布，但计算过程中可能会简化或者忽略一些条件，造成仿真结果和实际情况有所偏差。目前尚未有实验测量手段来验证理论模型，而空间电荷的测量可以用来分析介质内的电荷分布情况，具有代表性的测量方法包括激光诱导压力波法、压电压力波法和电声脉冲法，其中电声脉冲法具有结构简单和操作便捷等优点得到了广泛应用。目前利用电声脉冲法可测的试样主要是平板薄试样，其无法用于电树枝试验，而电树枝试验试样均是采用针-板电极结构且试样形状不同于平板薄试样，无法测量绝缘内电树枝行为中的空间电荷。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置，实现了交联聚乙烯中电树枝变化过程中空间电荷分布的测量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种交联聚乙烯试样，所述交联聚乙烯试样包括：交联聚乙烯块和埋在所述交联聚乙烯块中的线电极；所述线电极弯曲为U形，所述线电极两极的末端与所述交联聚乙烯块的一个端面平齐。
本发明还公开了一种交联聚乙烯试样制备方法，所述方法包括：
将交联聚乙烯颗粒倒入模具中升温融化；
将弯曲为U形的线电极插入融化后的交联聚乙烯中，所述线电极两极的末端裸露在融化后的交联聚乙烯外；
将裸露在交联聚乙烯外的线电极裁剪掉，获得交联聚乙烯试样。
本发明还公开了一种交联聚乙烯试样测量装置，用于测量所述交联聚乙烯试样，所述测量装置包括：
交联聚乙烯试样，用于产生电树枝；
半导电层，覆盖在所述交联聚乙烯试样中线电极两极的末端上；
高压电极，位于所述半导电层上方，用于为所述半导电层传送设定电压；
摄像机，位于所述交联聚乙烯试样的一侧，用于记录所述交联聚乙烯试样中电树枝的变化过程；
脉冲电路，与所述高压电极连接，用于产生脉冲信号；
地电极，位于所述交联聚乙烯试样的下方；
压电传感器，位于所述地电极下方，用于检测所述交联聚乙烯试样产生的压力波信号；
计算机，分别与所述摄像机和所述压电传感器连接，用于根据所述压力波信号获得所述交联聚乙烯试样内的空间电荷分布，还用于获取所述空间电荷分布随所述电树枝变化的变化量。
可选地，所述交联聚乙烯试样测量装置还包括：
运算放大器，与所述压电传感器相连，用于放大所述压电传感器检测到的信号；
示波器，分别与所述运算放大器和所述计算机相连，用于对放大的所述信号进行采样并将采样数据传输到所述计算机。
可选地，所述脉冲电路与所述高压电极浇筑为一体。
可选地，所述交联聚乙烯试样测量装置还包括盖板和立柱夹具：所述盖板位于所述脉冲电路与所述高压电极构成的一体结构的上方，所述立柱夹具的一端与所述盖板通过螺母连接，另一端设置在所述地电极上。
可选地，所述高压电极材料为铜。
可选地，所述半导电层材料为乙烯-乙酸乙烯酯。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置，交联聚乙烯试样包括交联聚乙烯块和位于所述交联聚乙烯块中的线电极；所述线电极弯曲为U形，所述线电极两极的末端与所述交联聚乙烯块的一个端面平齐；给弯曲的线电极通电，弯曲的线电极在交联聚乙烯块中产生不均匀电场，能够诱发电树枝，实现交联聚乙烯中电树枝变化过程中空间电荷分布的测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种交联聚乙烯试样示意图；
图2为本发明实施例一种交联聚乙烯试样制作步骤流程示意图；
图3为本发明实施例一种交联聚乙烯试样制作工艺流程示意图；
图4为本发明实施例一种交联聚乙烯试样测量装置示意图。
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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种交联聚乙烯试样、制备方法及测量装置，实现了交联聚乙烯中电树枝行为过程中空间电荷分布的测量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种交联聚乙烯试样示意图，如图1所示，一种交联聚乙烯试样10包括：交联聚乙烯块和埋在所述交联聚乙烯块中的线电极11；所述线电极11弯曲为U形，所述线电极11的两极与所述交联聚乙烯块的一个端面平齐，交联聚乙烯块的另一个端面与U形线电极11底部所在直线平行。
线电极11的直径范围为0.1mm至3mm，线电极11底边距交联聚乙烯块的另一个端面的距离范围为0.5mm至3mm，以保证不均匀电场的产生。
交联聚乙烯块为长度3cm，高度1cm，厚度不超过6mm的长方体。
线电极11为铜线电极。线电极11位于交联聚乙烯块的厚度中心，其两端距交联聚乙烯块的中心5mm至7mm，其两侧及底边与交联聚乙烯块两侧及底部平行。
图2为本发明一种交联聚乙烯试样制作步骤流程示意图，图3为与制作步骤流程相对应的工艺流程示意图，如图2-3所示，一种交联聚乙烯试样制备方法包括：
步骤101：将交联聚乙烯颗粒倒入模具中升温融化。
其中，步骤101具体包括：将聚酯薄膜置于压片机装料口上，在装料口上方放入金属模具，将交联聚乙烯颗粒倒入金属模具中，升温使交联聚乙烯颗粒融化。具体为在120℃下融化交联聚乙烯颗粒15min。金属模具为上下通透的壳体。
步骤102：将弯曲为U形的线电极插入融化后的交联聚乙烯中，所述线电极两极的末端裸露在融化后的交联聚乙烯外。
其中，步骤102具体包括：将线电极插入模具预留的孔隙中，线电极底部距试样底部1mm并保持平行，覆盖一层聚酯薄膜于模具之上，用压片机逐级增大机械压力。
施加机械压力过程以8Mpa和3min为加压梯度和时间，从零开始逐级增压，施压为24Mpa时停止增压过程。
释放机械压力并继续升温，之后通过压片机在施加压力过程重新增大压力，制备过程结束后，待试样冷却至室温撕去聚酯薄膜。其中，继续升温的温度设置为150℃，从零开始以8Mpa为梯度增大机械压力，施压为24Mpa时停止加压，加压时间分别为3min、3min和30min。
步骤103：将裸露在交联聚乙烯外的线电极裁剪掉，获得交联聚乙烯试样。
其中，步骤103具体包括：裁剪后的线电极两极的末端端面与交联聚乙烯试样的上表面平齐。
其中，线电极的直径范围为0.1mm至3mm，线电极底边距交联聚乙烯块的一个端面距离范围为0.5mm至3mm，以保证不均匀电场的产生。线电极弯曲成U形，线电极两侧及底边分别与试样两侧和底部平行，在线电极两侧和底边连接处留有圆角。线电极两侧指U形的两侧的竖线，底部指的是U形底边。
交联聚乙烯试样长度为3cm，高度为1cm，厚度不超过6mm。线电极11为铜线电极。
图4为本发明一种交联聚乙烯试样测量装置示意图，如图4所示一种交联聚乙烯试样测量装置包括：
交联聚乙烯试样10，用于产生电树枝。
半导电层12，覆盖在所述交联聚乙烯试样10中线电极11的两极上，但是不完全覆盖在交联聚乙烯试样10的上表面，为爬电距离保留一定裕度。半导电层厚度为2mm。
高压电极13，位于所述半导电层12上方，用于为所述半导电层12传送设定电压。
摄像机4，位于所述交联聚乙烯试样10的一侧，用于记录所述交联聚乙烯试样10中电树枝的变化过程。电树枝的变化过程指电树枝的形态特征及生长过程。
脉冲电路，与所述高压电极13连接，用于产生脉冲信号。脉冲电路为脉冲耦合电路。
地电极5，位于所述交联聚乙烯试样10的下方。
压电传感器9，位于所述地电极5的下方，用于检测所述交联聚乙烯试样10产生的压力波信号。
计算机，分别与所述摄像机和所述压电传感器9连接，用于根据所述压力波信号获得所述交联聚乙烯试样10内的空间电荷分布，还用于获取所述空间电荷分布随所述电树枝变化的变化量。
所述交联聚乙烯试样测量装置还包括：
运算放大器8，与所述压电传感器9相连，用于放大所述压电传感器9检测到的信号；
示波器，分别与所述运算放大器8和所述计算机相连，用于对放大的所述信号进行采样并将采样数据传输到所述计算机。
所述脉冲电路与所述高压电极13浇筑为一体。
所述交联聚乙烯试样测量装置还包括盖板2和立柱夹具3：所述盖板2位于所述脉冲电路与所述高压电极构成的一体结构14的上方，所述立柱夹具3的一端与所述盖板通过螺母连接，另一端设置在所述地电极5上。
所述高压电极13材料为铜。
所述半导电层12材料为乙烯-乙酸乙烯酯。
交联聚乙烯试样10构成的线-板电极用于产生不均匀电场，从而诱发电树枝。
交联聚乙烯试样测量装置还包括高压直流电源、脉冲电源、屏蔽壳7、底座7，高压直流电源通过保护电阻1与高压电极13连接，高压直流电源和脉冲电源均与地电极连接。屏蔽壳7设置在地电极13下方。底座7设置在地电极13下方且设置在屏蔽壳7的外侧，用于支撑交联聚乙烯试样测量装置。
本发明一种交联聚乙烯试样测量装置，对交联聚乙烯试样进行测试的具体步骤如下：
将制备好的交联聚乙烯试样放置在半导电层和地电极之间，通过压放盖板和旋动夹具上的螺母来固定交联聚乙烯试样位置，防止交联聚乙烯试样滑动。
高压直流电源的插头引线通过保护电阻连接至测试腔体内部的高压电极，高压电极和脉冲耦合电路均采用环氧浇注固定成型。
脉冲电源和高压直流电源的接地线与地电极连接，保证地电极可靠接地，运算放大器输出连接至示波器信号通道。
打开示波器和计算机的Labview空间电荷检测系统以及摄像头记录软件，启动脉冲电源和高压直流电源，并升高电压至设定值。
通过摄像系统连续记录电树枝生长过程，通过Labview空间电荷检测系统记录线电极到试样底部的空间电荷分布。
本发明采用交联聚乙烯试样测量装置对交联聚乙烯试样进行测量，能够获得观测电树枝生长过程和空间电荷分布的对应关系，实现电树枝-空间电荷分布测量一过程的定量分析。从而检测聚合物内电树枝内电荷的输运特性，提高对聚合物绝缘水平下降的认识，有利于对电树枝抑制的研究，从而提高电气设备运行的安全性和温度性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种交联聚乙烯试样，其特征在于，所述交联聚乙烯试样包括：交联聚乙烯块和埋在所述交联聚乙烯块中的线电极；所述线电极弯曲为U形，所述线电极两极的末端与所述交联聚乙烯块的一个端面平齐。
2.一种交联聚乙烯试样制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将交联聚乙烯颗粒倒入模具中升温融化；
将弯曲为U形的线电极插入融化后的交联聚乙烯中，所述线电极两极的末端裸露在融化后的交联聚乙烯外；
将裸露在交联聚乙烯外的线电极裁剪掉，获得交联聚乙烯试样。
3.一种交联聚乙烯试样测量装置，用于测量权利要求1中的所述交联聚乙烯试样，其特征在于，所述测量装置包括：
交联聚乙烯试样(10)，用于产生电树枝；
半导电层(12)，覆盖在所述交联聚乙烯试样(10)中线电极(11)的两极上；
高压电极(13)，位于所述半导电层(12)上方，用于为所述半导电层(12)传送设定电压；
摄像机(4)，位于所述交联聚乙烯试样(10)的一侧，用于记录所述交联聚乙烯试样(10)中电树枝的变化过程；
脉冲电路，与所述高压电极(13)连接，用于产生脉冲信号；
地电极(5)，位于所述交联聚乙烯试样(10)的下方；
压电传感器(9)，位于所述地电极(5)的下方，用于检测所述交联聚乙烯试样(10)产生的压力波信号；
计算机，分别与所述摄像机和所述压电传感器(9)连接，用于根据所述压力波信号获得所述交联聚乙烯试样(10)内的空间电荷分布，还用于获取所述空间电荷分布随所述电树枝变化的变化量。
4.根据权利要求3所述的交联聚乙烯试样测量装置，其特征在于，所述交联聚乙烯试样测量装置还包括：
运算放大器(8)，与所述压电传感器(9)相连，用于放大所述压电传感器(9)检测到的信号；
示波器，分别与所述运算放大器(8)和所述计算机相连，用于对放大的所述信号进行采样并将采样数据传输到所述计算机。
5.根据权利要求3所述的交联聚乙烯试样测量装置，其特征在于，所述脉冲电路与所述高压电极(13)浇筑为一体。
6.根据权利要求5所述的交联聚乙烯试样测量装置，其特征在于，所述交联聚乙烯试样测量装置还包括盖板(2)和立柱夹具(3)：所述盖板(2)位于所述脉冲电路与所述高压电极构成的一体结构的上方，所述立柱夹具(3)的一端与所述盖板通过螺母连接，另一端设置在所述地电极(5)上。
7.根据权利要求3所述的交联聚乙烯试样测量装置，其特征在于，所述高压电极(13)材料为铜。
8.根据权利要求3所述的交联聚乙烯试样测量装置，其特征在于，所述半导电层(12)材料为乙烯-乙酸乙烯酯。
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Application publication date: 20201225

Assignee: YANGZHOU SHUGUANG CABLE Co.,Ltd.

Assignor: Tianjin University

Contract record no.: X2022980007410

Denomination of invention: Cross linked polyethylene sample, preparation method and measuring device

Granted publication date: 20210921

License type: Common License

Record date: 20220609

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