CN112415274A - 绝缘材料体积电阻率测量系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绝缘材料体积电阻率测量系统及其控制方法，属于高压电器技术领域，系统包括对待测绝缘材料的传导电流进行采样的取样电路，将取样电路采集的传导电流转换为数据采集卡可以接收的范围的传导电流调理电路；传导电流调理电路包括电压跟随器、多级放大器和继电器。电压跟随器的输入阻抗较大，具有较好的阻抗隔离效果，在将电压信号传给数据采集卡的同时不受数据采集卡导通瞬间阻抗变化的影响，提高了信号采集精度。多级放大器可实现对不同大小的传导电流进行适当放大，使得输入到数据采集卡的数据在合适范围内，确保了信号采集精度。

Description

绝缘材料体积电阻率测量系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及高压电气技术领域，更具体地说，涉及绝缘材料体积电阻率测量系统及其控制方法。

背景技术

绝缘材料的体积电阻率关系到绝缘材料的耐受电压特性，影响电力系统运行的安全性。因此，某些情况下，需要对绝缘材料的体积电阻率特性进行测量。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题，绝缘材料的体积电阻率有较高量级，在直流高压作用下，流经被测试品的电流非常微弱，容易受到外界因素的干扰，导致绝缘材料的体积电阻率的测量精度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出绝缘材料体积电阻率测量系统及其控制方法，欲实现提高绝缘材料体积电阻率的测量精度的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种绝缘材料体积电阻率测量系统，包括：

为待测绝缘材料提供电能的直流高压电源；

连接在所述待测绝缘材料与所述直流高压电源之间的高压开关设备；

用于对所述待测绝缘材料的传导电流进行取样的取样电路；

数据采集卡；

连接在所述取样电路与所述数据采集卡之间的传导电流调理电路，所述传导电流调理电路包括电压跟随器、多级放大器和继电器；

与所述数据采集卡连接的工业控制计算机。

可选的，上述绝缘材料体积电阻率测量系统，还包括：

由所述工业控制计算机控制温度的温度试验箱，所述温度试验箱内用于放置所述待测绝缘材料。

可选的，所述取样电路、所述传到电流调理电路和所述高压开关设备均为N个，N≥2，以同时对N个待测绝缘材料进行测量。

可选的，上述绝缘材料体积电阻率测量系统，还包括：

针对各个待测绝缘材料，用于在所述待测绝缘材料的传导电流大于预设电流阈值后，发送过电流信号至所述工业控制计算机的过流保护电路；

所述工业控制计算机在接收到所述过电流信号后，控制传到电流大于预设电流阈值的待测绝缘材料对应的高压开关设备断开。

可选的，高压开关设备具体为：真空断路器或气动开关。

可选的，所述待测绝缘材料为圆柱形，所述绝缘材料体积电阻率测量系统还包括：

套在所述待测绝缘材料的低压电极处的屏蔽环，所述屏蔽环电气连接到所述直流高压电源的接地端。

一种控制方法，应用于上述绝缘材料体积电阻率测量系统的工业控制计算机，所述控制方法包括：

控制所述温度试验箱内温度达到目标温度，并保持所述目标温度超过预设第一时间；

在试验时间内，每隔预设时间，获取待测绝缘材料的传导电流，并计算得到体积电阻率；

生成所述待测绝缘材料的体积电阻率随时间的变化曲线。

可选的，在所述试验时间内，还包括：

检测到所述待测绝缘材料发生闪络击穿后，控制所述高压开关设备断开。

一种控制方法，应用于上述绝缘材料体积电阻率测量系统的工业控制计算机，所述控制方法包括：

获取待测绝缘材料处于不同温度时的传导电流，并计算得到相应的体积电阻率；

生成所述待测绝缘材料的体积电阻率随温度的变化曲线。

可选的，在获取待测绝缘材料处于不同温度时的传导电流的步骤，还包括：

检测到所述待测绝缘材料发生闪络击穿后，控制所述高压开关设备断开。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种绝缘材料体积电阻率测量系统，设置取样电路对待测绝缘材料的传导电流进行采样，并通过传导电流调理电路将取样电路采集的传导电流转换为数据采集卡可以接收的范围；传导电流调理电路包括电压跟随器、多级放大器和继电器。电压跟随器的输入阻抗较大，具有较好的阻抗隔离效果，在将电压信号传给数据采集卡的同时不受数据采集卡导通瞬间阻抗变化的影响，提高了信号采集精度。多级放大器可实现对不同大小的传导电流进行适当放大，使得输入到数据采集卡的数据在合适范围内，确保了信号采集精度。

在待测绝缘材料的低压电极处设置屏蔽环，屏蔽待测绝缘材料侧面电流的泄露，进一步提高了传导电流的采集精度。

在待测绝缘材料发生闪络击穿时，自动切断施加到该待测绝缘材料的直流电源，减小了故障对其它器件的影响。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种绝缘材料体积电阻率测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种传导电流调理电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种绝缘材料体积电阻率测量系统的结构图；

图4为本发明实施例提供的又一种绝缘材料体积电阻率测量系统的结构图；

图5为本发明实施例提供的又一种绝缘材料体积电阻率测量系统的结构图；

图6为本发明实施例提供的一种待测绝缘材料设置屏蔽环的示意图；

图7为本发明实施例提供的体积电阻率-时间特性曲线的测量流程示意图；

图8为本发明实施例提供的体积电阻率-温度特性曲线的测量流程示意图。

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。

参见图1，为本实施例提供的一种绝缘材料体积电阻率测量系统，包括：直流高压电源11、高压开关设备12、取样电路13、数据采集卡14、传导电流调理电路15和工业控制计算机16。

高压开关设备12连接在待测绝缘材料A与直流高压电源11之间。高压开关设备12导通，则直流高压电源11为待测绝缘材料A供电；高压开关设备12断开，则直流高压电源11停止为待测绝缘材料A供电。直流高压电源11，为由交流市电或三相电输入，数千伏以上或数万伏以上直流电压输出的电源。高压开关设备12具体可以为：真空断路器或气动开关。

取样电路13、传导电流调理电路15、数据采集卡14和工业控制计算机16依次连接。取样电路12用于对待测绝缘材料A的传导电流进行取样。在一个具体实施例中，取样电路12包括与待测绝缘材料A串联的小阻值取样电阻，减小了对电路的影响。

传导电流调理电路15用于对取样电路12提取出来的信号进行转换，转换为数据采集卡14可以接收的范围。参见图2，传导电流调理电路15包括电压跟随器151、多级放大器152和继电器153。不同的待测绝缘材料的传导电流不同，且范围非常宽，通过多级放大器152可对不同大小的传导电流进行适当放大，使得输入到数据采集卡14的数据在合适范围，确保了信号采集的精度。具体的根据数据采集卡14可识别的电压范围，以及待测绝缘材料的传导电流的大小，确定多级放大器152的放大倍数。电压跟随器151的输入阻抗较大，一般在20MΩ～80MΩ之间，因此，电压跟随器151在作为后级电路时，相对于采样电阻而言接近于开路状态，可以起到很好的阻抗隔离。电压跟随器151在将电压信号传给数据采集卡14的同时，不受数据采集卡14导通瞬间阻抗变化的影响。继电器153控制第二放大器152与数据采集卡14之间连接的通断。可以通过工业控制计算机16控制继电器153，在需要数据采集卡14采集数据时，通过继电器153控制第二放大器152与数据采集卡14之间接通，当不需要数据采集卡14采集数据时，通过继电器153控制第二放大器152与数据采集卡14之间断开。

数据采集卡14自动采集传导电流调理电路15输出的数据，并送到工业控制计算机16中进行分析和处理。数据采集卡14，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网和各种无线网络等总线接入工业控制计算机16。

参见图3，还可以设置与工业控制计算机16连接的温度试验箱17。在温度试验箱17内放置待测绝缘材料A。由工业控制计算机16控制温度试验箱17内的温度。通过调整温度试验箱17的电子加热元件的输入电压，改变电子加热元件的加热功率，进而控制温度试验箱17内的升温速率。通过工业控制计算机16自动控制温度试验箱17内的温度和升温速率，提高了系统的自动化程度。

参见图4，还可以设置分别连接取样电路13和数据采集卡14的过流保护电路18。过流保护电路18，用于在待测绝缘材料A的传导电流大于预设电流阈值后，通过数据采集卡14发送过电流信号至工业控制计算机16；工业控制计算机16在接收到过电流信号后，控制高压开关设备12断开，切断该待测绝缘材料A的直流高压。

上述实施例介绍了绝缘材料体积电阻率测量系统测量一个待测绝缘材料A的体积电阻率的示意图。本发明提供的绝缘材料体积电阻率测量系统，还可以对两个以上的待测绝缘材料A进行体积电阻率进行测量，以提高测量效率，参见图5所示，同一个温度试验箱17可以放置两个以上的待测绝缘材料A。当一个待测绝缘材料A发生闪络击穿时，只切断该待测绝缘材料A的直流高压即可，其它各路的试验不受影响，可以继续进行。

参见图6所示，一种待测绝缘材料A为圆柱形，在其低压电极处套一个屏蔽环19。屏蔽环19电气连接到直流高压电源11的接地端。屏蔽待测绝缘材料19侧面电流的泄露，进一步提高了传导电流的采集精度。具体的，屏蔽环19设置在距离待测绝缘材料的底部1mm处。

参见图7所示，待测绝缘材料A的体积电阻率随着加压时间变化规律的测量，包括步骤：

S71：控制温度试验箱17内温度达到目标温度，并保持目标温度超过预设第一时间。

按照预先设定的升温速率，控制温度试验箱17内的温度升高到目标温度。为了使得所有温度试验箱17内的待测绝缘材料A的温度达到目标温度，即达到试验要求温度，控制温度试验箱17内温度保持目标温度一段时间。

S72：在试验时间内，每隔预设时间，获取待测绝缘材料A的传导电流，并计算得到体积电阻率。

在温度试验箱17内温度为目标温度，且保持一段时间后，在预设的试验时间内，每隔预设的固定时间(即预设的试验采样间隔)，获取一次待测绝缘材料A的传导电流，结合加到待测绝缘材料A两端的电压值和用户预先输入的待测绝缘材料A的结构参数，计算得到待测绝缘材料A在当前时间的体积电阻率。

S73：生成待测绝缘材料A的体积电阻率随时间的变化曲线。

根据步骤S72计算得到的各个时间的体积电阻率，生成待测绝缘材料A的体积电阻率随时间的变化曲线，即体积电阻率-时间特性曲线。

试验时间内，检测待测绝缘材料A是否发生闪络击穿，并在检测到待测绝缘材料A发生闪络击穿后，控制高压开关设备12断开，切断该待测绝缘材料A的直流高压。

参见图8所示，待测绝缘材料A的体积电阻率随着温度变化规律的测量，包括步骤：

S81：获取待测绝缘材料A处于不同温度时的传导电流，并计算得到相应的体积电阻率。

将温度试验箱17内的温度依次升到预设的测试温度T1、T2、……、Tn。在每次升到一个测试温度点，都维持温度一段时间后再获取待测绝缘材料A的传导电流，以使温度试验箱17内的待测绝缘材料A达到相应的测试温度。获取当前测试温度下，待测绝缘材料A的传导电流后，结合加到待测绝缘材料A两端的电压值和用户预先输入的待测绝缘材料A的结构参数，计算得到待测绝缘材料A在当前测试温度下的体积电阻率。

S82：生成待测绝缘材料A的体积电阻率随温度的变化曲线。

根据步骤S81计算得到的各个测试温度T1、T2、……、Tn下，待测绝缘材料A对应的体积电阻率，生成待测绝缘材料A的体积电阻率随温度的变化曲线，即体积电阻率-温度特性曲线。

本发明实施例提供的工业控制计算机16的硬件结构可以包括：至少一个处理器，至少一个通信接口，至少一个存储器和至少一个通信总线；

在本发明实施例中，处理器、通信接口、存储器、通信总线的数量为至少一个，且处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信；

处理器在一些实施例中可以是一个CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，或者是ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特定集成电路)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等。

通信接口可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。通常用于在工业控制计算机16与其他电子设备或系统之间建立通信连接。

存储器包括至少一种类型的可读存储介质。可读存储介质可以为如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器等NVM(non-volatile memory，非易失性存储器)。可读存储介质还可以是高速RAM(random access memory，随机存取存储器)存储器。可读存储介质在一些实施例中可以是工业控制计算机16的内部存储单元，例如该数据校验设备的硬盘。在另一些实施例中，可读存储介质还可以是工业控制计算机16的外部存储设备，例如该数据校验设备上配备的插接式硬盘、SMC(Smart Media Card,智能存储卡)、SD(Secure Digital,安全数字)卡，闪存卡(Flash Card)等。

其中，存储器存储有计算机程序，处理器可调用存储器存储的计算机程序，所述计算机程序用于：

控制温度试验箱17内温度达到目标温度，并保持目标温度超过预设第一时间；

在试验时间内，每隔预设时间，获取待测绝缘材料A的传导电流，并计算得到体积电阻率；

生成待测绝缘材料A的体积电阻率随时间的变化曲线。

所述计算机程序还用于：

获取待测绝缘材料A处于不同温度时的传导电流，并计算得到相应的体积电阻率；

生成待测绝缘材料A的体积电阻率随温度的变化曲线。

可选地，该工业控制计算机16还可以包括用户接口，用户接口可以包括输入单元(比如键盘)、语音输入装置(比如包含麦克风的具有语音识别功能的设备)和/或语音输出装置(比如音响、耳机等)。可选地，用户接口还可以包括标准的有线接口和/或无线接口。

可选地，该工业控制计算机16还可以包括显示器，显示器也可以称为显示屏或显示单元。在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)显示器等。显示器用于显示体积电阻率-时间特性曲线、体积电阻率-温度特性曲线以及用于显示可视化的用户界面。

可选地，该工业控制计算机16还包括触摸传感器。触摸传感器所提供的供用户进行触摸操作的区域称为触控区域。此外，触摸传感器可以为电阻式触摸传感器、电容式触摸传感器等。而且，触摸传感器不仅包括接触式的触摸传感器，也可包括接近式的触摸传感器等。此外，触摸传感器可以为单个传感器，也可以为例如阵列布置的多个传感器。用户可以通过触摸触控区域输入身份识别信息或启动试验程序。

此外，该工业控制计算机16的显示器的面积可以与触摸传感器的面积相同，也可以不同。可选地，将显示器与触摸传感器层叠设置，以形成触摸显示屏。该装置基于触摸显示屏侦测用户触发的触控操作。

该数据校验设备还可以包括RF(Radio Frequency，射频)电路、传感器和音频电路等等，在此不再赘。

以上所描述的装置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。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。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种绝缘材料体积电阻率测量系统，其特征在于，包括：

为待测绝缘材料提供电能的直流高压电源；

连接在所述待测绝缘材料与所述直流高压电源之间的高压开关设备；

用于对所述待测绝缘材料的传导电流进行取样的取样电路；

数据采集卡；

连接在所述取样电路与所述数据采集卡之间的传导电流调理电路，所述传导电流调理电路包括电压跟随器、多级放大器和继电器；

与所述数据采集卡连接的工业控制计算机。

2.根据权利要求1所述的绝缘材料体积电阻率测量系统，其特征在于，还包括：

由所述工业控制计算机控制温度的温度试验箱，所述温度试验箱内用于放置所述待测绝缘材料。

3.根据权利要求2所述的绝缘材料体积电阻率测量系统，其特征在于，所述取样电路、所述传到电流调理电路和所述高压开关设备均为N个，N≥2，以同时对N个待测绝缘材料进行测量。

4.根据权利要求3所述的绝缘材料体积电阻率测量系统，其特征在于，还包括：

针对各个待测绝缘材料，用于在所述待测绝缘材料的传导电流大于预设电流阈值后，发送过电流信号至所述工业控制计算机的过流保护电路；

所述工业控制计算机在接收到所述过电流信号后，控制传到电流大于预设电流阈值的待测绝缘材料对应的高压开关设备断开。

5.根据权利要求2所述的绝缘材料体积电阻率测量系统，其特征在于，高压开关设备具体为：真空断路器或气动开关。

6.根据权利要求2～5中任意一项所述的绝缘材料体积电阻率测量系统，其特征在于，所述待测绝缘材料为圆柱形，所述绝缘材料体积电阻率测量系统还包括：

套在所述待测绝缘材料的低压电极处的屏蔽环，所述屏蔽环电气连接到所述直流高压电源的接地端。

7.一种控制方法，其特征在于，应用于如权利要求2～6中任意一项所述的绝缘材料体积电阻率测量系统的工业控制计算机，所述控制方法包括：

控制所述温度试验箱内温度达到目标温度，并保持所述目标温度超过预设第一时间；

在试验时间内，每隔预设时间，获取待测绝缘材料的传导电流，并计算得到体积电阻率；

生成所述待测绝缘材料的体积电阻率随时间的变化曲线。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述试验时间内，还包括：

检测到所述待测绝缘材料发生闪络击穿后，控制所述高压开关设备断开。

9.一种控制方法，其特征在于，应用于如权利要求2～6中任意一项所述的绝缘材料体积电阻率测量系统的工业控制计算机，所述控制方法包括：

获取待测绝缘材料处于不同温度时的传导电流，并计算得到相应的体积电阻率；

生成所述待测绝缘材料的体积电阻率随温度的变化曲线。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在获取待测绝缘材料处于不同温度时的传导电流的步骤，还包括：

检测到所述待测绝缘材料发生闪络击穿后，控制所述高压开关设备断开。

Images