CN113030662A - 多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，采用HFCT、光电倍增管和臭氧传感器三种传感器，从电、光、气体三个方面来综合全面的评估局部放电耐受性能，能够更为准确的展现局部放电侵蚀过程中材料的变化特征。本发明一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量方法，操作方便，所用提出的特征参数K可直接反映材料的局部放电耐受性强弱。本发明设计科学合理，测量装置结构简单、易于操作、价格便宜、普适性强。
Description
技术领域
本发明属于属于电气绝缘测试领域，涉及电气绝缘材料的局部放电耐受性测量与评估，特别涉及一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置及方法。
背景技术
随着我国国民经济的不断发展，对于电力供给的需求日益增加，电力系统致力于建设更高电压等级更大容量的超/特高压交流输电系统，这对用于电气绝缘领域的工程电介质的设计研发提出了更高的要求。聚合物材料因成本低，易成型，介电性能及机械性能优异等优点成为电气设备的良好绝缘，其绝缘安全对电气设备的运行可靠性有着重要的影响。然而，电压等级的升高使得聚合物绝缘材料长期承受电、热、机械应力以及周围环境因素的影响致使其绝缘水平不断下降，同时绝缘生产运行中气隙、裂痕和杂质等自身缺陷在强电场的作用下极易引发局部放电。局部放电伴随着一系列复杂的物理化学反应，不断侵蚀聚合物绝缘材料，造成不可逆转的破坏作用，长期的局部放电侵蚀可能导致最终绝缘击穿，严重威胁电气设备安全稳定运行。为了保障电网的运行可靠性，有必要有效评估聚合物绝缘材料长期耐受局部放电的性能。
目前，国内外对于聚合物绝缘材料的局部放电耐受性的报道较少，对于局部放电耐受性的评估仅通过薄膜表面侵蚀部分的侵蚀深度和表面粗糙度两个参数，分析方法较为单一。因此，本发明给出一种基于多传感器的局部放电耐受性测量装置及方法，从多方面综合评估聚合物材料的局部放电耐受性能，为聚合物绝缘材料的性能的测评提供新的手段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置及方法，将局部放电过程中的电流、光、气体多方面参数全面获取，综合评估聚合物绝缘材料的耐受局部放电的能力，且具有测量参数全面、结构简单、价格低的优点，适于大面积推广。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，其特征在于：包括全封闭绝缘试验箱、高速示波器、HFCT高频电流传感器及计算机，所述全封闭绝缘试验箱内底端平行设置有两根螺柱，所述螺柱底端之间安装有黄铜板电极，所述黄铜板电极上放置待测样品，所述黄铜板电极接地，所述螺柱顶端之间设置有亚克力板，所述亚格力板上设置有钨针电极，所述钨针电极对应所述黄铜板电极的中心，钨针电极外接高压交流电源；所述全封闭绝缘试验箱箱腔体内还设置有臭氧传感器及光电倍增管，所述臭氧传感器连接至所述计算机，所述HFCT高频电流传感器卡装于所述黄铜板电极的接地线上，所述HFCT高频电流传感器及光电倍增管均连接至所述高速示波器。
而且，所述臭氧传感器的量程大于300ppm，分辨率高于0.1ppm，所述臭氧传感器与待测样品的距离为10～15cm。
而且，所述光电倍增管的探测波长为185～900nm，所述光电倍增管与所述钨针电极位于同一水平线。
而且，所述HFCT高频电流传感器的频带为100kHz～50MHz。
而且，所述钨针电极与待测样品的间距为0～0.4mm。
一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量方法，其特征在于：所述测量方法的步骤为：
1)将待测样品放置于黄铜板电极上，并在针-板电极间施加5～10kV的交流电压，激发钨针电极尖端气体放电而侵蚀待测样品，侵蚀时间60～120min；
2)在侵蚀过程中，每间隔5min记录一次电流脉冲信号，每次记录的电流信号波形包含5个周波的数据信息，通过公式计算得到平均放电量Q以及平均放电脉冲数S：
其中：t表示侵蚀时间，单位min；
0.1s表示每记录一次的5个周波时间间隔；
Udpul表示电流脉冲幅值，单位V；
R表示采样电阻阻值，单位Ω；
其中Si表示0.1s下脉冲幅值超过一定电压阈值的局部放电脉冲数量值；
3)光电倍增管测量的光脉冲波形每隔5min记录一次，平均光强值G的计算公式如下：
其中：Ugpul表示示波器采集的光脉冲幅值；
4)在局部放电侵蚀实验结束后时，臭氧传感器记录臭氧气体浓度值N，单位ppm。
5)计算待测样品材料的局部放电耐受性K，计算公式如下：
K＝(G×N×Q)/S
如多个样品测试，可将计算所得的K与某一标准样品的K0进行比对，评估样品的局部放电耐受性。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，采用HFCT、光电倍增管和臭氧传感器三种传感器，从电、光、气体三个方面来综合全面的评估局部放电耐受性能，能够更为准确的展现局部放电侵蚀过程中材料的变化特征。
2、本发明一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，HFCT测量的局部放电频带在100kHz～50MHz之间，适合捕捉各类多传感器聚合物绝缘材料局部放电的脉冲信号；光电倍增管的光谱响应范围为185～900nm，适合捕捉气体放电过程中释放的光学信号；臭氧传感器的精度可达0.1ppm，适合捕捉聚合物裂解和空气放电共同制约的臭氧含量。
3、本发明一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量方法，操作方便，所用提出的特征参数K可直接反映材料的局部放电耐受性强弱。
4、本发明设计科学合理，测量装置结构简单、易于操作、价格便宜、普适性强。
附图说明
图1为本发明测量装置的结构示意图；
图2为本发明不同丙烯基弹性体添加含量下的K值曲线图；
图3为本发明不同丙烯基弹性体添加含量下的薄膜侵蚀深度图。
附图标记说明
1-钨针电极，2-待测样品，3-黄铜板电极，4-HFCT高频电流传感器，5-臭氧传感器，6-光电倍增管，7-高速示波器，8-计算机，9-全封闭绝缘试验箱，10-螺柱，11-亚克力板，12-螺母。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1所示，一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，其特征在于：包括全封闭绝缘试验箱9、高速示波器7、HFCT高频电流传感器4及计算机8，所述全封闭绝缘试验箱内底端平行设置有两根螺柱10，所述螺柱底端之间安装有黄铜板电极3，所述黄铜板电极上放置待测样品2，本实施例中待测样品为聚丙烯基复合物，所述黄铜板电极接地，所述螺柱顶端之间设置有亚克力板11，所述亚格力板上设置有钨针电极1，所述钨针电极对应所述黄铜板电极的中心，钨针电极外接高压交流电源，所述螺柱与黄铜板电极之间、所述螺柱与亚克力板之间均通过螺母12固定；所述全封闭绝缘试验箱箱腔体内还设置有臭氧传感器5及光电倍增管6，所述臭氧传感器连接至所述计算机，所述HFCT高频电流传感器卡装于所述黄铜板电极的接地线上，所述HFCT高频电流传感器及光电倍增管均连接至所述高速示波器。
臭氧传感器的量程大于300ppm，分辨率高于0.1ppm，所述臭氧传感器与待测样品的距离为10～15cm。
光电倍增管的探测波长为185～900nm，所述光电倍增管与所述钨针电极位于同一水平线。
HFCT高频电流传感器的频带为100kHz～50MHz。
钨针电极与待测样品的间距为0～0.4mm。
一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量方法，其特征在于：所述测量方法的步骤为：
1)将聚丙烯基复合物放置于黄铜板电极上，并在针-板电极间施加5～10kV的交流电压，激发钨针电极尖端气体放电而侵蚀聚丙烯基复合物，侵蚀时间60～120min；
2)在侵蚀过程中，每间隔5min记录一次电流脉冲信号，每次记录的电流信号波形包含5个周波的数据信息，通过公式计算得到平均放电量Q以及平均放电脉冲数S：
其中：t表示侵蚀时间，单位min；
0.1s表示每记录一次的5个周波时间间隔；
Udpul表示电流脉冲幅值，单位V；
R表示采样电阻阻值，单位Ω；
其中Si表示0.1s下脉冲幅值超过一定电压阈值的局部放电脉冲数量值；
3)光电倍增管测量的光脉冲波形每隔5min记录一次，平均光强值G的计算公式如下：
其中：Ugpul表示示波器采集的光脉冲幅值；
4)在局部放电侵蚀实验结束后时，臭氧传感器记录臭氧气体浓度值N，单位ppm。
5)计算聚丙烯基复合物的局部放电耐受性K，计算公式如下：
K＝(G×N×Q)/S
如多个样品测试，可将计算所得的K与某一标准样品的K0进行比对，评估样品的局部放电耐受性。
图2为聚丙烯基复合物的局部放电耐受性实验结果，其中添加的弹性体含量为0～30wt％，可见，随着弹性体含量增大，材料的局部放电耐受性K先增强后减弱。
采用高精度3D光学成像仪对以上结果进行验证，如图3所示。可见，随着弹性体含量的增大，侵蚀深度先降低后增大，材料的局部放电耐受性先提高后减弱，印证了图2的结果。从而验证了本发明多传感器评估装置的有效性。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (6)
1.一种多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，其特征在于：包括全封闭绝缘试验箱、高速示波器、HFCT高频电流传感器及计算机，所述全封闭绝缘试验箱内底端平行设置有两根螺柱，所述螺柱底端之间安装有黄铜板电极，所述黄铜板电极上放置待测样品，所述黄铜板电极接地，所述螺柱顶端之间设置有亚克力板，所述亚格力板上设置有钨针电极，所述钨针电极对应所述黄铜板电极的中心，钨针电极外接高压交流电源；所述全封闭绝缘试验箱箱腔体内还设置有臭氧传感器及光电倍增管，所述臭氧传感器连接至所述计算机，所述HFCT高频电流传感器卡装于所述黄铜板电极的接地线上，所述HFCT高频电流传感器及光电倍增管均连接至所述高速示波器。
2.根据权利要求1所述的多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，其特征在于：所述臭氧传感器的量程大于300ppm，分辨率高于0.1ppm，所述臭氧传感器与待测样品的距离为10～15cm。
3.根据权利要求1所述的多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，其特征在于：所述光电倍增管的探测波长为185～900nm，所述光电倍增管与所述钨针电极位于同一水平线。
4.根据权利要求1所述的多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，其特征在于：所述HFCT高频电流传感器的频带为100kHz～50MHz。
5.根据权利要求1所述的多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量装置，其特征在于：所述钨针电极与待测样品的间距为0～0.4mm。
6.根据权利要求1所述的多传感器聚合物绝缘材料局部放电侵蚀耐受性测量方法，其特征在于：所述测量方法的步骤为：
1)将待测样品放置于黄铜板电极上，并在针-板电极间施加5～10kV的交流电压，激发钨针电极尖端气体放电而侵蚀待测样品，侵蚀时间60～120min；
2)在侵蚀过程中，每间隔5min记录一次电流脉冲信号，每次记录的电流信号波形包含5个周波的数据信息，通过公式计算得到平均放电量Q以及平均放电脉冲数S：
其中：t表示侵蚀时间，单位min；
0.1s表示每记录一次的5个周波时间间隔；
Udpul表示电流脉冲幅值，单位V；
R表示采样电阻阻值，单位Ω；
其中Si表示0.1s下脉冲幅值超过一定电压阈值的局部放电脉冲数量值；
3)光电倍增管测量的光脉冲波形每隔5min记录一次，平均光强值G的计算公式如下：
其中：Ugpul表示示波器采集的光脉冲幅值；
4)在局部放电侵蚀实验结束后时，臭氧传感器记录臭氧气体浓度值N，单位ppm。
5)计算待测样品材料的局部放电耐受性K，计算公式如下：
K＝(G×N×Q)/S
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