CN113589111B - 一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电网安全技术领域，尤其涉及一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置及方法，包括电弧发生模块、样品移动模块和数据采集模块，电弧发生模块包括相对设置的第一电极和第二电极，通过第一驱动组件调节电极间距，样品移动模块能够改变楔形样品在对准楔形样品处的厚度，通过第二驱动组件调节样品载体的位置并改变第一电极和第二电极对准处的楔形样品的厚度，通过高压电极两端间距调节与待测材料样品厚度的同步调节，能够连续控制高压电极之间的样品厚度，同时实现待测样品厚度连续调节的同时，减小了离散样品多次测量带来的误差，提高了阻燃绝缘材料击穿临界电压的测量精度。

Description

一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电力电网安全技术领域，尤其涉及一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置及方法。

背景技术

随着聚合材料阻燃技术的进步与成熟，阻燃聚合绝缘件在电力电网系统中被广泛使用，阻燃聚合材料绝缘件的电弧击穿临界电压成为电力系统安全设计的重要参数，涉及变压器、断路器、电缆和高压设备的耐压能力设计。

在电力系统的长期运作下，其中阻燃聚合绝缘件往往会出现老化或者损坏，变电站内可能发生局部放电而诱发高压电弧，造成阻燃绝缘件失效，甚至会引发配电设备的燃烧及蔓延。此外，若线路绝缘子直接暴露于雷电高压冲击，易造成绝缘件的电弧击穿或接地故障，造成重大经济损失。为防治变电站故障电弧以及线路过电压冲击引发的阻燃聚合绝缘子失效，需要发展精确可控的阻燃聚合材料高压电弧击穿临界参数的测量技术，并深入分析阻燃聚合材料的击穿电压强度和耐弧机理。

常用的绝缘材料击穿电压测量方法，针对不同厚度的一系列均匀橡胶样品，需要逐个进行不同电压条件下的击穿与耐压实验，从而得到该材料的击穿电压。对于某一待测材料，需要更换不同厚度的材料样品，进行一系列的击穿尝试实验才能得到相应的击穿临界电压。测量方法繁琐导致实验数据的工程适用性不足。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置及方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置及方法，提升了聚合材料临界击穿电弧的准确性、科学性和可操作性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置，包括：电弧发生模块、样品移动模块和数据采集模块，所述电弧发生模块和所述样品移动模块均与所述数据采集模块相连；

所述电弧发生模块包括沿第一方向相对设置的第一电极和第二电极，所述第二电极固定设置在固定座上，所述第一电极通过第一驱动组件驱动沿所述第一方向朝所述第二电极靠近或者远离；

所述样品移动模块包括样品载体和第二驱动组件，所述样品载体设置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述第二驱动组件能够驱动所述样品载体沿第二方向移动，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

进一步地，所述第一驱动组件包括第一电机、第一滚珠丝杆和滑块，所述第一电极固定设置在所述滑块上，所述滑块与所述第一滚珠丝杆螺接，所述第一滚珠丝杆通过所述第一电机驱动转动。

进一步地，所述第二驱动组件包括滑轨、第二滚珠丝杆和第二电机，所述滑轨和所述第二滚珠丝杆均沿所述第二方向设置；

所述样品载体设置在所述滑轨上并与其滑动连接，且所述样品载体与所述第二滚珠丝杆螺接，所述第二滚珠丝杆通过所述第二电机驱动转动。

进一步地，所述第一电机和所述第二电机分别通过第一控制模块和第二控制模块控制，所述第一控制模块和所述第二控制模块均与所述数据采集模块相连。

进一步地，所述第一电极和所述第二电极通过高压电源提供电压，且在所述第一电极和所述第二电极处还设置有电压表用于测量两者间的电压，所述电压表与所述数据采集模块相连。

进一步地，在所述高压电源和所述电弧发生模块之间还设置有变压器和电流表。

一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量方法，应用于上述阻燃聚合材料电弧击穿临界电压测量装置中，包括如下步骤：

S1：将待测材料设置为楔形放置在样品载体上，楔形样品的长度方向沿第二方向设置，设置楔形样品的长度-厚度比值为k；

S2：通过第二控制模块控制第二电机，调节样品载体的位置，使设置在样品载体上的楔形样品长度方向的一端与第一电极和第二电极对准设置；

S3：通过第一控制模块控制第一电机，调节第一电极和第二电极之间的距离与其对准处楔形样品的宽度相同；

S4：设置高压电源的电压，设置第一电机的转速V1和第二电机的转速V2，设置V2/V1=k；

S5：启动高压电源，并同时启动第一电机和第二电机；

S6：当电压表所测数值发生急剧变动时，触发第一控制模块和第二控制模块，使第一电机和第二电机停止转动，此时第一电极和第二电极所对准的楔形样品厚度，即为设置电压下待测楔形样品对准厚度的击穿电压值；

S7：保存数据，停止试验。

进一步地，在楔形样品的放置过程中，楔形样品设置有斜面的两侧分别朝向第一电极和第二电极设置，一侧与第二电极垂直设置，另一侧与第一电极呈固定角度倾斜设置。

进一步地，当第一电极和第二电极对准处的楔形样品宽度由薄变厚时，第一电机驱动第一电极远离第二电极；

当第一电极和第二电极对准处的楔形样品宽度由厚变薄时，第一电机驱动第一电极靠近第二电极。

本发明的有益效果为：

本发明所公开的测量装置配合楔形结构的待测样品，通过高压电极两端间距调节与待测材料样品厚度的同步调节，能够连续控制高压电极之间的样品厚度，巧妙实现待测样品厚度连续调节的同时，减小了离散样品多次测量带来的误差，提高了阻燃绝缘材料击穿临界电压的测量精度；

本发明提出了阻燃绝缘材料击穿临界电压的两种测量方式，即“由厚向薄的起弧式”和“由薄向厚的灭弧式”测量方式，实现了绝缘材料击穿临界电压下限值与上限值的同时测量，为阻燃绝缘安全设计和选型提供了更准确、实用、可靠的关键参数。

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中记载的一些实施例，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为本发明实施例中电弧击穿临界电压测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中测量装置的电路示意图。

附图标记：1、电弧发生模块；11、第一电极；12、第二电极；13、固定座；14、第一驱动组件；141、第一电机；142、第一滚珠丝杆；143、滑块；144、第一控制模块；2、样品移动模块；21、样品载体；22、第二驱动组件；221、滑轨；222、第二滚珠丝杆；223、第二电机；224、第二控制模块；3、数据采集模块；41、高压电源；42、电压表；43、变压器；44、电流表；5、楔形样品；6、第一方向；7、第二方向。

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一 个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用 的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目 的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示的一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置，包括电弧发生模块1、样品移动模块2和数据采集模块3，电弧发生模块1和样品移动模块2均与数据采集模块3相连；电弧发生模块1包括沿第一方向6相对设置的第一电极11和第二电极12，第二电极12固定设置在固定座13上，第一电极11通过第一驱动组件14驱动沿第一方向6朝第二电极12靠近或者远离；样品移动模块2包括样品载体21和第二驱动组件22，样品载体21设置在第一电极11和第二电极12之间，第二驱动组件22能够驱动样品载体21沿第二方向7移动，第一方向6与第二方向7垂直设置。

在本发明中，待测样品采用楔形样品进行阻燃聚合材料电弧击穿的临界电压值，将楔形样品放置在样品移动模块2中，通过电弧发生模块1中的第一电极11和第二电极12产生的高压电弧对准楔形样品5的不同厚度进行击穿测试，通过数据采集模块3记录当楔形样品5被击穿时第一电极11和第二电极12之间的电压，此时第一电极11和第二电极12对准楔形样品5处的样品厚度即为设置电压下，阻燃聚合材料被击穿时样品厚度。

在具体测试过程中，通过第一驱动组件14调节第一电极11和第二电极12之间的间距，通过第二驱动组件22调节样品载体21的位置并改变第一电极11和第二电极12对准处的楔形样品5的厚度，通过高压电极两端间距调节与待测材料样品厚度的同步调节，能够连续控制高压电极之间的样品厚度，巧妙实现待测样品厚度连续调节的同时，减小了离散样品多次测量带来的误差，提高了阻燃绝缘材料击穿临界电压的测量精度。

作为上述实施例的优选，第一驱动组件14包括第一电机141、第一滚珠丝杆142和滑块143，第一电极11固定设置在滑块143上，滑块143与第一滚珠丝杆142螺接，第一滚珠丝杆142通过第一电机141驱动转动，并带动与其螺接的滑块143沿其长度方向移动，由此调节第一电极11与第二电极12之间的间距。

进一步地，第二驱动组件22包括滑轨221、第二滚珠丝杆222和第二电机223，滑轨221和第二滚珠丝杆222均沿第二方向7设置；样品载体21设置在滑轨221上并与其滑动连接，且样品载体21与第二滚珠丝杆222螺接，第二滚珠丝杆222通过第二电机223驱动转动，并带动与其螺接的样品载体21沿其长度方向移动，样品载体21能够带动设置在其上的楔形样品5移动，进而改变第一电极11与第二电极12对准处的楔形样品5厚度。

其中，第一电机141和第二电机223分别通过第一控制模块144和第二控制模块224控制，第一控制模块144和第二控制模块224均与数据采集模块3相连。第一电极11和第二电极12通过高压电源41提供电压，且在第一电极11和第二电极12处还设置有电压表42用于测量两者间的电压，电压表42与数据采集模块3相连。在高压电源41和电弧发生模块1之间还设置有变压器43和电流表44。

具体的，楔形样品5位于第一电极11与第二电极12之间，且该待测楔形样品5的平面底面垂直于第二电极12设置，第一电极11和第二电极12分别连接高压电源41的正负两极，第一电极11和第二电极12之间连接一个电压表42并与数据采集模块3相连，电压表42同时接入第一控制模块144和第二控制模块224，作为两个控制模块的一个控制参数。

作为本发明的一种优选实施例，采用“由厚向薄的起弧式”进行测量，具体包括如下步骤：S1：将待测材料设置为楔形放置在样品载体21上，楔形样品5的长度方向沿第二方向7设置，设置楔形样品5的长度-厚度比值为k；S2：通过第二控制模块224控制第二电机223，调节样品载体21的位置，使设置在样品载体21上的楔形样品5厚度最宽处对准高压电极；S3：通过第一控制模块144控制第一电机141，调节第一电极11和第二电极12之间的距离与其对准处楔形样品5的宽度相同；S4：设置高压电源41的电压，设置第一电机141的转速V1和第二电机223的转速V2，设置V2/V1=k；S5：启动高压电源41，并同时启动第一电机141和第二电机223，使楔形样品5对准高压电极处的厚度逐渐变薄，并使第一电极11朝向第二电极12移动；S6：当电压表42所测数值急剧减小时，触发第一控制模块144和第二控制模块224，使第一电机141和第二电机223停止转动，此时第一电极11和第二电极12所对准的楔形样品5厚度，即为设置电压下待测楔形样品5对准厚度的击穿电压强度上限值；S7：保存数据，停止试验。

作为本发明的另一种优选实施例，采用“由薄向厚的起弧式”进行测量，具体包括如下步骤：S1：将待测材料设置为楔形放置在样品载体21上，楔形样品5的长度方向沿第二方向7设置，设置楔形样品5的长度-厚度比值为k；S2：通过第二控制模块224控制第二电机223，调节样品载体21的位置，使设置在样品载体21上的楔形样品5长度方向最薄的一端与第一电极11和第二电极12对准设置；S3：通过第一控制模块144控制第一电机141，调节第一电极11和第二电极12之间的距离与其对准处楔形样品5的宽度相同；S4：设置高压电源41的电压，设置第一电机141的转速V1和第二电机223的转速V2，设置V2/V1=k；S5：启动高压电源41，并同时启动第一电机141和第二电机223，使楔形样品5对准高压电极处的厚度逐渐变厚，并使第一电极11朝向远离第二电极12的方向移动；S6：当电压表42所测数值急剧增大时，触发第一控制模块144和第二控制模块224，使第一电机141和第二电机223停止转动，此时第一电极11和第二电极12所对准的楔形样品5厚度，即为设置电压下待测楔形样品5对准厚度的击穿电压强度下限值；S7：保存数据，停止试验。

进一步地，作为上述两种实施例的优选，在楔形样品5的放置过程中，楔形样品5设置有斜面的两侧分别朝向第一电极11和第二电极12设置，一侧与第二电极12垂直设置，另一侧与第一电极11呈固定角度倾斜设置。便于第一驱动组件14驱动第一电极11朝向楔形样品5的倾斜面靠近或者远离，在测试中通过随楔形样品5厚度的调节同步调节高压电极两端间距。

具体的，当第一电极11和第二电极12对准处的楔形样品5宽度由薄变厚时，第一电机141驱动第一电极11远离第二电极12；采用“由薄向厚的起弧式”进行测量。当第一电极11和第二电极12对准处的楔形样品5宽度由厚变薄时，第一电机141驱动第一电极11靠近第二电极12，采用“由厚向薄的起弧式”进行测量。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置，其特征在于，包括：电弧发生模块（1）、样品移动模块（2）和数据采集模块（3），所述电弧发生模块（1）和所述样品移动模块（2）均与所述数据采集模块（3）相连；

所述电弧发生模块（1）包括沿第一方向（6）相对设置的第一电极（11）和第二电极（12），所述第二电极（12）固定设置在固定座（13）上，所述第一电极（11）通过第一驱动组件（14）驱动沿所述第一方向（6）朝所述第二电极（12）靠近或者远离；

所述样品移动模块（2）包括样品载体（21）和第二驱动组件（22），所述样品载体（21）设置在所述第一电极（11）和所述第二电极（12）之间，所述第二驱动组件（22）能够驱动所述样品载体（21）沿第二方向（7）移动，所述第一方向（6）与所述第二方向（7）垂直设置；

在所述样品移动模块（2）中放置有楔形样品（5），通过所述第一电极（11）和所述第二电极（12）间产生的高压电弧对准所述楔形样品（5）的不同厚度进行击穿测试，所述数据采集模块（3）记录所述楔形样品（5）被击穿时所述第一电极（11）和所述第二电极（12）之间的电压，此时对应所述楔形样品（5）厚度即为设置电压下，阻燃聚合材料被击穿时样品厚度。

2.根据权利要求1所述的阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置，其特征在于，所述第一驱动组件（14）包括第一电机（141）、第一滚珠丝杆（142）和滑块（143），所述第一电极（11）固定设置在所述滑块（143）上，所述滑块（143）与所述第一滚珠丝杆（142）螺接，所述第一滚珠丝杆（142）通过所述第一电机（141）驱动转动。

3.根据权利要求2所述的阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置，其特征在于，所述第二驱动组件（22）包括滑轨（221）、第二滚珠丝杆（222）和第二电机（223），所述滑轨（221）和所述第二滚珠丝杆（222）均沿所述第二方向（7）设置；

所述样品载体（21）设置在所述滑轨（221）上并与其滑动连接，且所述样品载体（21）与所述第二滚珠丝杆（222）螺接，所述第二滚珠丝杆（222）通过所述第二电机（223）驱动转动。

4.根据权利要求3所述的阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置，其特征在于，所述第一电机（141）和所述第二电机（223）分别通过第一控制模块（144）和第二控制模块（224）控制，所述第一控制模块（144）和所述第二控制模块（224）均与所述数据采集模块（3）相连。

5.根据权利要求4所述的阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置，其特征在于，所述第一电极（11）和所述第二电极（12）通过高压电源（41）提供电压，且在所述第一电极（11）和所述第二电极（12）处还设置有电压表（42）用于测量两者间的电压，所述电压表（42）与所述数据采集模块（3）相连。

6.根据权利要求5所述的阻燃聚合材料电弧击穿临界电压的测量装置，其特征在于，在所述高压电源（41）和所述电弧发生模块（1）之间还设置有变压器（43）和电流表（44）。

7.一种方法，应用于权利要求1~6中任一项所述的阻燃聚合材料电弧击穿临界电压测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将待测材料设置为楔形放置在样品载体（21）上，楔形样品（5）的长度方向沿第二方向（7）设置，设置楔形样品（5）的长度-厚度比值为k；

S2：通过第二控制模块（224）控制第二电机（223），调节样品载体（21）的位置，使设置在样品载体（21）上的楔形样品（5）长度方向的一端与第一电极（11）和第二电极（12）对准设置；

S3：通过第一控制模块（144）控制第一电机（141），调节第一电极（11）和第二电极（12）之间的距离与其对准处楔形样品（5）的宽度相同；

S4：设置高压电源（41）的电压，设置第一电机（141）的转速V1和第二电机（223）的转速V2，设置V2/V1=k；

S5：启动高压电源（41），并同时启动第一电机（141）和第二电机（223）；

S6：当电压表（42）所测数值发生急剧变动时，触发第一控制模块（144）和第二控制模块（224），使第一电机（141）和第二电机（223）停止转动，此时第一电极（11）和第二电极（12）所对准的楔形样品（5）厚度，即为设置电压下待测楔形样品（5）对准厚度的击穿电压值；

S7：保存数据，停止试验。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在楔形样品（5）的放置过程中，楔形样品（5）设置有斜面的两侧分别朝向第一电极（11）和第二电极（12）设置，一侧与第二电极（12）垂直设置，另一侧与第一电极（11）呈固定角度倾斜设置。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当第一电极（11）和第二电极（12）对准处的楔形样品（5）宽度由薄变厚时，第一电机（141）驱动第一电极（11）远离第二电极（12）；

当第一电极（11）和第二电极（12）对准处的楔形样品（5）宽度由厚变薄时，第一电机（141）驱动第一电极（11）靠近第二电极（12）。