CN113985230B - 一种温度梯度下的击穿测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及击穿测试装置技术领域，具体涉及一种温度梯度下的击穿测试装置。所述温度梯度下的击穿测试装置包括：壳体；绝缘试样，固定在所述壳体内；高压电极，位于所述壳体内且与所述绝缘试样厚度方向的一侧相接触；低压电极，位于所述壳体内且与所述绝缘试样厚度方向的另一侧相接触；加热机构，适于对所述高压电极或低压电极进行加热。本发明提供的温度梯度下的击穿测试装置，可控制高压电极与低压电极达到不同的温度，形成温度梯度，从而实现温度梯度下的击穿测量，克服了现有技术中击穿测试装置不能满足温度梯度下测量的缺陷。

Description

一种温度梯度下的击穿测试装置

技术领域

本发明涉及击穿测试装置技术领域，具体涉及一种温度梯度下的击穿测试装置。

背景技术

绝缘材料的击穿性能代表其最高耐受电压，是确定设备绝缘设计的关键指标。击穿性能的检测通过击穿测试装置完成。击穿测试装置包括高压电极、低压电极，待测绝缘试样位于两个电极之间。现有击穿测试装置测试时两个电极处于同一介质(空气或油)中，两个电极的温度相同，无法对两个电极温度不同的情况进行测试，不能满足温度梯度下的测试。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中击穿测试装置不能满足温度梯度下测量的缺陷，从而提供一种能够实现温度梯度下测量的击穿测试装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种温度梯度下的击穿测试装置，包括：

壳体；

绝缘试样，固定在所述壳体内；

高压电极，位于所述壳体内且与所述绝缘试样厚度方向的一侧相接触；

低压电极，位于所述壳体内且与所述绝缘试样厚度方向的另一侧相接触；

加热机构，适于对所述高压电极或低压电极进行加热。

可选的，与所述加热机构配合的高压电极或低压电极为空心电极，所述加热机构包括：

加热件，位于所述高压电极或低压电极的空腔内；

加热电源，位于所述壳体外，且与所述加热件串联形成加热回路；

温度传感器，位于所述空腔内，且适于检测电极温度；

控制器，位于所述壳体外且串接在所述加热回路中，所述控制器与所述温度传感器连接，所述控制器接收到大于预设值的温度信号时控制所述加热回路断开，所述控制器接收到小于预设值的温度信号时控制所述加热回路接通。

可选的，所述加热机构适于对所述低压电极进行加热，所述低压电极接地。

可选的，所述壳体的底板接地，所述低压电极与所述底板连接。

可选的，所述高压电极连接有高压源，所述高压源未与所述高压电极连接的一端接地。

可选的，所述加热件为PTC加热元件，所述温度传感器为热电偶。

可选的，所述绝缘试样包括：

试样本体，其内部设有适于容置并引出电极的两个柱状空腔，两个所述柱状空腔间隔共线布置且间距为待测绝缘厚度值，所述试样本体沿所述柱状空腔轴向上的两个端面开设有环形槽，所述柱状空腔位于所述环形槽所围区域内。

可选的，所述环形槽的槽形为U型。

可选的，所述环形槽的外侧槽壁高于其内侧槽壁。

可选的，所述环形槽的拐角处皆为圆角。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的温度梯度下的击穿测试装置，设有加热机构，加热机构与高压电极或低压电极连接，能够对高压电极或低压电极进行加热，未与加热机构连接的低压电极或高压电极则在使用时置于介质中，其温度由介质温度决定。如此，可控制高压电极与低压电极达到不同的温度，形成温度梯度，从而实现温度梯度下的击穿测量，克服了现有技术中击穿测试装置不能满足温度梯度下测量的缺陷。当然，也可控制两个电极的温度相同，完成现有技术中击穿测试装置的同温度测试，这样即可进行同温度测试，又可进行温度梯度下测试，扩大了本装置的适用范围。

2.本发明提供的温度梯度下的击穿测试装置，将与加热机构配合的高压电极或低压电极设置为空心电极，加热机构能够通过该空心电极形成的空腔，完成空间的拓展以在壳体外部完成相关零部件的安装，结构设计巧妙，空间布置合理。

3.本发明提供的温度梯度下的击穿测试装置，低压电极接地，一方面能够提供0V等电位屏蔽，另一方面能够为试样击穿后的大电流提供泄放通道。

4.本发明提供的温度梯度下的击穿测试装置，在电极空腔内置PTC加热元件和热电偶，能够实现电极准确控温。

5.本发明提供的温度梯度下的击穿测试装置，试样本体沿所述柱状空腔轴向上的两个端面开设有环形槽，柱状空腔位于环形槽所围的区域内。当进行击穿测试时，试样本体的外侧沿面电场方向部分与闪络发展方向相反，利用自身电场分量可阻止沿面闪络发展，阻止沿面闪络的性能强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例击穿测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例绝缘试样(包含电极)的结构示意图；

图3为本发明实施例绝缘试样加工模具的结构剖视图；

图4为本发明实施例绝缘试样仿真图；

图5为本发明实施例测试数据Weibull分布拟合图。

附图标记说明：

1、壳体；2、绝缘试样；21、柱状空腔；22、环形槽；3、高压电极；4、低压电极；5、加热机构；51、加热件；52、加热电源；53、温度传感器；54、控制器；6、高压源；7、均压罩；8、阻容分压器；9、加工模具；91、第一模；911、第一模腔；912、第一电极腔；913、注塑口；92、第二模；921、第二模腔；922、第二电极腔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

参照图1，本实施例提供的温度梯度下的击穿测试装置，包括壳体1、绝缘试样2、高压电极3、低压电极4及加热机构5。

壳体1，主要用以形成测试环境，为其他部件提供硬件支撑。具体可以采用图1中的上端开口结构，也可以在开口处配置可拆卸安装的盖体，只要预留出电极线出口即可，这是本领域人员容易设计的。

绝缘试样2，固定在壳体1内。绝缘试样2主要用以形成标准厚度的待测绝缘，可以是常用的平板状，也可以是如专利CN110068754A的环形波纹结构，或是其他常见结构。

高压电极3，位于壳体1内且与绝缘试样2厚度方向的一侧相接触。高压电极3为能够达到高压的要求，一般连接有高压源6。

低压电极4，位于壳体1内且与绝缘试样2厚度方向的另一侧相接触。低压电极4可以是连接有低压源或直接接地。

加热机构5，适于对高压电极3或低压电极4进行加热。具体采用加热片或加热管或其他常用加热结构即可。

本实施例的击穿测试装置，通过加热机构5可以控制高压电极3或低压电极4的温度，通过填充于壳体1内的液体介质可以控制未与加热机构5连接的低压电极4或高压电极3的温度，从而可控制两电极温度的不同，形成温度梯度，从而实现温度梯度下的击穿测量。

本实施例为实现加热机构5与对应电极的连接，提供一种如下优选方案：与加热机构5配合的高压电极3或低压电极4为空心电极，加热机构5包括：

加热件51，位于高压电极3或低压电极4的空腔内；加热件51采用加热片、加热带或红外辐射加热管等常见加热结构皆可，优选采用PTC加热元件；

加热电源52，位于壳体1外，且与加热件51串联形成加热回路；

温度传感器53，位于空腔内，且适于检测电极温度；具体采用能够检测温度值的常用温度传感器53即可，优选采用热电偶；

控制器54，位于壳体1外且串接在加热回路中，控制器54与温度传感器53连接，控制器54接收到大于预设值的温度信号时控制加热回路断开，控制器54接收到小于预设值的温度信号时控制加热回路接通。

上述优选方案，具有如下效果：

一方面，空心电极使得加热机构5的安装空间延伸到了壳体1外，更加方便其他部件的安装；另一方面，控制器54、温度传感器53及加热件51的配合，能够实现电极温度的自动调节，使其保持在预设温度值，从而为测试提供一个较为准确的温度值。

优选的，加热机构5适于对低压电极4进行加热，低压电极4接地。相对于加热高压电极3而言，加热低压电极4并且将低压电极4接地，能够大幅度降低安全风险。当然，其他实施例中也可将加热机构5对高压电极3进行加热。

优选的，壳体1的底板接地，低压电极4与底板连接。这种结构空间布置更加合理，与高压源67等其他部件的连接在空间上也更加方便。

优选的，高压电极3连接有高压源6，高压源6未与高压电极3连接的一端接地。

具体的，高压电极3与高压源6之间设有均压罩7。由于谐振产生高电压,会在谐振线路里局部电场不均,均压罩7的作用就是使局部电场均匀。

具体的，在均压罩7与高压源6之间串接有限流电阻；高压源6并联有用于测量其电压的阻容分压器8。

参照图2，本实施例提供一种优选的绝缘试样2结构，包括：

试样本体，其内部设有适于容置并引出电极的两个柱状空腔21，两个柱状空腔21间隔共线布置且间距为待测绝缘厚度值，试样本体沿柱状空腔21轴向上的两个端面开设有环形槽22，柱状空腔21位于环形槽22所围区域内。这里的“引出”是指引至试样本体外。试样本体的加工可以采用注塑一体成型，或者拼接结构等皆可。电极有两个，其中一个为低压电极4，另一个为高压电极3。两个柱状空腔21之间即为待测绝缘，其间距即为待测绝缘的厚度值。

上述优选的绝缘试样2结构具有如下效果：在表面设置有环形槽22，并且将电极置于环形槽22所围区域内，这样沿绝缘试样2的表面闪络时，必会越过环形槽22，从而使得部分路径上的闪络方向与电场方向相反，利用自身电场分量可阻止沿面闪络发展，增强阻止沿面闪络的性能。

优选的，环形槽22的槽形为U型。U型槽加工更加方便。当然，其他实施例中，采用V型或梯形或其他常见形状皆可。

优选的，环形槽22的外侧槽壁高于其内侧槽壁，更加利于抑制闪络的发展。

优选的，环形槽22的拐角处皆为圆角。圆角能够减少U型结构的局部场强，防止局部场强畸变加速闪络发展过程。

优选的，环形槽22位于试样本体端面的边缘部。当然，其他实施例中，也可将环形槽22开设于试样本体端面靠近中心的部位。

需要注意的是，本实施例中的绝缘试样2如果采用注塑成型的加工方式时，需将两个电极先固定在模具中，用标准厚度的金属片将两个电极相隔，最后进行注塑。成型后的产品其实是本实施例所述的绝缘试样2和两个电极组合后的整体。

本优选的绝缘试样2在壳体1内装配时，可使得柱状空腔21垂直于壳体1的底板进行固定安装，这样空间布置更加合理，与高压源6等其他部件的连接在空间上也更加方便。

参照图3，上述绝缘试样2的加工模具9，包括：

第一模91，内设第一模腔911和第一电极腔912，第一电极腔912适于容置并引出一个电极，第一电极腔912与第一模腔911相通；

第二模92，内设第二模腔921和第二电极腔922，第二电极腔922适于容置并引出另一个电极，第二电极腔922与第二模腔921相通；

第二模92适于与第一模91拼接以使第一模腔911和第二模腔921共同形成适于成型前述绝缘试样2的成型空腔，第一模91或第二模92开设有与成型空腔连通的注塑口913。

使用时，将两个电极分别插入第一电极腔912和第二电极腔922内，并在两个电极之间置入标准厚度的金属片，最后借助高压力将高温融化聚合物从注塑口913挤入空腔内，完成绝缘试样2的成型加工。

具体的，第一模91和第二模92可通过螺钉或卡扣或磁吸等方式完成可拆卸固定连接。

本加工模具9中，通过标准厚度的金属片保证两个电极之间的间距：首先将一个电极固定在对应模具上，再将金属片放置或固定在该电极端部，调整另一电极的位置使得两电极、金属片紧密接触，最后将另一电极固定在对应模具上。

作为具体的实现形式，下面以某一具体的聚合物绝缘材料为例，对本装置的使用过程进行详细介绍。

步骤1：设计模具浇筑绝缘试样2，通过标准厚度的金属片控制电极间距，固定高压电极3与低压电极4后撤去金属片；通过图3所示模具挤塑压制的绝缘试样2如图2所示；绝缘试样2的1/4切面图呈现U型，U型的外侧比内侧要高，所有的拐角均做圆角处理。

步骤2：对绝缘试样2进行有限元静电场仿真，高压电极3施加500kV电压，绝缘试样2的介电常数设为2.3，硅油介电常数为2.7，仿真结果如图4所示，绝缘试样2U型结构的外侧沿面电场方向与闪络发展方向相反。

步骤3、在空心低压电极4内部设置PTC发热元件和热电偶，并将绝缘试样2固定在壳体1内，向壳体1内注入硅油，PTC发热元件和热电偶与加热电源52和控制器54相连控制低压电极4的温度为70℃；高压电极3与硅油油温一致，温度为23℃。

步骤4、将高压源6通过限流电阻连接至高压电极3，高压电极3上方设有均压罩7用于均匀电压；低压电极4固定在底座金属接地板上。

步骤5、低压电极4的温度稳定5min后进行击穿测量，施加电压升压速率为2kV/s，直至试样发生击穿，击穿电压由阻容分压器8测量，并通过测量装置采集。

步骤6、击穿结束后更换U型绝缘试样2，重复测试10组数据，所有绝缘试样2均在试样内部发生击穿，未发生沿面闪络现象。如图5所示，对该组数据进行Weibull分布拟合，取击穿概率为63.2％的击穿场强为特征击穿场强。

本实施例在温度梯度下测量聚合物厚绝缘的击穿性能。在低压电极4温度为70℃，高压电极3温度为23℃的状况下，2mm厚绝缘试样2的特征击穿场强为214kV/mm，如图5所示。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种温度梯度下的击穿测试装置，其特征在于，包括：

壳体(1)；

绝缘试样(2)，固定在所述壳体(1)内；所述绝缘试样(2)包括：试样本体，其内部设有适于容置并引出电极的两个柱状空腔(21)，两个所述柱状空腔(21)间隔共线布置且间距为待测绝缘厚度值，所述试样本体沿所述柱状空腔(21)轴向上的两个端面开设有环形槽(22)，所述柱状空腔(21)位于所述环形槽(22)所围区域内；

高压电极(3)，位于所述壳体(1)内且与所述绝缘试样(2)厚度方向的一侧相接触；

低压电极(4)，位于所述壳体(1)内且与所述绝缘试样(2)厚度方向的另一侧相接触；

加热机构(5)，适于对所述高压电极(3)或低压电极(4)进行加热。

2.根据权利要求1所述的温度梯度下的击穿测试装置，其特征在于，与所述加热机构(5)配合的高压电极(3)或低压电极(4)为空心电极，所述加热机构(5)包括：

加热件(51)，位于所述高压电极(3)或低压电极(4)的空腔内；

加热电源(52)，位于所述壳体(1)外，且与所述加热件(51)串联形成加热回路；

温度传感器(53)，位于所述空腔内，且适于检测电极温度；

控制器(54)，位于所述壳体(1)外且串接在所述加热回路中，所述控制器(54)与所述温度传感器(53)连接，所述控制器(54)接收到大于预设值的温度信号时控制所述加热回路断开，所述控制器(54)接收到小于预设值的温度信号时控制所述加热回路接通。

3.根据权利要求2所述的温度梯度下的击穿测试装置，其特征在于，所述加热机构(5)适于对所述低压电极(4)进行加热，所述低压电极(4)接地。

4.根据权利要求3所述的温度梯度下的击穿测试装置，其特征在于，所述壳体(1)的底板接地，所述低压电极(4)与所述底板连接。

5.根据权利要求4所述的温度梯度下的击穿测试装置，其特征在于，所述高压电极(3)连接有高压源(6)，所述高压源(6)未与所述高压电极(3)连接的一端接地。

6.根据权利要求2所述的温度梯度下的击穿测试装置，其特征在于，所述加热件(51)为PTC加热元件，所述温度传感器(53)为热电偶。

7.根据权利要求1所述的温度梯度下的击穿测试装置，其特征在于，所述环形槽(22)的槽形为U型。

8.根据权利要求7所述的温度梯度下的击穿测试装置，其特征在于，所述环形槽(22)的外侧槽壁高于其内侧槽壁。

9.根据权利要求7所述的温度梯度下的击穿测试装置，其特征在于，所述环形槽(22)的拐角处皆为圆角。