CN115685000B - 一种精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于绝缘介质泄漏电流测量技术领域，具体是一种精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流测量系统。系统包括恒温恒湿隔离箱、支撑架、弹簧拉杆、高压电极、样品支座、测试电极、保护电极、万向轴悬臂、桥臂温湿度传感器、支撑加热板、高压直流电源、静电计、单片机及电脑上位机终端。所述单片机可采集腔体实时温湿度、控制加热器启停，调节腔体温度，并将测量结果上传至所述电脑上位机终端。所述静电计采集样品漏电流变化趋势，上传至电脑上位机终端，所述电脑上位机采集与存储系统温度、湿度、以及泄漏电流测量数据。本发明解决了现有方法难以实现对复杂温湿度梯度环境下绝缘介质泄漏电流精确测量的技术问题。

Description

一种精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流测量系统

技术领域

本发明属于绝缘介质泄漏电流测量技术领域，具体是一种精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流测量系统。

背景技术

泄漏电流是评估绝缘材料性能的重要参数。泄露电流是指在没有故障情况下，施加电压在绝缘材料其周围介质或者表面流过的电流。如何确定加压后泄漏电流数值稳定区间是对泄漏电流数值准确性的一个前提。

针对绝缘材料泄漏电流的测量，传统测量过程多采用高压直流装置或耐压装置供给电源，微安表直接读取泄漏电流示数。但是由于泄漏电流的稳定数值往往无法通过短时数据读取记录的方式确定，在数据采集阶段，现有测量区间均以加热腔体到达可程式控制器预设温湿度后20-30min为测量起点，但实际样品附近的温湿度处于信息盲区，并且测量过程中由于测量周期较长，测试腔体内部的环境参量以及高压源所引起的电磁信号干扰也会间接影响到泄漏电流的测量结果，相关采集终端的数据处理以及存储也较为繁琐。因此，亟需探究一种精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流测量系统，解决现役测量系统中受环境及外部信号干扰下的泄漏电流测量与数据处理的应用问题。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题与缺陷，本发明的目的是提供一种精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流测量系统，以解决现有方法难以实现精准温湿度环境下绝缘介质泄漏电流精确测量的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流测量系统，包括：恒温恒湿隔离箱、支撑架、弹簧拉杆、高压电极、样品支座、测试电极、保护电极、万向轴悬臂、桥臂温湿度传感器、支撑加热板、高压直流电源、静电计、单片机及电脑上位机终端。

所述支撑架安装在所述恒温恒湿隔离箱内，所述支撑架包括上支撑板、下支撑板及多个支撑柱，所述上支撑板与所述下支撑板平行间隔设置，所述多个支撑柱安装在所述上支撑板与所述下支撑板之间；

所述弹簧拉杆具有上端和下端，所述弹簧拉杆上端与所述上支撑板的底面固装连接；所述高压电极与所述弹簧拉杆的下端固装连接；

所述样品支座固装在所述下支撑板的顶面，位于所述高压电极的下方；所述测试电极嵌装在所述样品支座内，所述测试电极具有上端和下端，所述测试电极的上端与所述样品支座的顶面平齐，所述测试电极的下端穿透所述下支撑板；

所述保护电极为两个，安装在所述样品支座的顶部，位于所述测试电极的两侧；

所述万向轴悬臂具有上端和下端，所述万向轴悬臂的上端安装在所述上支撑板的底面，围绕所述弹簧拉杆；所述桥臂温湿度传感器安装在所述万向轴悬臂的下端；

所述支撑加热板安装在所述恒温恒湿隔离箱内，位于所述支撑架的下方，与所述下支撑板平行间隔设置；

所述高压直流电源安装在所述恒温恒湿隔离箱外侧，通过连接线与所述高压电极连接；所述静电计安装在所述恒温恒湿隔离箱外侧，通过连接线与所述测试电极连接；

所述单片机安装在所述恒温恒湿隔离箱外侧，通过连接线与所述桥臂温湿度传感器连接，所述单片机经光耦隔离后与所述支撑加热板连接，并控制支撑加热板启停，进而调整腔体内温湿度。

所述电脑上位机终端安装在所述恒温恒湿隔离箱外侧，与所述静电计有线连接，与所述单片机无线连接；

所述桥臂温湿度传感器经通讯线与所述单片机连接，所述单片机构建下位机A，实时采集腔体温湿度，上传至所述电脑上位机终端；

所述静电计构建下位机B，采集样品漏电流变化趋势，上传至电脑上位机终端，所述电脑上位机终端采集与存储系统温度、湿度、以及泄漏电流测量数据。

进一步地，所述高压电极通过弹簧拉杆与顶端十字螺栓构成可拆卸的压紧电极。

进一步地，所述桥臂温湿度传感器经RS-485通讯线与所述单片机连接。

进一步地，所述单片机采用ESP8266单片机构建局域网下位机A平台，并实时进行AD/DA模数转换与数据无线上传。

进一步地，所述电脑上位机终端采用Labview IDE搭建可视化平台，基于VISA模块建立与下位机A及下位机B的双机通讯。

进一步地，保护电极、高压直流电源的接地端、静电计的接地端以及恒温恒湿隔离箱的外部金属外壳均接地。

进一步地，所述支撑加热板为内置有电加热阻丝，其工作电源为220V，与单片机经光耦隔离后相连接，由单片机控制。由电脑上位机上设置控制温度后，下发指令至单片机，单片机控制支撑加热板启动和停止，与桥臂温湿度传感器测量温度形成反馈。

本发明技术效果如下：

1.本发明泄漏电流测量系统配合恒温恒湿隔离箱、下位机与上位机终端实现对绝缘样品泄露电流及环境参量的稳定测量。具有电极板易拆卸更换、设计可安装四处温湿度桥臂温湿度传感器、且搭配万向轴悬臂实现对测试环境的多点准确测量评估的特点；测量系统的通讯结构通过下位机A采集绝缘介质泄漏电流测量装置的温湿度参量，下位机B接受上位机终端指令，在程序条件完成后开始测量，上位机实时采集并绘制电流、温度及湿度数据波形，为测试人员提供可视化界面，方便对测量过程中出现的数据波动及时修正，提高测量的效率与精度。

2.本发明能够避免环境温湿度以及电磁干扰对测量结果的影响，采用了恒温恒湿隔离箱作为测试阶段样片的主要测量腔体。在试验人员使用中，可依据数据手册以及样品的工程应用的环境温度，对测量腔体内的温湿度进行程序控制；

3.本发明采用的实验腔体内壁为铁板材质，留有观察窗口，可对电磁信号进行隔离，并可根据测量的需要可对观察窗口使用锡纸等隔离材料进行封闭，已达到更好的检测结果。

4.考虑到传统夹具装置的固化性、测量环境监测的设计缺陷。本发明泄漏电流测量系统可依据测量样本径距进行极板更换，依据测量要求可对泄漏电流的类别进行有效选择。支撑架采用聚四氟乙烯材料制作结构框架，使用弹簧拉杆配合十字螺栓完成样品固定与更换，更换过程仅需调节万向轴悬臂使桥臂温湿度传感器远离弹簧拉杆即可。末部为测试电极的接线端，外部测量设备可以根据测试数据需要外接不同测量设备，在测量泄漏电流过程中，可根据对保护电极的短接与否，来选择测量体泄漏电流或表面泄漏电流。

5.本发明可多次对同一样品自动重复进行程控温度的试验，对采样数据进行聚类分析，以获得更高精度的数据结果，为绝缘材料提供可靠的泄漏电流测量结果以及样品制作建议。

附图说明

图1为根据本发明实施例基于温湿度监测系统的绝缘介质泄漏电流测量系统的结构示意图；

图2为图1中上支撑板的俯视图；

图3为图1中支撑架及安装在支撑架上的器件结构示意图；

图4为本发明实施例中对温湿度测量环境下的绝缘材料泄露电流测量的工作流程图。

说明书附图标记如下：1为高压直流电源，2为恒温恒湿隔离箱，3为支撑架，4为静电计，5为电脑上位机终端，6为顶端十字螺栓，7为弹簧拉杆，8为高压电极，9为测试电极，10为保护电极，11为待测试样品，12为桥臂温湿度传感器，13为万向轴悬臂，14为单片机，15为支撑加热板，16为末端十字螺栓，17为样品支座，301为上支撑板，302为下支撑板，303为支撑柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于所说明部分，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1所示，一种精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流测量系统，由泄漏电流测量、温湿度调节控制、控制计算三部分组成。包括：恒温恒湿隔离箱2，支撑架3，弹簧拉杆7，高压电极8，样品支座17，测试电极9，保护电极10，万向轴悬臂13，桥臂温湿度传感器12，支撑加热板15，高压直流电源1， 静电计4，单片机14，电脑上位机终端5。

所述桥臂温湿度传感器可进行温湿度采集测量，所述的支撑加热板可对装置内腔体进行加热，桥臂温湿度传感器、支撑加热板均与单片机连接，所述单片机可采集腔体实时温湿度、控制加热器启停，调节腔体温度，并将测量结果上传至所述电脑上位机终端。

试验实施过程如下，待测绝缘介质试样品11置于高压电极8与测试电极9之间，

所述桥臂温湿度传感器12经通讯线与所述单片机14连接，所述单片机14构建下位机A，实时采集腔体温湿度，上传至所述电脑上位机终端5；所述静电计4构建下位机B，采集样品漏电流变化趋势，上传至电脑上位机终端5。

所述电脑上位机终端5采集与存储系统温度、湿度、以及泄漏电流测量数据，根据数据结构，自动绘制波形趋势，构建泄漏电流与温湿度的关联关系，并计算泄漏电流稳定分量区间，进而确定测量数值，比对数据库中已存储不同温湿度工况下的绝缘材料泄漏电流数值，确定其绝缘性能。

待测试样品11置于高压电极8与测试电极9之间，支撑架3固定于流气加热板15上，实现均匀加热。

如图2~图3所示，支撑架3安装在所述恒温恒湿隔离箱2内，所述支撑架3包括上支撑板301、下支撑板302及多个支撑柱303，所述上支撑板301与所述下支撑板302平行间隔设置，所述多个支撑柱303安装在所述上支撑板301与所述下支撑板302之间。支撑架3采用聚四氟乙烯材质制成。

桥臂温湿度传感器12通过万向轴悬臂13固定在支撑架3，可实现0~360°范围内环境工况的实时检测，采用RS-485建立于单片机14的通讯连接。

弹簧拉杆7具有上端和下端，所述弹簧拉杆7上端与所述上支撑板301的底面固装连接；

高压电极8与所述弹簧拉杆7的下端固装连接；所述高压电极8通过弹簧拉杆7与顶端十字螺栓6构成可拆卸的压紧电极。

样品支座17固装在所述下支撑板302的顶面，位于所述高压电极8的下方；

测试电极9嵌装在所述样品支座17内，所述测试电极9具有上端和下端，所述测试电极9的上端与所述样品支座17的顶面平齐，所述测试电极9的下端穿透所述下支撑板302；

保护电极10为两个，安装在所述样品支座17的顶部，位于所述测试电极9的两侧；测试电极9与保护电极10通过末端十字螺栓16固定于支撑架3，可实现径距在22.50-30mm样品的有效测量。

万向轴悬臂13具有上端和下端，所述万向轴悬臂13的上端安装在所述上支撑板301的底面，围绕所述弹簧拉杆7；

桥臂温湿度传感器12安装在所述万向轴悬臂13的下端；桥臂温湿度传感器12具有温湿度实时采集功能，通过单片机14外设接口供电，配置双信号传输线，采用RS-485传输协议建立与单片机14的通讯连接。

支撑加热板15安装在所述恒温恒湿隔离箱2内，位于所述支撑架3的下方，与所述下支撑板302平行间隔设置。所述支撑加热板15内置有电加热电阻丝，通电后支撑加热板15发热。

高压直流电源1安装在所述恒温恒湿隔离箱2外侧，通过连接线与所述高压电极8连接；

静电计4安装在所述恒温恒湿隔离箱2外侧，通过连接线与所述测试电极9连接；

单片机14安装在所述恒温恒湿隔离箱2外侧，通过连接线与所述桥臂温湿度传感器12连接；单片机14采用ESP8266模组构建局域网下位机A平台，并实时进行AD/DA模数转换与数据无线上传。

电脑上位机终端5安装在所述恒温恒湿隔离箱2外侧，与所述静电计4有线连接，与所述单片机14无线连接；所述电脑上位机终端5采用Labview IDE搭建可视化平台，基于VISA模块建立与下位机A及下位机B的双机通讯。

在电脑上位机终端5中设置测量目标环境的温湿度及试样的径向尺寸，配置串口参数以及IP网络地址，初始化通讯平台。

在电脑上位机终端5中设置恒温恒湿隔离箱2的可程式控制器的温湿度参数，设置静电计为REM远程控制模式，并通过下位机A的局域网数据管道，采集试样周围2-3cm的温湿度数据。

电脑上位机终端5获取温湿度数据至设定值时，自动开始数据采集以及波形绘制，测试过程中若环境温湿度波动超过阈值范围，则停止测量，并自动存储异常数据点，形成Excel报告，依据采样数据可确定绝缘材料的漏电流测量结果。

数据库中已存储不同温湿度工况下的绝缘材料泄漏电流数值通过对样品人工干预，分别在不同温湿度工况下施加机械拉伸应力、击穿场强以及机械震动等结构参量，制造不同的绝缘故障，测量其故障电流与绝缘试样同一温湿度条件下的泄漏电流数据。

在数据采集阶段，现有测量区间均以加热腔体到达可程式控制器预设温湿度后20-30min为测量起点，但实际样品附近的温湿度处于信息盲区，因此本发明在样品周围设计温湿度传感组件结构，实时反馈样品的温湿度信息，并在放入恒温恒湿隔离箱2前进行预加热操作，可以有效保证测量结果的可靠性；此外在实际测量过程中，应确定电源端、恒温恒湿隔离箱2外壳以及静电计4可靠接地，以保证实验操作的安全与规范。在等待测试结果过程，采集数据绘制波形出现尖顶波、长期抖动以及一些谐波分量时，应考虑样品夹具系统两铜板电极端接线是否可靠，并在断电情况下，对样片表面的重新清洁并放电后开始新的一轮测量。

本测量系统的测量方法为：

首先确定待测试样品11的最大径向距离，依据待测试样品11径距选择高压电极8，将高压电极8安装于弹簧拉杆7的下端，待测试样品11放置在样品支座17上，其上端通过高压电极8外接于高压直流电源1，下端通过测试电极9与静电计4连接，支撑架3于恒温恒湿隔离箱2内放置在支撑加热板15上，通过可程式控制器控制恒温恒湿隔离箱2温湿度，电脑上位机终端5设定测量恒温恒湿隔离箱2的温湿度，通过ESP8266局域网建立下位机A通信，实时监测腔体内环境温湿度，漏电流经静电计4采集由RS-232建立的下位机B上传数据至电脑上位机终端5。

如图4所示的操作流程，具体包括如下步骤：

步骤一、固定样品并调整环境温湿度至预定值。将待测试样品11固定于样品支座17上，并调整万向轴悬臂13角度，实现样品周围温湿度的有效监测；通过电脑上位机5设置测试温度值，并下发至单片机后控制加热器加热至设定温度；

步骤二、连接线路并施加试验直流高压。将高压直流电源1经绝缘鳄鱼夹连接至顶端十字螺栓6，低压端于静电计4的输入侧连接末端十字螺栓16；保护电极10、高压直流电源1的接地端、静电计4的接地端以及恒温恒湿隔离箱2的外部金属外壳均接地。调整至高压直流电源至20kV，将再测试样品内形成稳定的泄漏电流。

步骤三、采集测试过程温湿度。桥臂温湿度传感器12经RS-485与单片机14构建局域网下位机A，实时采集的腔体温湿度，上传至电脑上位机终端5，实现对测试过程的温湿度采集，测试时间不少于300秒；

步骤四、采集测量稳定泄漏电流。静电计4经RS-232传输协议构建下位机B，采集样品内泄漏电流，上传至电脑上位机终端5，实现对测试样品泄漏电流的采集，单次加压后，测试时间不少于300秒，以获取稳定环境下的稳定泄漏电流值。

步骤五、上传并存储测量数据。电脑上位机终端5作为上位机接收到下位机A、下位机B采集的温度、湿度以及泄漏电流测量数据后，进行存储。

步骤六、程序控制获取多组测量数据。通过上位机内的Labview IDE搭建可视化平台程序，控制调整不同的测试温度设定值，自动重复步骤二至步骤五，实现对不同温湿度下泄漏电流的测量，形成一系列数据。

通过步骤一至步骤六，即可实现精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流的测量。通过对测量结果用计算机软件处理，可构建泄漏电流与温湿度的关联关系，作为评估测试样品绝缘性能的基础数据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种精准温湿度控制下的绝缘介质泄漏电流测量系统，其特征在于，包括：

恒温恒湿隔离箱（2），支撑架（3），所述支撑架（3）安装在所述恒温恒湿隔离箱（2）内，所述支撑架（3）包括上支撑板（301）、下支撑板（302）及多个支撑柱（303），所述上支撑板（301）与所述下支撑板（302）平行间隔设置，所述多个支撑柱（303）安装在所述上支撑板（301）与所述下支撑板（302）之间；

弹簧拉杆（7），所述弹簧拉杆（7）具有上端和下端，所述弹簧拉杆（7）上端与所述上支撑板（301）的底面固装连接；

高压电极（8），所述高压电极（8）与所述弹簧拉杆（7）的下端固装连接；

样品支座（17），所述样品支座（17）固装在所述下支撑板（302）的顶面，位于所述高压电极（8）的下方；

测试电极（9），所述测试电极（9）嵌装在所述样品支座（17）内，所述测试电极（9）具有上端和下端，所述测试电极（9）的上端与所述样品支座（17）的顶面平齐，所述测试电极（9）的下端穿透所述下支撑板（302）；

保护电极（10），所述保护电极（10）为两个，安装在所述样品支座（17）的顶部，位于所述测试电极（9）的两侧；

万向轴悬臂（13），所述万向轴悬臂（13）具有上端和下端，所述万向轴悬臂（13）的上端安装在所述上支撑板（301）的底面，围绕所述弹簧拉杆（7）；

桥臂温湿度传感器（12），所述桥臂温湿度传感器（12）安装在所述万向轴悬臂（13）的下端；支撑加热板（15） ，所述支撑加热板（15）安装在所述恒温恒湿隔离箱（2）内，位于所述支撑架（3）的下方，与所述下支撑板（302）平行间隔设置；

高压直流电源（1），所述高压直流电源（1）安装在所述恒温恒湿隔离箱（2）外侧，通过连接线与所述高压电极（8）连接；

静电计（4），所述静电计（4）安装在所述恒温恒湿隔离箱（2）外侧，通过连接线与所述测试电极（9）连接；

单片机（14），所述单片机（14）安装在所述恒温恒湿隔离箱（2）外侧，通过连接线与所述桥臂温湿度传感器（12）连接；

电脑上位机终端（5），所述电脑上位机终端（5）安装在所述恒温恒湿隔离箱（2）外侧，与所述静电计（4）有线连接，与所述单片机（14）无线连接；

所述桥臂温湿度传感器（12）经通讯线与所述单片机（14）连接，所述单片机（14）构建下位机A，实时采集腔体温湿度，上传至所述电脑上位机终端（5）；所述静电计（4）构建下位机B，采集样品漏电流变化趋势，上传至电脑上位机终端（5），所述电脑上位机终端（5）采集与存储系统温度、湿度、以及泄漏电流测量数据，根据数据结构，自动绘制波形趋势，构建泄漏电流与温湿度的关联关系，并计算泄漏电流稳定分量区间，进而确定测量数值，比对数据库中已存储不同温湿度工况下的绝缘材料泄漏电流数值，确定其绝缘性能。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述高压电极（8）通过弹簧拉杆（7）与顶端十字螺栓（6）构成可拆卸的压紧电极。

3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述桥臂温湿度传感器（12）经RS-485通讯线与所述单片机（14）连接。

4.根据权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述单片机（14）采用ESP8266模组构建局域网下位机A平台，并实时进行AD/DA模数转换与数据无线上传。

5. 根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述电脑上位机终端（5）采用Labview IDE搭建可视化平台，基于VISA模块建立与下位机A及下位机B的双机通讯。

6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，保护电极（10）、高压直流电源（1）的接地端、静电计（4）的接地端以及恒温恒湿隔离箱（2）的外部金属外壳均接地。

7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述支撑加热板（15）内置有电加热阻丝，并与单片机（14）经光耦隔离后相连接，由单片机（14）控制。

Images