CN116203357A - 一种检测聚丙烯薄膜电气强度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测聚丙烯薄膜电气强度的方法及装置，属于电气强度检测技术领域，其装置包括试验平台，在试验平台的顶部从下至上依次铺设有下极箔、试验薄膜以及上极箔，试验薄膜的顶部设置有掩膜，掩膜顶部贯穿开设有通孔；其方法包括对上极箔通电，使上极箔在静电力作用下嵌入掩膜通孔，随后继续升压，直至试验薄膜被击穿，记录击穿时电压以及击穿位置。本申请通过在试验薄膜的表面覆盖一层预先开设有通孔的掩膜，使上极箔在通电后在静电力作用下嵌入通孔，上极箔嵌入通孔的部分形成一个近似均匀场强的电极，从而解决了现有技术中电极通电后边缘场强畸变严重从而干扰试验薄膜击穿测试结果的技术问题，有效提高了击穿测试结果的准确性。

Description

一种检测聚丙烯薄膜电气强度的方法及装置

技术领域

本发明涉及电气强度检测领域，尤其是涉及一种检测聚丙烯薄膜电气强度的方法及装置。

背景技术

电力电容器的介质材料主要采用聚丙烯薄膜，而聚丙烯薄膜一旦发生弱点击穿，将造成电力电容器中整只元件的失效。因此在聚丙烯薄膜的电气强度评估过程中，除评估平均击穿场强分布外，还需要检测聚丙烯薄膜的最低击穿场强。

目前聚丙烯薄膜的整体电气强度评估主要采用电极法，具体为将待测试验薄膜夹设在黄铜材质的上极板与下极板间，随后通过电源对上极板通电升压，从而对试验薄膜进行击穿测试(如说明书附图1)，在试验薄膜击穿后电源断电并自动记录此时的电压。在所有试验薄膜测试完毕后，对测得的结果进行数据筛选，再计算剩余数据的平均值与最小值，从而对试验薄膜的整体电气强度进行评估。

针对上述相关技术，发明人认为存在的缺陷在于：由于上极板在通电后边缘存在场强畸变，从而势必对试验薄膜的边缘数据造成干扰，在实际数据处理时需大量剔除，从而使得最终测得数据的平均值远低于实际平均值，且测得数据的分散性较大，不利于准确评估试验薄膜的整体电气强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测聚丙烯薄膜电气强度的方法及装置，以减小聚丙烯薄膜电气强度测试过程中电极边缘场强畸变对测试结果的干扰。

为实现以上目的，采用如下的技术方案：

一种检测聚丙烯薄膜电气强度的装置，包括试验平台，所述试验平台的顶部从下至上依次铺设有下极箔、试验薄膜以及上极箔，所述下极箔接地，所述上极箔与电源及电压记录仪电连接，所述试验薄膜的顶部设置有掩膜，所述掩膜顶部贯穿开设有通孔，所述上极箔底部与所述掩膜顶部相抵接，其中，所述上极箔遮盖所述通孔，且所述上极箔与所述掩膜的接触面积大于所述通孔的开口面积。

优选的，所述试验平台两侧设置有用于对所述下极箔进行收卷的第一卷轴组，所述试验平台两侧设置有用于对所述试验薄膜进行收卷的第二卷轴组，所述试验平台两侧设置有用于对所述上极箔进行收卷的第三卷轴组，其中，所述试验平台设置有用于使所述掩膜与所述试验平台保持相对固定的限位装置。

优选的，所述试验平台上方设置有用于记录所述上极箔击穿点位置的摄像头。

优选的，所述试验平台上设置有用于压平所述上极箔的升降压轴。

优选的，所述限位装置包括设置在所述试验平台顶部，用于对所述掩膜水平方向限位的第一挡块，以及设置在所述试验平台顶部，用于对所述掩膜竖直方向限位的第二挡块，其中，所述第一挡块与所述掩膜侧壁相抵接，所述第二挡块与所述掩膜顶部相抵接。

优选的，所述上极箔与所述下极箔均为铝箔。

此外，本发明提供一种检测聚丙烯薄膜电气强度的方法，包括以下步骤：

S1.将下极箔、试验薄膜、掩膜以及上极箔从下至上依次铺设在试验平台顶部；

S2.将下极箔接地，并对上极箔通电，待上极箔在静电力作用下嵌入掩膜通孔，随后继续升压，直至试验薄膜被击穿；

S3.通过电压记录仪记录试验薄膜击穿时的电压；

S4.记录试验薄膜的击穿位置；

S5.更换下极箔、试验薄膜以及上极箔，重复S2-S5，直至试验薄膜全部测试完毕或已采集到足量数据；

S6.计算所收集到数据的平均值以及最小值，评估试验薄膜整体电气强度。

1.当下极箔、试验薄膜、掩膜以及上极箔从下至上依次铺设在试验平台顶部后，使下极箔接地并对上极箔通电，能够使上极箔在静电力的作用下嵌入掩膜通孔，同时排除上极箔与掩膜间的空气，使上极箔与掩膜紧密贴合。此时上极箔嵌入掩膜通孔的部分形成放电电极。由于上极箔完全遮盖掩膜通孔，且上极箔遮盖掩膜的面积大于掩膜通孔面积，从而使上极箔在通孔边缘处的场强畸变小于传统上极板边缘的场强畸变，进而减小电极边缘场强畸变对试验薄膜边缘测试数据的干扰，提高试验薄膜电气强度评估的准确性；

2.由于上极箔在掩膜通孔处所形成的放电电极形状与通孔一致，从而能够通过控制掩膜通孔形状对放电电极与试验薄膜的接触面积进行调节，进而满足不同的测试需求。

附图说明

图1是现有技术中电极法检测装置的示意图。

图2是本发明实施例中检测装置的示意图。

图3是本发明实施例中掩膜的结构示意图。

图4是本发明实施例中卷轴组的结构示意图。

图5是本发明实施例中试验平台的俯视图。

图6是本发明实施例中限位装置的结构示意图。

附图标记说明：1、试验平台；11、摄像头；12、升降压轴；13、第一挡块；14、第二挡块；21、下极板；22、上极板；3、试验薄膜；4、掩膜；51、上极箔；52、下极箔；61、下电极收卷轴；62、下电极放卷轴；71、试品收卷轴；72、试品放卷轴；81、上电极收卷轴；82、上电极放卷轴。

具体实施方式

以下结合附图2-6对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种检测聚丙烯薄膜电气强度的方法及装置。

参照图2，一种检测聚丙烯薄膜电气强度装置，包括有试验平台1，在试验平台1的顶部从下至上依次铺设有下极箔52、试验薄膜3、掩膜4以及上极箔51。其中，上极箔51与下极箔52均为铝箔，且下极箔52接地，上极箔51与电源及电压记录仪电连接(图中未示出)，在本实施例中，电源采用带有电压记录仪功能的电源，在试验薄膜3被击穿后，电源能够自动断电并记录击穿电压。

参照图3，在掩膜4顶部贯穿开设有通孔，通孔顶部开口被上极箔51完全覆盖，且上极箔51与掩膜4的接触面积大于通孔的开口面积。

在上极箔51通电后，上极箔51在静电力的作用下与掩膜4贴合并嵌入通孔，同时排出上极箔51与掩膜4间的空气。此时上极箔51嵌入通孔的部分形成放电电极，放电电极对位于通孔底部开口的试验薄膜3进行放电击穿，同时根据电磁学原理可知，当上极箔51与掩膜4的接触面积大于通孔开口面积时，通孔处放电电极边缘的场强畸变比上极箔51自身边缘的场强畸变要小，且上极箔51与掩膜4的接触面积与通孔开口面积比越大，通孔边缘的场强畸变越小，场强越均匀，从而有效减小试验薄膜3击穿时电极边缘场强畸变对试验薄膜3边缘数据的干扰，提高试验薄膜3电气强度评估的准确性。此外，由于掩膜4与上极箔51间的空气被排出，使上极箔51与掩膜4充分接触，减少了外界空气对击穿测试的干扰。

进一步地，由于上极箔51在掩膜4通孔处所形成的放电电极形状与通孔一致，从而能够通过控制掩膜4通孔形状对放电电极与试验薄膜3的接触面积进行调节，进而满足不同大小的击穿区域测试需求。

同时，由于上极箔51与下极箔52均采用铝箔，即击穿测试电极均为铝电极。一方面，由于电力电容器在大多数使用过程中均与铝制电极连接，因此采用铝电极进行击穿测试能够使试验薄膜3模拟电力电容器的实际使用环境，使测试结果与实际情况更加接近；另一方面，铝电极相较于黄铜电极能减少黄铜电极表面加工粗糙度以及试验过程中表面污染如积碳等对击穿电压的影响，从而进一步提高测试结果的准确性。

参照图4，为提高试验平台1的击穿测试效率，实现下极箔52、试验薄膜3以及上极箔51的自动上下料，在试验平台1的两侧安装有用于收卷下极箔52的第一卷轴组、用于收卷试验薄膜3的第二卷轴组以及用于收卷上极箔51的第三卷轴组。

在本实施例中，第一卷轴组包括分别安装在试验平台1两侧的下电极收卷轴61与下电极放卷轴62，第二卷轴组包括分别安装在试验平台1两侧的试品收卷轴71与试品放卷轴72，第三卷轴组包括分别安装在试验平台1两侧的上电极收卷轴81与上电极放卷轴82，且下电极收卷轴61、试品收卷轴71以及上电极收卷轴81均位于试验平台1的同侧，从而使下极箔52、试验薄膜3以及上极箔51的收卷方向一致。

当第一卷轴组、第二卷轴组以及第三卷轴组启动后，能够使下极箔52、试验薄膜3以及上极箔51收卷一定长度，从而对试验平台1上已被击穿的下极箔52、试验薄膜3以及上极箔51进行更换。

参照图5和图6，为避免掩膜4在下极箔52、试验薄膜3以及上极箔51收卷的过程中移位，在试验平台1的顶部安装有用于对掩膜4进行限位的限位装置。具体地，限位装置包括有第一挡块13与第二挡块14，在本实施例中，第一挡块13的数量为两块，两块第一挡块13竖直固定于试验平台1靠近上电极收卷轴81的一侧；第二挡块14的数量为两块，两块第二挡块14竖直固定于试验平台1靠近上电极放卷轴82的一侧，且第二挡块14形状为由水平部与竖直部端部连接形成的类“7”形结构，从而使第二挡块14的水平部底部与试验平台1顶部间留有供掩膜4穿过的间隙。

同时，在本实施例中，掩膜4采用PET膜，从而使掩膜4具有一定的硬度，便于第一挡块13以及第二挡块14对掩膜4进行限位。

在限位装置使用时，掩膜4靠近上电极收卷轴81的侧壁与第一挡块13抵接，掩膜4顶部靠近上电极放卷轴82的一侧与第二挡块14的水平部底部抵接，从而使第一挡块13对掩膜4水平方向的运动趋势进行限位，使第二挡块14对掩膜4竖直方向的运动趋势进行限位。同时由于上极箔51、试验薄膜3以及下极箔52运动方向均为从上电极放卷轴82一侧输送至上电极收卷轴81一侧，从而使掩膜4在试验薄膜3更换过程中始终抵紧第一挡块13，进而避免掩膜4在测试时从第二挡块14一侧滑出，同时在击穿测试完毕后，便于将掩膜4从第二挡块14一侧取出。

此外，参照图4和图5，在试验平台1的顶部安装有升降压轴12，升降压轴12能够在竖直方向上运动，升降压轴12为现有技术，故对于升降压轴12的具体结构及升降原理不再赘述。当升降压轴12向下运动并下压上极箔51时，能够使上极箔51在测试过程中保持平整。

此外，在试验平台1的顶部安装有用于记录试验薄膜3击穿位置的摄像头11。当试验薄膜3被击穿后，上极箔51与下极箔52由于厚度较薄，且上极箔51在静电力作用下嵌入掩膜4通孔的部分与试验薄膜3紧密贴合，因此在上极箔51、下极箔52表面与试验薄膜3击穿位置对应处均将出现孔洞，从而使摄像头11能够通过拍摄上极箔51上孔洞的位置确定试验薄膜3的击穿位置。

在本实施例中，摄像头11拍摄的图片输送至计算机中通过图像识别算法软件进行批处理，从而快速剔除击穿位置靠近通孔边缘的测试数据，进一步减少电极边缘场强畸变对击穿电压的影响。

此外，本发明实施例还公开一种检测聚丙烯薄膜电气强度的方法，包括有以下步骤：

S1.将下极箔52、试验薄膜3分别上卷至第一卷轴组与第二卷轴组，随后将掩膜4从第二挡块14一侧插入，直至掩膜4侧壁与第一挡块13抵接，紧接着将上极箔51上卷至第三卷轴组，使上极箔51覆盖掩膜4通孔，随后驱动升降压轴12下压上极箔51，使上极箔51、试验薄膜3以及下极箔52在竖直方向上重合；

S2.将下极箔52接地，并将带有电压记录仪功能的电源与第三卷轴组电连接，使上极箔51带电，待上极箔51在静电力作用下嵌入掩膜4通孔后电源继续升压，直至试验薄膜3被击穿；

S3.电源记录试验薄膜3击穿时的电压；

S4.摄像头11拍摄上极箔51表面击穿孔洞的位置并传输至计算机，通过图像识别算法软件对拍摄照片进行处理，剔除击穿位置靠近通孔边缘的击穿电压数据；

S5.驱动升降压轴12上升，随后第一卷轴组、第二卷轴组、第三卷轴组同步收卷预定长度，驱动升降压轴12下降，重新执行S2-S5，直至试验薄膜3整卷全部测试完毕或已采集到足量数据；

S6.计算所收集到数据的平均值以及最小值，评估试验薄膜3整体电气强度。

以上均为本发明的较佳实施例，本实施例仅是对本发明做出的解释，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种检测聚丙烯薄膜电气强度的装置，包括试验平台(1)，所述试验平台(1)的顶部从下至上依次铺设有下极箔(52)、试验薄膜(3)以及上极箔(51)，所述下极箔(52)接地，所述上极箔(51)与电源及电压记录仪电连接，其特征在于：所述试验薄膜(3)的顶部设置有掩膜(4)，所述掩膜(4)顶部贯穿开设有通孔，所述上极箔(51)底部与所述掩膜(4)顶部相抵接，其中，所述上极箔(51)遮盖所述通孔，且所述上极箔(51)与所述掩膜(4)的接触面积大于所述通孔的开口面积。

2.根据权利要求1所述的检测聚丙烯薄膜电气强度的装置，其特征在于：所述试验平台(1)两侧设置有用于对所述下极箔(52)进行收卷的第一卷轴组，所述试验平台(1)两侧设置有用于对所述试验薄膜(3)进行收卷的第二卷轴组，所述试验平台(1)两侧设置有用于对所述上极箔(51)进行收卷的第三卷轴组，其中，所述试验平台(1)设置有用于使所述掩膜(4)与所述试验平台(1)保持相对固定的限位装置。

3.根据权利要求1所述的检测聚丙烯薄膜电气强度的装置，其特征在于：所述试验平台(1)上方设置有用于记录所述上极箔(51)击穿点位置的摄像头(11)。

4.根据权利要求1所述的检测聚丙烯薄膜电气强度的装置，其特征在于：所述试验平台(1)上设置有用于压平所述上极箔(51)的升降压轴(12)。

5.根据权利要求2所述的检测聚丙烯薄膜电气强度的装置，其特征在于：所述限位装置包括设置在所述试验平台(1)顶部，用于对所述掩膜(4)水平方向限位的第一挡块(13)，以及设置在所述试验平台(1)顶部，用于对所述掩膜(4)竖直方向限位的第二挡块(14)，其中，所述第一挡块(13)与所述掩膜(4)侧壁相抵接，所述第二挡块(14)与所述掩膜(4)顶部相抵接。

6.根据权利要求1所述的检测聚丙烯薄膜电气强度的装置，其特征在于：所述上极箔(51)与所述下极箔(52)均为铝箔。

7.一种检测聚丙烯薄膜电气强度的方法，用于使用权利要求1-6任一所述的检测聚丙烯薄膜电气强度的装置，其特征在于包括以下步骤：

S1.将下极箔(52)、试验薄膜(3)、掩膜(4)以及上极箔(51)从下至上依次铺设在试验平台(1)顶部；

S2.将下极箔(52)接地，并对上极箔(51)通电，待上极箔(51)在静电力作用下嵌入掩膜(4)通孔，随后继续升压，直至试验薄膜(3)被击穿；

S3.通过电压记录仪记录试验薄膜(3)击穿时的电压；

S4.记录试验薄膜(3)的击穿位置；

S5.更换下极箔(52)、试验薄膜(3)以及上极箔(51)，重复S2-S5，直至试验薄膜(3)全部测试完毕或已采集到足量数据；

S6.计算所收集到数据的平均值以及最小值，评估试验薄膜(3)整体电气强度。

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