CN117031220A - 一种适用于低温条件的气体放电sst试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置及试验方法，属于气体放电试验技术领域，为了解决现有的SST试验只能在常温条件下进行，无法在低温环境下得到气体放电过程参数的问题。本发明的低温箱用于模拟低温环境；阳电极设置在密闭放电空腔底部；阴电极设置在阳电极的正上方；石英玻璃片与阴电极壁相对固定；紫外点光源发射的紫外光照射在电镀金层上；直流电源通过微电流计与阳电极相连；微电流计用于测量稳态汤生放电电流以及电镀金层产生的初始电流；真空机用于排出低温箱内的绝缘气体；质量流量控制器用于向低温箱内注入绝缘气体；温度压力传感器用于测量绝缘气体的温度与气体压强。有益效果为在低温下得到气体放电过程参数试验结果。
Description
技术领域
本发明属于气体放电试验技术领域。
背景技术
稳态汤生试验(SST)的原理就是测量平板电极间的由连续的初始电子发射所形成的稳态电流；初始电子是由一定强度的紫外光照射阴极而释放出来，当紫外光照射在阴极表面时，若光能量大于阴极材料的电子逸出功，则初始电子将被释放；稳态汤生试验的方法是针对放电过程中的电子崩阶段的放电机理，通过气体放电试验，计算得出气体放电过程参数，包括电子吸附系数与电离系数，可从微观角度分析气体绝缘特性，预估气体绝缘强度；而现行SST试验只能常温条件下进行，导致低温地区绝缘气体的使用缺乏理论指导，同时在低温环境下，绝缘气体的绝缘水平可能受到影响，气体放电过程参数也会改变；而现行SST试验无法在不同温度下得到气体放电过程参数。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的SST试验只能在常温条件下进行，无法在低温环境下得到气体放电过程参数的问题，提出了一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置及试验方法。
本发明所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置，该试验装置包括低温箱、试验电极、紫外点光源、直流电源、微电流计、质量流量控制器、真空机和温度压力传感器；
所述低温箱设有密闭放电空腔，低温箱用于模拟低温环境；
所述试验电极与紫外点光源分别设置在低温箱的密闭放电空腔内；其中，试验电极包括阳电极、阴电极和石英玻璃片；
阳电极设置在密闭放电空腔底部；阴电极相对设置在阳电极的正上方；所述石英玻璃片通过导电银浆与阴电极壁相对固定；并在石英玻璃片的下表面采用电镀金层；
紫外点光源设置在阴电极的正上方，并且紫外点光源发射的紫外光透过石英玻璃片垂直照射在电镀金层上；
所述直流电源的正极通过微电流计与阳电极相连；直流电源的负极与阴电极相连；
所述微电流计用于测量稳态汤生放电电流以及电镀金层产生的初始电流；
所述真空机用于排出低温箱密闭放电空腔内的绝缘气体；
所述质量流量控制器用于向低温箱密闭放电空腔内注入绝缘气体；
所述温度压力传感器用于测量低温箱密闭放电空腔内绝缘气体的温度与气体压强。
进一步的，所述阳电极为：罗柯夫斯基电极，其包括水平段电极和两个圆弧段电极；
两个圆弧段电极分别设置在水平段电极的两侧，并且两个圆弧段电极的圆心位于水平段电极的正下方；
所述水平段电极的长度为100mm，水平段电极的厚度10mm；阳电极的整体水平长度为140mm；
所述阴电极的尺寸与阳电极的尺寸相同；
所述通孔为横截面为矩形，矩形的长度为20mm；
所述石英玻璃片的厚度为2mm。
进一步的，所述电镀金层的下表面与阴电极的下表面为一体平面；
所述阳电极和阴电极均采用黄铜制成；
所述电镀金层采用银浆制成。
进一步的，该试验装置还包括光源固定架；
所述光源固定架的底端固定在阴电极上，并且在光源固定架的中部设有夹持机构；该夹持机构用于夹持紫外点光源。
进一步的，该试验装置还包括调节支架；
所述调节支架包括手柄、调节杆和套管；
所述套管固定在低温箱底部的外壁上；
所述调节杆与套管螺纹连接；调节杆的顶端穿过低温箱的底面轴连在阳电极的底面上；
所述手柄固定在调节杆的底端。
一种适用于低温条件的气体放电SST试验方法，该试验方法是基于一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置实现的，该试验方法包括以下步骤：
步骤一、利用质量流量控制器向低温箱密闭放电空腔内注入绝缘气体；
步骤二、对低温箱进行降温操作，使得低温箱密闭放电空腔内的温度达到试验所需温度，并将低温箱密闭放电空腔内的温度保持在试验所需温度；
步骤三、利用真空机将低温箱密闭放电空腔内的绝缘气体抽出一部分，保证低温箱密闭放电空腔内的气体压强为2660Pa；
步骤四、打开紫外点光源，激发电镀金层产生初始电流，使用微电流计测量初始电流值I0；
步骤五、调节阳电极与阴电极之间相距的放电间距，获得放电间距对应的电流值；
步骤六、结合步骤四得到的初始电流值、步骤五中放电间距以及步骤五中放电间距对应的电流值，并依据拟合公式计算出在试验所需温度下的放电参数。
进一步的，步骤一中向低温箱密闭放电空腔内注入绝缘气体后，密闭放电空腔内的气体压强为0.1Mpa。
进一步的，所述步骤六中的拟合公式为：
其中，dn为阳电极与阴电极之间相距的放电间距；In为放电间距dn对应的电流值；α为电离系数；η为吸附系数；I0为激发电镀金层产生初始电流；
进一步的，该试验方法还包括步骤七；
所述步骤七为：多次试验排除误差后，若低温箱1密闭放电空腔内的气体压强发生变化，利用压力在气体压强为P的条件下试验，测得的dn与In；
并根据非线性最小二乘法，电流差的平方和y(α/P，η/P)为：
其中，α/P为校正后的电离系数；η/P为校正后的吸附系数；y(α/P，η/P)为电流差的平方和；
当电流差的平方和y(α/P，η/P)达到最小时，所对应的校正后的电离系数α/P与校正后的吸附系数η/P即为在不同场强下的校正后的放电参数。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种适用于低温条件的气体放电SST试验方法，通过不同温度条件下的SST试验，计算得出相应温度下气体放电过程参数，明确低温条件下气体绝缘性能，即，发明提出的一种适用于低温条件的气体放电SST试验方法可以在不同低温下得到气体放电过程参数试验结果，该参数结果为寒冷地区绝缘气体的使用提供指导。
附图说明
图1为具体实施方式一所述一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置的整体结构示意图；
图2为具体实施方式一中试验电极的结构示意图。
具体实施方式
结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置，该试验装置包括低温箱1、试验电极2、紫外点光源3、直流电源4、微电流计5、质量流量控制器6、真空机7和温度压力传感器8；
所述低温箱1设有密闭放电空腔，低温箱1用于模拟低温环境；
所述试验电极2与紫外点光源3分别设置在低温箱1的密闭放电空腔内；其中，试验电极2包括阳电极2-1、阴电极2-2和石英玻璃片2-3；
阳电极2-1设置在密闭放电空腔底部；阴电极2-2相对设置在阳电极2-1的正上方；所述石英玻璃片2-3通过导电银浆与阴电极2-2壁相对固定；并在石英玻璃片2-3的下表面采用电镀金层2-4；
紫外点光源3设置在阴电极2-2的正上方，并且紫外点光源3发射的紫外光透过石英玻璃片2-3垂直照射在电镀金层2-4上；
所述直流电源4的正极通过微电流计5与阳电极2-1相连；直流电源4的负极与阴电极2-2相连；
所述微电流计5用于测量稳态汤生放电电流以及电镀金层2-4产生的初始电流；
所述真空机7用于排出低温箱1密闭放电空腔内的绝缘气体；
所述质量流量控制器6用于向低温箱1密闭放电空腔内注入绝缘气体；质量流量控制器6的气体输入端通过液压气体阀MFC与试验气体存储罐相连通，质量流量控制器6的气体输出端与低温箱1密闭放电空腔相连通；
所述温度压力传感器8用于测量低温箱1密闭放电空腔内绝缘气体的温度与气体压强，温度压力传感器8的探测端设置在低温箱1密闭放电空腔内，温度压力传感器8的显示端设置低温箱1的外壁上。
在本实施方式中，低温箱1内设有制冷机，所述制冷机的温度范围是-60℃～20℃；温度控制精度为±0.3℃；用低温箱1模拟低温环境进行SST试验。
优选实施例中，所述阳电极2-1为：罗柯夫斯基电极，其包括水平段电极和两个圆弧段电极；
两个圆弧段电极分别设置在水平段电极的两侧，并且两个圆弧段电极的圆心位于水平段电极的正下方；
所述水平段电极的长度为100mm，水平段电极的厚度10mm；阳电极2-1的整体水平长度为140mm；
所述阴电极2-2的尺寸与阳电极2-1的尺寸相同；
所述通孔为横截面为矩形，矩形的长度为20mm；
所述石英玻璃片2-3的厚度为2mm。
优选实施例中，所述电镀金层2-4的下表面与阴电极2-2的下表面为一体平面；
所述阳电极2-1和阴电极2-2均采用黄铜制成；
所述电镀金层2-4采用银浆制成。
在本实施方式中，试验电极2采用罗柯夫斯基电极。
优选实施例中，该试验装置还包括光源固定架9；
所述光源固定架9的底端固定在阴电极2-2上，并且在光源固定架9的中部设有夹持机构；该夹持机构用于夹持紫外点光源3。
在本实施方式中，采用光源固定架9对紫外点光源3进行固定，保证紫外点光源3的照射位置。
优选实施例中，该试验装置还包括调节支架10；
所述调节支架10包括手柄、调节杆和套管；
所述套管固定在低温箱1底部的外壁上；
所述调节杆与套管螺纹连接；调节杆的顶端穿过低温箱1的底面轴连在阳电极2-1的底面上；
所述手柄固定在调节杆的底端。
在本实施方式中，通过转动手柄，调整调节杆与套管的相对位置，进而改变阳电极2-1所处的高度，实现对阳电极2-1与阴电极2-2之间相距的放电间距的无级调节。
一种适用于低温条件的气体放电SST试验方法，该试验方法是基于具体实施方式1所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置实现的，该试验方法包括以下步骤：
步骤一、利用质量流量控制器6向低温箱1密闭放电空腔内注入绝缘气体；有效防止气体泄漏或空气进入；
步骤二、对低温箱1进行降温操作，使得低温箱1密闭放电空腔内的温度达到试验所需温度，并将低温箱1密闭放电空腔内的温度保持在试验所需温度；
步骤三、利用真空机7将低温箱1密闭放电空腔内的绝缘气体抽出一部分，保证低温箱1密闭放电空腔内的气体压强为2660Pa；该气体压强下的气体粒子间距较大，主要仅发生电子的碰撞电离与吸附两个过程，可排除其他电子运动过程对计算结果的干扰；
步骤四、打开紫外点光源3，激发电镀金层2-4产生初始电流，使用微电流计5测量初始电流值I0；
步骤五、调节阳电极2-1与阴电极2-2之间相距的放电间距，获得放电间距对应的电流值；在调节阳电极2-1的过程中，以2mm间隔递增，并依此测量电流值，获得放电间距以及放电间距对应的电流值；
步骤六、结合步骤四得到的初始电流值、步骤五中放电间距以及步骤五中放电间距对应的电流值，并依据拟合公式计算出在试验所需温度下的放电参数。
在本实施方式中，通过不同温度条件下的SST试验，计算得出相应温度下气体放电过程参数，明确低温条件下气体绝缘性能，试验结果为寒冷地区绝缘气体的使用提供指导；
优选实施例中，步骤一中向低温箱1密闭放电空腔内注入绝缘气体后，密闭放电空腔内的气体压强为0.1Mpa。
在本实施方式中，0.1Mpa的气体压强与正常的大气压强相等，能够有效防止气体泄漏或空气进入。
优选实施例中，所述步骤六中的拟合公式为：
其中，dn为阳电极2-1与阴电极2-2之间相距的放电间距；In为放电间距dn对应的电流值；α为电离系数；η为吸附系数；I0为激发电镀金层2-4产生初始电流；
优选实施例中，该试验方法还包括步骤七；
所述步骤七为：多次试验排除误差后，若低温箱1密闭放电空腔内的气体压强发生变化，利用压力在气体压强为P的条件下试验，测得的dn与In；
并根据非线性最小二乘法，电流差的平方和y(α/P，η/P)为：
其中，α/P为校正后的电离系数；η/P为校正后的吸附系数；y(α/P，η/P)为电流差的平方和；
当电流差的平方和y(α/P，η/P)达到最小时，所对应的校正后的电离系数α/P与校正后的吸附系数η/P即为在不同场强下的校正后的放电参数。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置，其特征在于，该试验装置包括低温箱(1)、试验电极(2)、紫外点光源(3)、直流电源(4)、微电流计(5)、质量流量控制器(6)、真空机(7)和温度压力传感器(8)；
所述低温箱(1)设有密闭放电空腔，低温箱(1)用于模拟低温环境；
所述试验电极(2)与紫外点光源(3)分别设置在低温箱(1)的密闭放电空腔内；其中，试验电极(2)包括阳电极(2-1)、阴电极(2-2)和石英玻璃片(2-3)；
阳电极(2-1)设置在密闭放电空腔底部；阴电极(2-2)相对设置在阳电极(2-1)的正上方；所述石英玻璃片(2-3)通过导电银浆与阴电极(2-2)壁相对固定；并在石英玻璃片(2-3)的下表面采用电镀金层(2-4)；
紫外点光源(3)设置在阴电极(2-2)的正上方，并且紫外点光源(3)发射的紫外光透过石英玻璃片(2-3)垂直照射在电镀金层(2-4)上；
所述直流电源(4)的正极通过微电流计(5)与阳电极(2-1)相连；直流电源(4)的负极与阴电极(2-2)相连；
所述微电流计(5)用于测量稳态汤生放电电流以及电镀金层(2-4)产生的初始电流；
所述真空机(7)用于排出低温箱(1)密闭放电空腔内的绝缘气体；
所述质量流量控制器(6)用于向低温箱(1)密闭放电空腔内注入绝缘气体；
所述温度压力传感器(8)用于测量低温箱(1)密闭放电空腔内绝缘气体的温度与气体压强。
2.根据权利要求1所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置，其特征在于，所述阳电极(2-1)为：罗柯夫斯基电极，其包括水平段电极和两个圆弧段电极；
两个圆弧段电极分别设置在水平段电极的两侧，并且两个圆弧段电极的圆心位于水平段电极的正下方；
所述水平段电极的长度为100mm，水平段电极的厚度10mm；阳电极(2-1)的整体水平长度为140mm；
所述阴电极(2-2)的尺寸与阳电极(2-1)的尺寸相同；
所述通孔为横截面为矩形，矩形的长度为20mm；
所述石英玻璃片(2-3)的厚度为2mm。
3.根据权利要求1所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置，其特征在于，所述电镀金层(2-4)的下表面与阴电极(2-2)的下表面为一体平面；
所述阳电极(2-1)和阴电极(2-2)均采用黄铜制成；
所述电镀金层(2-4)采用银浆制成。
4.根据权利要求1所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置，其特征在于，该试验装置还包括光源固定架(9)；
所述光源固定架(9)的底端固定在阴电极(2-2)上，并且在光源固定架(9)的中部设有夹持机构；该夹持机构用于夹持紫外点光源(3)。
5.根据权利要求1所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置，其特征在于，该试验装置还包括调节支架(10)；
所述调节支架(10)包括手柄、调节杆和套管；
所述套管固定在低温箱(1)底部的外壁上；
所述调节杆与套管螺纹连接；调节杆的顶端穿过低温箱(1)的底面轴连在阳电极(2-1)的底面上；
所述手柄固定在调节杆的底端。
6.一种适用于低温条件的气体放电SST试验方法，该试验方法是基于权利要求1所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验装置实现的，其特征在于，该试验方法包括以下步骤：
步骤一、利用质量流量控制器(6)向低温箱(1)密闭放电空腔内注入绝缘气体；
步骤二、对低温箱(1)进行降温操作，使得低温箱(1)密闭放电空腔内的温度达到试验所需温度，并将低温箱(1)密闭放电空腔内的温度保持在试验所需温度；
步骤三、利用真空机(7)将低温箱(1)密闭放电空腔内的绝缘气体抽出一部分，保证低温箱(1)密闭放电空腔内的气体压强为2660Pa；
步骤四、打开紫外点光源(3)，激发电镀金层(2-4)产生初始电流，使用微电流计(5)测量初始电流值I0；
步骤五、调节阳电极(2-1)与阴电极(2-2)之间相距的放电间距，获得放电间距对应的电流值；
步骤六、结合步骤四得到的初始电流值、步骤五中放电间距以及步骤五中放电间距对应的电流值，并依据拟合公式计算出在试验所需温度下的放电参数。
7.根据权利要求6所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验方法，其特征在于，步骤一中向低温箱(1)密闭放电空腔内注入绝缘气体后，密闭放电空腔内的气体压强为0.1Mpa。
8.根据权利要求6所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验方法，其特征在于，所述步骤六中的拟合公式为：
其中，dn为阳电极(2-1)与阴电极(2-2)之间相距的放电间距；In为放电间距dn对应的电流值；α为电离系数；η为吸附系数；I0为激发电镀金层(2-4)产生初始电流。
9.根据权利要求8所述的一种适用于低温条件的气体放电SST试验方法，其特征在于，该试验方法还包括步骤七；
所述步骤七为：多次试验排除误差后，若低温箱(1)密闭放电空腔内的气体压强发生变化，利用压力在气体压强为P的条件下试验，测得的dn与In；
并根据非线性最小二乘法，电流差的平方和y(α/P，η/P)为：
其中，α/P为校正后的电离系数；η/P为校正后的吸附系数；y(α/P，η/P)为电流差的平方和；
当电流差的平方和y(α/P，η/P)达到最小时，所对应的校正后的电离系数α/P与校正后的吸附系数η/P即为在不同场强下的校正后的放电参数。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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