CN205427056U - 一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，涉及一种电荷测量装置。本实用新型解决的技术问题是：在现有的温度梯度下空间电荷测量系统无法测量低温下温度梯度下空间电荷。本实用新型一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置包括上电极、上电极屏蔽罩、电极固定槽、下电极、压电传感器、信号放大器、温度梯度加热装置；试样位于下电极的上表面的中心位置，上电极通过上电极固定槽固定，上电极连接高压脉冲和高压直流电源，压电传感器固定在下电极下表面。本实用新型用于电声脉冲法测量油‑纸在温度梯度下的空间电荷分布，本实用新型应用在高电压与绝缘领域。

Description

一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电荷测量装置，具体涉及一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，属于高电压与绝缘技术领域。

背景技术

空间电荷问题普遍存在于固体介质、油纸绝缘等绝缘结构，是制约介质绝缘性能发展的难题。变压器、电缆、套管等电力设备在设计、运行时都应考虑空间电荷问题。

国内外对于空间电荷的测试普遍采用电声脉冲法(Pulsed electroacoustic method简称PEA)。此方法由日本武藏工业大学高田达雄教授等人在上世纪九十年代提出,经过30多年的不断改进，此方法已经在测量空间电荷方面被广泛采用。其测量结构相对简单、操作方便，而且将外施直流高压与脉冲电压源相隔离，很好的保护了脉冲电压发生设备。因此此方法适用于研究高压直流电场下介质内部的空间电荷的分布情况。其原理是以一个纳秒级的高压脉冲作为激励，当电脉冲所引起的脉冲电场作用在空间电荷上时，会使其产生局部的微小位移而引起应力波，此应力波在绝缘介质中以声速传播，并经过下电极后由特定的压电传感器接收，压电传感器上电压信号经过放大器进行放大后经示波器测量、显示，再通过计算机分析再处理从而间接地获得空间电荷的分布信息。

在现有的空间电荷温度梯度测量装置没有考虑在低温的情况下。因此，亟待设计一种专门针对低温下温度梯度下空间电荷测试系统。

实用新型内容

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，根据本实用新型的一个方面，本实用新型旨在提出一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，以解决在现有的温度梯度下空间电荷测量系统无法测量低温下温度梯度下空间电荷问题。

本实用新型提出的一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，包括上电极系统、下电极系统、信号采集系统、纳秒高压脉冲和高压直流电源；

上电极、油隙、油纸、下电极自上而下布置，油纸位于下电极的上表面的中心位置，上电极通过上电极固定圈固定，使油纸、上电极和下电极的中心线在一条线上；

所述上电极系统包括上电极、上电极屏蔽壳、隔直电容、匹配电阻、加热装置、出线装置和上电极固定圈；上电极屏蔽壳上开有BNC安装孔、加热槽安装孔和套管安装孔，上电极屏蔽壳内部构成上电极屏蔽内腔，上电极屏蔽内腔内设置隔直电容和匹配电阻；

所述出线装置包括高压脉冲BNC接头、高压套管和直流高压均压球，高压脉冲BNC接头穿过BNC安装孔安装在上电极屏蔽壳上，高压套管通过套管安装孔固定在上电极屏蔽壳上，高压套管内设置保护电阻，直流高压均压球安装在高压套管顶端；所述加热装置包括上电极加热盖子、上电极加热槽和上电极油循环管，上电极加热盖子与上电极加热槽紧密连接，上电极加热槽通过加热槽安装孔固定在上电极屏蔽壳上，上电极油循环管的进油管长出油管短，上电极加热槽上有开孔用来固定上电极；

纳秒高压脉冲和高压直流电源通过出线装置连接到上电极屏蔽内腔，在纳秒高压脉冲终端连接匹配电阻和隔直电容，高压直流电源通过高压引线连接保护电阻经高压引线连接到上电极；

所述下电极系统包括下电极、下电极屏蔽壳和下电极加热装置；所述下电极中心处的正下方开一个凹槽，下电极上还开有下电极油循环槽，用铝皮将下电极油循环槽焊接密封，下电极油循环槽侧面留两个带螺纹油口；所述下电极屏蔽壳固定在下电极上；

信号采集系统包括压电传感器、吸音材料固定板、吸音垫块、放大器、示波器和计算机；所述凹槽正中心位置安装压电传感器，在压电传感器正下方安装吸音垫块，用螺钉将吸音材料固定板固定；所述压电传感器产生的信号用同轴电缆引出连接到放大器，放大器信号经同轴电缆引出到示波器，示波器经过传输线保存到计算机。

进一步地：所述上电极屏蔽内腔内填充环氧树脂，将环氧树脂浇筑高度与上电极屏蔽壳下表面、上电极下表面在同一平面上；上电极屏蔽壳外围上下设置两个凸出圆盘，分别为上圆盘和下圆盘；下圆盘上有螺孔，通过螺钉与上电极固定圈实现紧密的机械连接。

进一步地：所述出线装置的高压套管外部有伞裙，高压套管内放置的保护电阻用环氧树脂固定。

进一步地：所述上电极加热盖子和上电极加热槽的材料均为聚四氟乙烯，上电极油循环管为硅胶管，上电极加热盖子上有两个过孔，硅胶管穿过过孔后用密封胶封严，上电极加热盖子与上电极加热槽之间用塑料螺钉紧密连接。

进一步地：所述上电极固定圈材料为不锈钢，在上电极固定圈上开一个抽真空孔，抽真空孔外部焊接一个不锈钢管，并在不锈钢管上加工管螺纹，在上电极固定圈下垫上硅胶垫。

本实用新型所达到的效果为：

本实用新型将保护电阻浇注在高压套管内防止高压放电对实验的影响；同时用上电极固定圈实现了抽真空，避免了在低温下的温度梯度测量，实现了宽温度范围的温梯空间电荷测量。本实用新型可以测量固体介质的空间电荷特性，还能测量固体-液体的空间电荷特性；能在常温下测量，还能进行温度梯度下的测量。本实用新型可以实现在低温下的空间电荷测量，为了防止在测量过程中水汽凝结在电极处对实验结果的影响，加装了抽真空密闭装置；由于变压器油具有较高的沸点和凝固点，温梯系统采用油浴循环。

附图说明

图1是本实用新型一种油-纸双层介质在宽温度梯度下空间电荷装置的总体结构示意图；

图2是上电极系统示意图；

图3是本实用新型所述的油-纸双层介质在宽温度梯度下空间电荷装置的上电极屏蔽壳俯视具体结构示意图；

图4是固定上电的上电极固定圈示意图；

图5是本实用新型下电极系统的具体结构示意图；

图6是图4的A-A剖视图；

图7是下电极凹槽示意图。

图中：1上电极屏蔽壳；2上电极加热盖子；3上电极加热槽；4高压套管；5上电极固定圈；6下电极；8吸音材料固定板；9吸音垫块；10上电极屏蔽内腔；11下电极屏蔽壳；12上电极；13直流高压均压球；15上电极油循环管；16下电极油循环槽；17高压脉冲BNC接头；18压电传感器；19硅胶垫；20凹槽；21油隙；22油纸；R1匹配电阻；C隔直电容；R2保护电阻；10-1上圆盘；10-2下圆盘；1-2BNC安装孔；1-3加热槽安装孔；1-4套管安装孔；5-1螺纹孔；5-2通孔；5-3抽真空口；5-4密封圈安装槽；5-6密封圈安装槽。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本实用新型公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

本实施方式的一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，参见图1可知，其包括上电极系统、下电极系统、信号采集系统、纳秒高压脉冲和高压直流电源；

如图1所示，上电极12、油隙21、油纸22、下电极6自上而下布置，油纸22位于下电极6的上表面的中心位置，上电极12通过上电极固定圈5固定，使油纸22、上电极12和下电极6的中心线在一条线上；

如图1和图2所示，所述上电极系统包括上电极12、上电极屏蔽壳1、隔直电容C、匹配电阻R1、加热装置、出线装置和上电极固定圈5；上电极屏蔽壳1上开有BNC安装孔1-2、加热槽安装孔1-3和套管安装孔1-4，上电极屏蔽壳1内部构成上电极屏蔽内腔10，上电极屏蔽内腔10内设置隔直电容C和匹配电阻R1；

如图1、2、3所示，所述出线装置包括高压脉冲BNC接头17、高压套管4和直流高压均压球13，高压脉冲BNC接头17穿过BNC安装孔1-2安装在上电极屏蔽壳1上，高压套管4通过套管安装孔1-4固定在上电极屏蔽壳1上，高压套管4内设置保护电阻R2，直流高压均压球13安装在高压套管4顶端；所述加热装置包括上电极加热盖子2、上电极加热槽3和上电极油循环管15，上电极加热盖子2与上电极加热槽3紧密连接，上电极加热槽3通过加热槽安装孔1-3固定在上电极屏蔽壳1上，上电极油循环管15的进油管长出油管短，上电极加热槽3上有开孔用来固定上电极12，通过油循环对上电极进行加热；

如图1和图2所示，纳秒高压脉冲和高压直流电源通过出线装置连接到上电极屏蔽内腔10，在纳秒高压脉冲终端连接匹配电阻R1和隔直电容C，高压直流电源通过高压引线连接保护电阻R2经高压引线连接到上电极12；

如图1和图5、7所示，所述下电极系统包括下电极6、下电极屏蔽壳11和下电极加热装置；所述下电极6中心处的正下方开一个凹槽20，下电极6上还开有下电极油循环槽16，用铝皮将下电极油循环槽16焊接密封，下电极油循环槽16侧面留两个带螺纹油口，下电极油循环槽16采用焊接密封可以防止装置漏油对元器件造成影响；所述下电极屏蔽壳11使用四块铝板焊接而成用螺钉固定在下电极6上，下电极屏蔽壳11上有BNC安装孔安装BNC座；下电极屏蔽壳与下电极连接，一方面可以屏蔽外界信号，另一方面可以作为支撑固定作用；

如图1和图5所示，信号采集系统包括压电传感器18、吸音材料固定板8、吸音垫块9、放大器、示波器和计算机；所述凹槽20正中心位置安装压电传感器18，在压电传感器18正下方安装吸音垫块9，用螺钉将吸音材料固定板8固定；所述压电传感器18产生的信号直接用同轴电缆引出连接到放大器，放大器信号经同轴电缆引出到示波器，示波器经过传输线保存到计算机。

试样位于下电极的上表面的中心位置，试样与上下电极之间紧密接触，信号放大器安装于下电极下表面，上电极屏蔽壳用环氧树脂固化将上电极固定；上电极加直流高压，下电极接地，当给试样施加一定时间的高压后，在上电极施加高压窄脉冲，在试样内部就会产生超声波；超声波经过下电极后被信号采集系统采集；高压直流电源与上电极连接，高压脉冲源经过隔直电容后与上电极连接；信号采集系统与下电极连接；高压直流电源用于产生高压直流电场，在试样上集聚空间电荷；高压脉冲电源用于施加在试样上产生空间电荷信号；信号采集系统将信号放大并采集；上电极系统内的温梯系统实现试样上表面进行温度控制；下电极温梯系统实现试样下表面温度控制。

更具体地：压电传感器18紧贴下电极6经过同轴电缆引出，吸音材料固定板8和吸音垫块9紧贴压电传感器18，防止信号穿过压电传感器18后再次反射穿过传感器；为了防止传感器与下电极和吸声材料之间存在气泡，安装之前界面上都滴上硅油将气泡挤压出去；传感器引出线经过BNC连接到放大器放大，放大器通过同轴电缆连接到示波器采集，示波器经过传输线保存到计算机。

更具体地：如图2所示，所述上电极屏蔽内腔10内填充环氧树脂，将环氧树脂浇筑高度与上电极屏蔽壳下表面、上电极下表面在同一平面上；上电极屏蔽壳1外围上下设置两个凸出圆盘，分别为上圆盘10-1和下圆盘10-2；上圆盘10-1是为了方便拆卸上电极12，下圆盘10-2上有螺孔，通过螺钉与上电极固定圈5实现紧密的机械连接。

更具体地：如图1和图2所示，所述出线装置的高压套管4外部有伞裙，高压套管4内放置的保护电阻R2用环氧树脂固定。

更具体地：如图1和图2所示，所述上电极加热盖子2和上电极加热槽3的材料均为聚四氟乙烯，上电极油循环管15为硅胶管，上电极加热盖子2上有两个过孔，硅胶管穿过过孔后用密封胶封严，上电极加热盖子2与上电极加热槽3之间用塑料螺钉紧密连接。聚四氟乙烯除了是优良的绝缘介质，同时也是很好绝热介质，可以保护上电极中电阻、电容不会因为温度过高或过低而不能正常工作。

更具体地：如图4和图6所示，所述上电极固定圈5材料为不锈钢，在上电极固定圈5上开一个抽真空孔5-3，抽真空孔5-3外部焊接一个不锈钢管，并在不锈钢管上加工管螺纹，以便以后外接一个真空阀及用来接抽真空的快速接口，在上电极固定圈5下垫上硅胶垫19，通过改变固定圈下的硅胶垫19的厚度来实现不同油隙的测量，同时为了让试样紧贴电极，上电极固定圈5上还开有螺纹孔5-1、通孔5-2、上密封圈安装槽5-4和下密封圈安装槽5-6；8个螺纹孔5-1用来固定上电极屏蔽壳，8个通孔5-2将上电极固定圈5固定在下电极6上，上密封圈安装槽5-4用来放置密封圈实现上电极12与上电极固定圈5密封，下密封圈安装槽5-6用来实现固定圈5与下电极6实现密封。

虽然本实用新型所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本实用新型的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本实用新型所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，其特征在于：包括上电极系统、下电极系统、信号采集系统、纳秒高压脉冲和高压直流电源；

上电极（12）、油隙（21）、油纸（22）、下电极（6）自上而下布置，油纸（22）位于下电极（6）的上表面的中心位置，上电极（12）通过上电极固定圈（5）固定，使油纸（22）、上电极（12）和下电极（6）的中心线在一条线上；

所述上电极系统包括上电极（12）、上电极屏蔽壳（1）、隔直电容C、匹配电阻R1、加热装置、出线装置和上电极固定圈（5）；上电极屏蔽壳（1）上开有BNC安装孔（1-2）、加热槽安装孔（1-3）和套管安装孔（1-4），上电极屏蔽壳（1）内部构成上电极屏蔽内腔（10），上电极屏蔽内腔（10）内设置隔直电容C和匹配电阻R1；

所述出线装置包括高压脉冲BNC接头（17）和高压套管（4），高压脉冲BNC接头（17）穿过BNC安装孔（1-2）安装在上电极屏蔽壳（1）上，高压套管（4）通过套管安装孔（1-4）固定在上电极屏蔽壳（1）上，高压套管（4）内设置保护电阻R2；所述加热装置包括上电极加热盖子（2）、上电极加热槽（3）和上电极油循环管（15），上电极加热盖子（2）与上电极加热槽（3）紧密连接，上电极加热槽（3）通过加热槽安装孔（1-3）固定在上电极屏蔽壳（1）上，上电极油循环管（15）的进油管长出油管短，上电极加热槽（3）上有开孔用来固定上电极（12）；

纳秒高压脉冲和高压直流电源通过出线装置连接到上电极屏蔽内腔（10），在纳秒高压脉冲终端连接匹配电阻R1和隔直电容C，高压直流电源通过高压引线连接保护电阻R2经高压引线连接到上电极（12）；

所述下电极系统包括下电极（6）、下电极屏蔽壳（11）和下电极加热装置；所述下电极（6）中心处的正下方开一个凹槽（20），下电极（6）上还开有下电极油循环槽（16），用铝皮将下电极油循环槽（16）焊接密封，下电极油循环槽（16）侧面留两个带螺纹油口；所述下电极屏蔽壳（11）固定在下电极（6）上；

信号采集系统包括压电传感器（18）、吸音材料固定板（8）、吸音垫块（9）、放大器、示波器和计算机；所述凹槽（20）正中心位置安装压电传感器（18），在压电传感器（18）正下方安装吸音垫块（9），用螺钉将吸音材料固定板（8）固定；所述压电传感器（18）产生的信号用同轴电缆引出连接到放大器，放大器信号经同轴电缆引出到示波器，示波器经过传输线保存到计算机。

2.根据权利要求1所述的一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，其特征在于：所述上电极屏蔽内腔（10）内填充环氧树脂，将环氧树脂浇筑高度与上电极屏蔽壳下表面、上电极下表面在同一平面上；上电极屏蔽壳（1）外围上下设置两个凸出圆盘，分别为上圆盘（10-1）和下圆盘（10-2）；下圆盘（10-2）上有螺孔，通过螺钉与上电极固定圈（5）实现紧密的机械连接。

3.根据权利要求1所述的一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，其特征在于：所述出线装置的高压套管（4）外部有伞裙，高压套管（4）内放置的保护电阻R2用环氧树脂固定。

4.根据权利要求1所述的一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，其特征在于：所述上电极加热盖子（2）和上电极加热槽（3）的材料均为聚四氟乙烯，上电极油循环管（15）为硅胶管，上电极加热盖子（2）上有两个过孔，硅胶管穿过过孔后用密封胶封严，上电极加热盖子（2）与上电极加热槽（3）之间用塑料螺钉紧密连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于宽温度梯度下的空间电荷测量装置，其特征在于：所述上电极固定圈（5）材料为不锈钢，在上电极固定圈（5）上开一个抽真空孔（5-3），抽真空孔（5-3）外部焊接一个不锈钢管，并在不锈钢管上加工管螺纹，在上电极固定圈（5）下垫上硅胶垫（19）。