CN206832938U - 一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，包括硅橡胶平板模型试样，硅橡胶平板模型试样的两端分别浇注电极a、电极b，电极a与高压电源端连接，电极b接地。本实用新型一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，为研究硅橡胶表面分离水珠微放电过程、水珠的动态变化特性以及分离水珠在硅橡胶材料发生界面闪络提供了必要的设备支持；本实用新型装置经济成本低、结构简单、操作方便，可靠性强，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型属于硅橡胶绝缘检测装置技术领域，具体涉及一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置。
背景技术
随着我国电力系统不断发展和输电网络电压等级的提高，对输电设备的绝缘等级提出了更高的要求。作为高压输电线路中应用广泛、数量巨大的一种电气元件，绝缘子的可靠性直接影响着输电系统的安全运行。
目前，输电线路中使用最多的是瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子和硅橡胶复合绝缘子。由于硅橡胶复合绝缘子具有体积小、重量轻、强度高、伞裙有弹性、不易破碎、免测零、易维护、运输安装方便，制造过程简单，价格相对较低，经济效益好等优点，在电力系统中得到了广泛的应用。
硅橡胶作为复合绝缘子的常见材料，在电气、憎水性、机械性能方面具有良好优越性。此外，硅橡胶复合绝缘子具有良好的憎水性和憎水迁移性，有效降低了表面污秽被湿润的可能性，凸显了其优异的防污闪特性，极大地提高了输电线路的防污闪能力和输变电设备安全运行的可靠性。但是，在一定条件下硅橡胶复合绝缘子还是会在小雨、雾、露等潮湿天气下发生污闪现象。目前的研究者认为污闪过程分为四个阶段，即绝缘子表面的积污、污秽层的湿润、形成干带和局部放电的产生、局部电弧发展导致沿面闪络。
但是对于一些细节问题，如在高电压作用下湿污绝缘子表面电弧产生前水珠和水带的动态变化细节，电晕放电对水珠、水带在绝缘子表面运动过程的影响机理等问题还没有十分清楚的认识，还需进一步进行细致的研究。所以也没有相应的试验检测设备。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，为研究硅橡胶表面分离水珠微放电过程、水珠的动态变化特性提供了必要的设备支持。
本实用新型所采用的技术方案是，一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，包括硅橡胶平板模型试样，硅橡胶平板模型试样的两端分别浇注电极a、电极b，电极a与高压电源端连接，电极b接地。
本实用新型的特点还在于：
电极a和电极b拟预埋于硅橡胶平板模型试样内，电极a和电极b与硅橡胶平板模型试样浇注为一体。
电极a和电极b使用黄铜。
本实用新型的有益效果是：本实用新型一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，为研究硅橡胶表面分离水珠微放电过程、水珠的动态变化特性以及分离水珠在硅橡胶材料发生界面闪络提供了必要的设备支持；本实用新型装置经济成本低、结构简单、操作方便，可靠性强，实用性强。
附图说明
图1是本实用新型硅橡胶表面水珠运动规律试验装置的结构示意图；
图2是本实用新型硅橡胶表面水珠运动规律试验装置中水珠/水带运动试验与实时观测单元的线路图；
图3是本实用新型硅橡胶表面水珠运动规律试验装置中水珠/水带沿面放电试验与实时图像、放电信号采集单元线路图。
图中，1.硅橡胶平板模型试样，2.电极a，3.电极b。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，如图1所示，包括硅橡胶平板模型试样1，硅橡胶平板模型试样1的两端分别浇注电极a2、电极b3，电极a2与高压电源端连接，电极b3接地。
电极a2和电极b3拟预埋于硅橡胶平板模型试样1内，电极a2和电极b3与硅橡胶平板模型试样1浇注为一体。
电极a2和电极b3使用黄铜，电极a2和电极b3为椭圆形，黄铜的电极材料长轴半径为20mm、短轴半径为15mm，厚度2mm，电极间的最小间距为60mm。
硅橡胶平板模型试样1的尺寸长、宽、高为90×60×10(mm)。
电极a2和电极b3之间加压10kV。
本实用新型的工作过程：
为了能够更直观清晰的观察试验过程中本实用新型硅橡胶表面水珠运动规律试验装置上水珠的动态变化特性，可以对水的颜色进行处理，采用中性有机生物染料也即化学试剂甲基蓝使水珠染成深蓝色。
为了验证甲基蓝的使用对原有水质的导电特性没有影响，利用电导率测试仪测试了染色前后的水的电导率。染色前水的电导率为256μs/cm，染色后水的电导率为261μs/cm，两组电导率的测试数据基本相同，故甲基蓝的使用对原有水质的导电特性没有影响。因此，可以认为在之后的研究中使用染色的水珠进行试验，并不会影响试验结果。
搭建试验平台的主要设备包括：50kVA的隔离变压器，调压变压器，100kV/50kVA的无局放交直流试验变压器，分压比为1000:1的交直流分压器；采集卡，检测阻抗，示波器，数字万用表；拍摄速度为1000帧/s(最高20000帧/s)、720p像素的高速摄像机，计算机终端及数字摄像软件，用于拍摄和记录试验现象。
图2所示为水珠/水带运动试验的原理图，水珠/水带运动试验中试验电源由Tektronix AFG3051C(50MHz)任意函数发生器与Trek 20/20A高压电源放大器组成，试验电源与电极a2连接。可以对试样产生各种幅值和频率的锯齿波、方波、交流、交直流复合等各种电压，各种幅值的直流电压，以及任意比例和幅值的复合电压。
图3所示为水珠/水带闪络试验的原理图，水珠/水带闪络试验中试验电源由隔离变压器和无局放试验变压器组成，试验电源与电极a2连接，可以对试样产生交流、直流高电压。
放电在线检测系统由试样、采集卡、传感器(检测阻抗或罗氏线圈)、耦合电容、示波器等仪器组成，用于采集实验过程中试样发出的放电脉冲信号。
水珠/水带运动和放电现象实时观测系统由高速摄相机、计算机和数字摄像软件构成，高速摄像机架在本实用新型一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置的上空，拍摄的视频由远程的计算机和数字摄像软件观察并处理，用于水珠/水带运动过程和电弧发展过程的实时观察和拍摄。
利用上述试验设备搭建起表面水珠/水带沿面放电的试验平台。
采用理论分析和有限元仿真计算相结合的方法进行三维有限元仿真，研究水分状态和分布(水的形态、直径、体积、分布与间距)、水分电导率、重力——伞面斜度对周围电场的影响规律；结合复合绝缘子表面水珠的动力学控制方程进行水珠/水带在电场中的受力分析。
本实用新型硅橡胶表面水珠运动规律试验装置中硅橡胶平板模型试样1的表面状态采用4种形式：干燥清洁模式、潮湿清洁模式、干燥染污模式，潮湿染污模式。
1)干燥清洁模式采用去离子水清洁硅橡胶试样表面，并进行烘干；潮湿清洁模式采用去离子水滴定或者喷淋的方式使干燥清洁模式的试样湿润。
2)染污模式采用NaCl和高岭土模拟实际污秽中的可溶物和不可溶物，配合去离子水，按照不同比例调制污秽溶液，定量刷涂对硅橡胶平板模型试样1均匀涂污。干燥染污模式为采用烘干污秽表面，而潮湿染污模式时污秽溶液均匀附于试样表面分为：烘干并采用去离子水滴定的方式，以及并采用去离子水滴定的方式使试样湿润。
本实用新型硅橡胶表面水珠运动规律试验装置上的试样在表面处理后，置于试验系统中进行加压试验，保持水珠/水带能够运动但并不发生放电(或放电电流小于1A)。改变电场形式、电场频率、水分状态和分布(水的形态、直径、体积、分布与间距)、水分电导率、重力(伞面斜度)、等条件进行多次试验，采集水珠/水带动态运动照片，将图像信息存入计算机。分别采用不同憎水性硅橡胶试样、表面有不同程度劣化痕迹的硅橡胶试样，重复上述水珠/水带运动试验，以发现憎水性和表面劣化程度与水珠/水带随机运动的关联规律。对图像进行处理，分析各种因素对水珠/水带运动的静态参量以及水珠/水带运动的起始和发展等水分动态参量的影响规律，建立水珠/水带运动模型。
本实用新型硅橡胶表面水珠运动规律试验装置上水珠/水带沿面放电试验线路图如图3所示。采用相同方式准备试样，在水珠运动后，持续加压使试样表面发生放电现象，利用NI数据采集卡采集放电电流和试样所加电压，并存入试验计算机；并行试验中，将放电不同阶段的试样取出，进行试样表面劣化程度的分析。试样发生沿面闪络后，试验结束，断掉电源，用相机拍摄试样表面图片，并对试样表面劣化状态用扫描电镜或高倍光学相机进行分析。
针对采集到的放电信号，结合观测到发生放电的每个时间点的水珠/水带运动的图片与试样表面劣化程度，分析在水珠/水带运动过程中的放电特性参量，得出水分运动过程中放电的变化规律。结合仿真计算的水珠/水带运动规律，将水珠/水带在每个时间点的运动状态与试验中的放电特征量进行分析比较，建立水珠/水带引发流注放电与电弧形成的仿真计算模型，分析水分作用下放电起始、发展及电弧形成过程的影响因素及其发生、转换机理。特别关注清洁/染污试样水珠/水带运动对于电晕放电后材料劣化和憎水性逐渐消失、恢复规律的影响，以及材料劣化和憎水性消失、恢复过程对水珠/水带运动和放电发展的影响规律。
本实用新型一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，针对硅橡胶表面分离水珠的微放电的现象，研究得出分离水珠对硅橡胶绝缘材料发生界面闪络的影响，并提出存在界面闪络时硅橡胶表面分离水珠的动态变化规律及机理。为研究硅橡胶表面分离水珠微放电过程、水珠的动态变化特性以及分离水珠在硅橡胶材料发生界面闪络提供了必要的设备支持；对改善现有附件结构、指导附件的安装，具有重要的意义和实用价值。本试验装置经济成本低、结构简单、操作方便，可靠性强，实用性强，便于实验室测量和推广使用。
Claims (3)
1.一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，其特征在于，包括硅橡胶平板模型试样(1)，硅橡胶平板模型试样(1)的两端分别浇注电极a(2)、电极b(3)，电极a(2)与高压电源端连接，电极b(3)接地。
2.根据权利要求1所述的一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，其特征在于，所述电极a(2)和所述电极b(3)拟预埋于所述硅橡胶平板模型试样(1)内，所述电极a(2)和所述电极b(3)与所述硅橡胶平板模型试样(1)浇注为一体。
3.根据权利要求1所述的一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置，其特征在于，所述电极a(2)和所述电极b(3)使用黄铜。
Priority Applications (1)
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| CN201720591846.6U CN206832938U (zh) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | 一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置 |
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| CN201720591846.6U CN206832938U (zh) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | 一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置 |
Publications (1)
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| CN201720591846.6U Active CN206832938U (zh) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | 一种硅橡胶表面水珠运动规律试验装置 |
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| CN (1) | CN206832938U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110826268A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-02-21 | 西安工程大学 | 电-流体多物理场耦合的水珠运动及电场分析计算方法 |
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