CN207148027U - 一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,涉及电网技术领域,可测量电场对硅橡胶吸水性、吸湿性的影响。一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,包括用于容纳水溶液的容器,所述容器为管状结构,所述容器的上方盖设有盖板,所述容器的所述水溶液内设有第一电极,所述容器的下方设有第二电极,所述第二电极和所述容器之间用于夹持硅橡胶样品,所述容器的下部设有第一开口,所述第一开口的外边沿位于所述硅橡胶样品的外边沿内,所述第一电极和所述第二电极用于向所述硅橡胶样品施加电场。本实用新型用于测量材料吸水性。

Description

一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置
技术领域
本实用新型涉及电网技术领域,尤其涉及一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置。
背景技术
在电网中,为避免各个输电线互相接触,常设置有绝缘子。绝缘子是一种特殊的绝缘控件,能够在架空输电线路中起到重要作用。绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种机电应力而失效,否则绝缘子就不会产生重大的作用,就会损害整条线路的使用和运行寿命。绝缘子是用来支持和固定母线与带电导体、并使带电导体间或导体与大地之间有足够的距离和绝缘。绝缘子应具有足够的电气绝缘强度和耐潮湿性能。
硅橡胶绝缘子,别名是复合绝缘子,用于高压输电线路。硅橡胶绝缘子可广泛用于高压输电线路,可适用于不同污秽等级地区,具有重量轻、体积小、不易破碎、高抗拉强度,污秽性能强的特点。硅橡胶复合绝缘子具有优异的防污闪等性能,在保证电网稳定可靠运行中起着至关重要的作用,但复合绝缘子在户外运行时仍然会出现一些不同严重程度的故障,如绝缘子断裂、绝缘子温度升高、伞裙或护套老化、雷击和伞裙破损等。
在复合绝缘子的芯棒腐蚀断裂和温度升高中,硅橡胶伞裙或护套的吸水、吸湿和扮演着重要角色,多起线路绝缘子故障都是由于硅橡胶吸水、吸湿造成的。吸水性指材料吸收水分的性质,吸湿性指材料吸收周围环境中湿气(水蒸气)的性质;只要材料与水或湿气直接接触,水或湿气都有可能进入材料内。吸水性、吸湿性都属于材料的物理性质。
由于复合绝缘子用于高压输电线路,在符合绝缘子周围存在着电场,即,电场是复合绝缘子运行中的基本影响因素,因此有必要研究电场对硅橡胶材料的吸水性、吸湿性的影响。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,可测量电场对硅橡胶吸水性、吸湿性的影响。
为达到上述目的,本实用新型的实施例采用如下技术方案:
一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,包括用于容纳水溶液的容器,所述容器为管状结构,所述容器的上方盖设有盖板,所述容器的所述水溶液内设有第一电极,所述容器的下方设有第二电极,所述第二电极和所述容器之间用于夹持硅橡胶样品,所述容器的下部设有第一开口,所述第一开口的外边沿位于所述硅橡胶样品的外边沿内,所述第一电极和所述第二电极用于向所述硅橡胶样品施加电场。
进一步地,所述第一电极为棒状电极,所述盖板上设有第二开口,所述第一电极与所述第二开口相配合。
进一步地,所述第二电极为贴附于所述硅橡胶样品朝向所述容器外的一侧的平板电极。
进一步地,所述容器的侧壁与所述硅橡胶样品相接处设有密封层。
进一步地,所述第一电极为铝电极,所述水溶液为氯化钠溶液;或,所述第一电极为黄铜电极,所述水溶液为硝酸溶液。
进一步地,所述容器为石英管。
进一步地,所述第二开口为所述盖板的中心上开设的通孔。
进一步地,当所述第一电极和所述第二电极向所述硅橡胶样品施加预设电压电场时,所述容器内的电场强度小于857伏特/毫米。
本实用新型实施例的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,通过硅橡胶样品封闭容器底部的第一开口,并在容器内加入水溶液。为了在硅橡胶样品周围产生电场,在水溶液内设有第一电极,在硅橡胶样品的下方设有第二电极,通过对第一电极和第二电极施加电压,可以实现在硅橡胶样品周围产生电场,从而可以研究电场对硅橡胶吸水性、吸湿性的影响。具体地方法为:在容器内加入预设的水溶液;在水溶液中(即第一电极)和硅橡胶样品的第二侧(即第二电极)施加电压,以在硅橡胶样品周围产生预设电场强度;测量硅橡胶样品的质量,以得到硅橡胶样品处于每一预设电场强度下,不同施加电压的时间与硅橡胶样品的质量变化表征值的对应关系。通过上述得到的数据对应关系,可以研究电场对硅橡胶吸水性、吸湿性的影响,得到实验结果,为稳定电网提供更好的技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置的结构示意图;
图2为本实用新型实施例的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置中容器内盛放浓度为1mol/L氯化钠溶液时,不同电场强度下硅橡胶样品的质量变化率随时间的变化图;
图3为本实用新型实施例的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置中容器内盛放PH值为2的硝酸溶液时,不同电场强度下硅橡胶样品的质量变化率随时间的变化图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
本实用新型实施例提供的一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,如图1所示,包括用于容纳水溶液的容器1,容器1为管状结构,且容器1的上盖设有盖板13,容器1中的水溶液中设有第一电极2,容器1的下方设有第二电极3,第二电极3和容器1之间用于夹持硅橡胶样品100,容器1的下部设有第一开口11,第一开口11的外边沿位于硅橡胶样品100的外边沿内,第一电极2和第二电极3用于向硅橡胶样品100施加电场。
本实用新型实施例的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,通过硅橡胶样品100封闭容器1底部的第一开口11,并在容器1内加入水溶液。为了在硅橡胶样品100周围产生电场,在水溶液内设有第一电极2,在硅橡胶样品100的下方设有第二电极3,通过对第一电极2和第二电极3施加电压,可以实现在硅橡胶样品100周围产生电场,从而可以研究电场对硅橡胶吸水性、吸湿性的影响。
此外,可选地,容器1的也可采用其他结构,如容器1为上端封口的圆筒,封口上开设有通孔。相应地,硅橡胶样品100也采用圆盘状,与管状的容器1相适应,盖板13也可采用硅橡胶制作,绝缘性较好。
可选地,第一电极2可采用各种长条形结构,便于插入将第一电极2需插入容器1的水溶液内。本实用新型实施例第一电极2为棒状电极,盖板13上开设有第二开口12,第一电极2与第二开口12相配合,第一电极2可经第二开口12插入容器1的水溶液内,第一电极2的表面圆滑,电离效果较好;测量装置的密封性较好,减少外界空气对测量结果的影响。
上述第二电极3设置在容器1的下方,为保证第一电极2与第二电极3为硅橡胶样品100提供较均匀的电场,第二电极3为平板电极,且将第二电极3贴附于硅橡胶样品100朝向容器1外的一侧。具体地,本实用新型实施例中的第二电极3采用铝板电极。
进一步,本实用新型实施例的容器1的侧壁与硅橡胶样品100相接处涂布有密封层4,可防止容器1内的水溶液或空气内的湿气渗入容器1与测量液样品的接触面上,影响测量结果。
此外,在实际测量时,本实用新型实施例在硅橡胶样品100未与水溶液接触的表面也设有密封层4,以防止容器1外空气中的湿气被硅橡胶样品100吸收而影响测量结果。
需要说明的是:上述的密封层4为密封蜡,密封蜡可为石蜡和蜂蜡的混合物,石蜡和蜂蜡的混合比例为85:15。
因第一电极2与水溶液会产生电离反应,第一电极2可采用金属材料制作,如第一电极2为铝电极,水溶液为氯化钠溶液;或者第一电极2为黄铜电极,水溶液为硝酸溶液。上述两种方案的实现较容易,价格便宜,且电离反应较快。
为避免容器1吸收水分而影响测量结果,容器1的侧壁需采用非亲水材料制作,如环氧树脂、有机玻璃、石英、聚四氟乙烯或陶瓷等材料制作。优选地,本实用新型实施例中容器1由石英材料制作,即容器1为石英管,石英材料具有电绝缘性能好、热稳定性好的优点,适合测量电场中材料的吸水性。
可选地,第二开口12可为与第一电极2截面相匹配的通孔,该通孔可开设于盖板13的任何位置,如盖板13的边沿处、或盖板13的中心。本实用新型实施例中第二开口12为盖板中心上开设的通孔,水溶液中各方向的电离速度相同,便于产生均匀的电场。
在多层绝缘介质结构中,介质内的电场强度与介电常数呈反比。第二电极3上的绝缘介质为硅橡胶样品100和密封蜡(密封蜡的厚度小于硅橡胶样品100的厚度),硅橡胶、石蜡、蜂蜡和空气的相对介电常数分别为3.54、2.1~2.5、2.7~3.0、1,可认为硅橡胶样品100和密封蜡组成的绝缘介质的相对介电常数为3.5,而空气的击穿场强为3kV/mm(千伏/毫米),因此,当第一电极2和第二电极3向硅橡胶样品100施加预设电压电场时,容器1内的电场强度需小于857V/mm(伏特/毫米),避免击穿硅橡胶样品100和密封蜡组成的绝缘介质。若第一电极2和第二电极3接交流电,应使容器1内交流电的电场强度峰值低于857伏特/毫米。
本实用新型的另一实施例为一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的方法,包括以下步骤:
将容器1的第一开口11压合在第一硅橡胶样品的第一侧,并在容器1内加入水溶液;
在水溶液中和第一硅橡胶样品的第二侧施加电压,以在第一硅橡胶样品周围产生预设电场强度;
测量第一硅橡胶样品的质量,以得到第一硅橡胶样品处于每一预设电场强度下,不同施加电压的时间与第一硅橡胶样品的质量变化表征值的对应关系。
在具体实验的过程中,先测量第一硅橡胶样品的初始质量为m0,在施加电压后的时间t时,测量获得第一硅橡胶样品的质量为mt。上述步骤中的质量变化表征值可为第一硅橡胶样品的质量值mt、第一硅橡胶样品的质量值之差(即mt-m0)或第一硅橡胶样品的质量变化率。此外,多次测量的时间t,可为相同时间,也可不同,如均经5天测量一次,或者开始测量时,经2天测量一次,几次之后,经5天测量一次。
进一步地,为了对比出电场强度对硅橡胶吸水性的影响,上述的测量方法还包括:将容器1的第一开口11压合在第二硅橡胶样品(第二硅橡胶样品与第一硅橡胶样品的材料相同)的第一侧上,并在容器1内加入水溶液;不施加电压,测量所述第二硅橡胶样品的质量,以得到加入水溶液后,不同时间与所述第二硅橡胶样品的质量变化表征值的对应关系。
因加入水溶液后,再称量硅橡胶样品的质量时,硅橡胶样品的第一侧表面会残留水溶液,因此,本实用新型实施例的测量方法还包括:在每次测量第一硅橡胶样品或第二硅橡胶样品的质量前,在容器1内加入水溶液之后,去除第一硅橡胶样品或第二硅橡胶样品表面上的水分。
进一步地,去除上述第一硅橡胶样品或第二硅橡胶样品表面的水分方法为:依次用无水乙醇和去离子水清洗硅橡胶样品(硅橡胶样品指第一硅橡胶样品或第二硅橡胶样品),然后用滤纸去除硅橡胶样品表面的水分。
在温度25℃条件下,准备多个形状相同、大小一致的硅橡胶样品100,容器1的内径为70mm,容器1的外径为80mm,先测量硅橡胶样品100的质量m0;再将硅橡胶样品100分别设置在容器1的底部,在硅橡胶样品100未与容器1内水溶液接触的表面、硅橡胶样品100与容器1的侧壁相接处,均覆盖有密封蜡,称量硅橡胶样品100、容器1以及密封蜡所形成的结构单元,总质量记为m1;再在部分容器1内注入水溶液,将容器1用盖板13盖合,第一电极2分别插入上述溶液中,再将上述组合的整个装置放置在第二电极3上,给两个电极上通交流电(图1中AC为Alternating Curren,指交流电),以在硅橡胶样品100周围产生预设电场强度E(预设电场E分别为0V/mm,200V/mm,400V/mm,600V/mm);经时间t后,将两个电极、盖板13以及溶液移除后,并将上述结构单元上的水分擦去,再对上述的结构单元进行称量,其质量记为mt1;重复几次上述称量过程后,即可根据计算,获得不同时间硅橡胶样品100在电场作用下的质量变化率,可根据计算结果绘制时间与硅橡胶样品100的质量变化率的关系图,如图2~3所示。
图2为容器1内盛放浓度为1mol/L氯化钠溶液时,不同电场强度下硅橡胶样品100的质量变化率随时间的变化图,图3为容器1内盛放PH值为2的硝酸溶液时,不同电场强度下硅橡胶样品100的质量变化率随时间的变化图。从图2~3中可看出,一定强度的交流电场基本不影响硅橡胶样品100在水溶液中的吸水性。
以上仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,其特征在于,包括用于容纳水溶液的容器,所述容器为管状结构,所述容器的上方盖设有盖板,所述容器的所述水溶液内设有第一电极,所述容器的下方设有第二电极,所述第二电极和所述容器之间用于夹持硅橡胶样品,所述容器的下部设有第一开口,所述第一开口的外边沿位于所述硅橡胶样品的外边沿内,所述第一电极和所述第二电极用于向所述硅橡胶样品施加电场。
2.根据权利要求1所述的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,其特征在于,所述第一电极为棒状电极,所述盖板上设有第二开口,所述第一电极与所述第二开口相配合。
3.根据权利要求1所述的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,其特征在于,所述第二电极为贴附于所述硅橡胶样品朝向所述容器外的一侧的平板电极。
4.根据权利要求1所述的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,其特征在于,所述容器的侧壁与所述硅橡胶样品相接处设有密封层。
5.根据权利要求2所述的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,其特征在于,所述第二开口为所述盖板的中心上开设的通孔。
6.根据权利要求1所述的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,其特征在于,所述第一电极为铝电极,所述水溶液为氯化钠溶液;或,所述第一电极为黄铜电极,所述水溶液为硝酸溶液。
7.根据权利要求6所述的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,其特征在于,所述容器为石英管。
8.根据权利要求6所述的测量硅橡胶材料在电场作用下吸水性的装置,其特征在于,当所述第一电极和所述第二电极向所述硅橡胶样品施加预设电压电场时,所述容器内的电场强度小于857伏特/毫米。
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