CN207318592U - 一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统 - Google Patents

Abstract

一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，属于高电压绝缘技术领域。高压电极置于试验箱内的绝缘支撑板上，试品放在高压电极上，测量电极及保护电极放于试品上，引线与电极相连，绝缘气体钢瓶与密封试验箱上部连通；废气回收装置与试验箱下部连通，高压直流电源输出直流高压至试品上，通过转换及保护装置将检流计接入测试电路。试品置于密封箱后抽真空或抽真空后充入特种绝缘气体；调节高压直流电源输出直流高压至被测试品上，通过转换及保护装置将检流计接入测试电路，进行读数并记录电流值及对应直流电压值；断开测量电路，再调节高压直流电源；往复记录多组数据测试完成。本实用新型用于固体绝缘材料体积电阻率测试中。

Description

一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测 试系统

技术领域

本实用新型涉及一种固体绝缘材料体积电阻率测试系统及测试方法，具体涉及一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统及其测试方法，属于高电压绝缘领域。

背景技术

随着我国电网建设的大力发展，输电电压等级不断提高，特别是近年来直流输电技术的发展，一方面对输电设备绝缘结构的设计提出了新的挑战，另一方面对绝缘材料的性能也提出了更高的要求。与交流输电不同的是，在直流电压作用下，高压设备内电场分布取决于材料的电阻率。因此，在很多直流高压设备关键的绝缘部位，例如高压直流套管主绝缘、高压电缆附件主绝缘与附件增强绝缘、换流变压器主绝缘及出线装置中，如果绝缘材料本身具有电场自动调节功能，既绝缘材料具有电阻率自调节的非线性特性，则可在一定程度上实现高压直流设备中电场的自动均化。传统的固体绝缘材料电阻率非线性特性的测试方法为，常温常压下，采用绝缘电阻标准三电极测试系统，对固体绝缘材料片状试样施加直流高压，利用检流计测量流过绝缘材料内的电流，从而计算不同电场强度下绝缘材料的电阻率，并寻找其非线性规律。这种测试方法存在的问题是：为了得到较为明显的非线性特性，通常需要施加较高的直流电压，从而得到足够多的数据点。当所施加直流电压过高、电场强度过大时，被测试样表面泄露电流增大，甚至引发沿面放电，影响测试的准确度，严重时还会导致测试设备烧毁，使测试无法正常进行。这为高电场强度下绝缘材料电阻率的测试带来了很大困难。因此，研制一套适用于高电场强度下稳定可靠的新型固体绝缘材料体积电阻率测试系统是十分必要的。

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，本实用新型的目的是提供一种可施加直流高压电场的新型固体绝缘材料体积电阻率测试系统，在保留了传统的绝缘电阻标准三电极测试结构的基础上，运用巴申定律基本原理，成功的弥补了传统测试系统耐沿面放电电压低的问题，提高了测试电场强度，扩大了测量范围。

方案：本实用新型提供了一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，包括密封试验箱、压力表、测量电极、保护电极、高压电极、绝缘支撑板、高压引线、测试引线、保护引线、进气阀门、放气阀门、进气泵、出气泵、废气回收装置、绝缘气体钢瓶、绝缘气体钢瓶阀门、转换及保护装置、检流计和高压直流电源；

所述密封试验箱的侧面设置有箱门，密封试验箱的内部水平安装有绝缘支撑板，电极系统的高压电极置于绝缘支撑板上，被测试品放在高压电极上，测量电极及保护电极放于被测试品上，且被测试品及测量电极、保护电极、高压电极四圆同心，分别将高压引线、测试引线和保护引线与对应电极相连，密封试验箱的顶部安装有压力表；

所述绝缘气体钢瓶通过绝缘气体管路与密封试验箱的上部连通，绝缘气体管路上按照气体走向依次安装有绝缘气体钢瓶阀门、进气泵和进气阀门；

所述废气回收装置通过废气管路与密封试验箱的下部连通，废气管路上按照气体走向依次安装有放气阀门和出气泵；

所述高压直流电源输出直流高压至被测试品上，通过转换及保护装置将检流计接入测试电路。

进一步地：所述密封试验箱包括高压密封箱体、高压密封箱盖、箱门、观察窗、支撑板固定座和一组脚轮，所述高压密封箱体上设置有高压密封箱盖，所述箱门上设置有观察窗，所述高压密封箱体的底部设置有一组脚轮，所述绝缘支撑板通过支撑板固定座水平安装在高压密封箱体内。

进一步地：所述密封试验箱采用不锈钢材质的圆筒形结构。

进一步地：所述观察窗为高强度钢化玻璃材质的观察窗。

进一步地：所述绝缘支撑板为有机玻璃材质的支撑板。

进一步地：所述高压引线、测试引线和保护引线穿出密封试验箱的位置对应设置有高压绝缘套管、测量极引入套管和保护极引线套管。

进一步地：所述高压绝缘套管、测量极引入套管和保护极引线套管均采用聚四氟材质的套管型结构。

有益效果：

本实用新型使用密闭式的箱体作为测试标准三电极系统的载体，使得测试环境与外界隔离，消除了外界环境中湿度、杂质等干扰因素的影响；有机玻璃材质的绝缘支撑板对三电极系统起到定位、支撑及对箱壁绝缘的作用，同时有机玻璃为透明材质试验过程中更易于对实验现象的观察。通过阀门使密闭式箱体与气泵及绝缘气体钢瓶相连，可在较大范围内对箱体中的压力进行调节，从而在标准电极间距不变的情况下，可以使试品的沿面放电电压显著提高，保证了测试电压范围；密闭式箱体采用圆筒形结构、不锈钢材质，在增加箱体的机械强度的同时对于正压测试过程中充入的特种绝缘气体有抗腐蚀作用；密封箱体正面开门并在门上留有高强度钢化玻璃材质的观察窗，方便了试品的更换并可对测试过程进行观察；采用聚四氟材质的套管型结构作为高压电极、测量电极及保护电极接线的引入装置，在保证了密封箱体气密性的同时，有效解决了高压引入线对箱体的绝缘问题；箱盖上方设置压力表可实时显示箱内压力，方便数据读取及压力调节。安装有脚轮的密封箱体具有了更大的便携性；采用集成的高压直流电源在一定程度上减小了整套装置的体积并提高了装置的可靠性及稳定性；采用高精度检流计对所测试品体积电流进行检测，可大大提高测量精度及准确性；在检流计前端接入转换及保护装置，可有效防止检流计接入过程及加压过程中试品异常放电引起的浪涌电流损坏仪表；针对充入绝缘气体不同，可对气体回收装置中的试剂随时调整，充分吸收废气，有效防止了环境污染。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的固体绝缘材料电阻率测试系统整体结构图；

图2为本实用新型的密封试验箱结构示意图；

图3为本实用新型的转换及保护装置结构示意图。

图中：1.高压密封箱体；2.高压密封箱盖；3.高压绝缘套管；4.测量极引入套管；5.保护极引线套管；6.压力表；9.观察窗；10.箱门；11.测量电极；12.保护电极；13.高压电极；14.被测试品；15.绝缘支撑板；16.高压引线；17.测试引线；18.保护引线；19.支撑板固定座；20.脚轮；21.进气阀门；22.放气阀门；23.进气泵；24.出气泵；25.废气回收装置；26.绝缘气体钢瓶；27.绝缘气体钢瓶阀门；28.转换及保护装置；29.检流计；30.高压直流电源。

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。

实施例1：一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，包括包括密封试验箱、高压绝缘套管3、测量极引入套管4和保护极引线套管5、压力表6、测量电极11、保护电极12、高压电极13、绝缘支撑板15、高压引线16、测试引线17、保护引线18、进气阀门21、放气阀门22、进气泵23、出气泵24、废气回收装置25、绝缘气体钢瓶26、绝缘气体钢瓶阀门27、转换及保护装置28、检流计29和高压直流电源30；所述密封试验箱包括高压密封箱体1、高压密封箱盖2、箱门10、观察窗9、支撑板固定座19和一组脚轮20，所述高压密封箱体1上设置有高压密封箱盖2，其侧面设置有箱门10，所述箱门10上设置有观察窗9，所述高压密封箱体1的底部设置有一组脚轮，所述绝缘支撑板15通过支撑板固定座19水平安装在高压密封箱体1内；电极系统的高压电极13置于绝缘支撑板15上，被测试品14放在高压电极13上，测量电极11及保护电极12放于被测试品14上，且被测试品14及测量电极11、保护电极12、高压电极13四圆同心，分别将高压引线16、测试引线17和保护引线18与对应电极相连，测量电极11、保护电极12、高压电极13构成标准三电极系统，密封试验箱的顶部安装有压力表6；所述密封试验箱采用不锈钢材质的圆筒形结构；所述观察窗9为高强度钢化玻璃材质的观察窗；所述绝缘支撑板15为有机玻璃材质的支撑板；所述高压引线16、测试引线17和保护引线18穿出密封试验箱的位置对应设置有高压绝缘套管3、测量极引入套管4和保护极引线套管5；所述高压绝缘套管3、测量极引入套管4和保护极引线套管5均采用聚四氟材质的套管型结构；所述绝缘气体钢瓶26通过绝缘气体管路与密封试验箱的上部连通，绝缘气体管路上按照气体走向依次安装有绝缘气体钢瓶阀门27、进气泵23和进气阀门21；所述废气回收装置25通过废气管路与密封试验箱的下部连通，废气管路上按照气体走向依次安装有放气阀门22和出气泵24；所述高压直流电源30输出直流高压至被测试品14上，通过转换及保护装置28将检流计29接入测试电路。所述转换及保护装置28结构特征如图3所示。其中，K为转换开关、R为限流电阻、C为吸收电容、TVS为瞬态电压抑制器。

实施例2：本实施例提供了一种依托实施例1所述基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统实现的测试方法，具体为：

根据被测试样性质的不同，可对试品电阻率进行负压或正压环境下测试，当被测试品在高电场强度下沿面放电电压较高时可在负压环境下测试，具体测试过程如下：

以圆形片状环氧树脂试样为待测试品，首先打开箱门10将标准的三电极系统的高压电极13置于密封试验箱中的绝缘支撑板15上，将预处理好的被测试品14放入标准三电极系统的高压电极13上，再将测量电极11及保护电极12放于被测试品14上，调整被测试品14及三个电极位置使四圆同心。分别将高压引线16、测试引线17和保护引线18与对应电极相连，检查无误后锁闭箱门10。

高压试验箱箱门10锁闭后，将进气阀门21关闭，放气阀门22打开，同时启动出气泵24开始对密封箱进行抽真空操作。待压力表6示数达到预定真空值时，停止抽真空操作，所述预定真空值可以设定为0.01kpa，并关闭放气阀门22使密封箱保持真空状态。调节高压直流电源30输出直流高压至被测试品14上，以1kv为档采用阶梯升压法进行升压至预设值，所述预设值可以为20kV，在每个测试电压值上保持10min后，通过转换及保护装置28将检流计29接入测试电路，待检流计29示数稳定后进行读数并记录电流值及对应直流电压值。记录完成后通过转换及保护装置28将检流计29从测量电路中断开，继续调节高压直流电源输出至下一电压值。依次重复上述过程，记录多组数据后测试完成。调节高压直流电源30使其输出归零并关闭电源，断开出气泵24与放气阀门22之间的快速接头，打开放气阀门22使密封箱恢复常压状态后恢复接线。打开密封箱箱门10，更换试样进行下一次测试。

实施例3：本实施例提供了一种依托实施例1所述基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统实现的测试方法，具体为：

被测试品在高电场强度下沿面放电电压较低时可在正压环境下测试，具体测试过程如下：

以圆形片状环氧树脂试样为待测试品，首先打开箱门10将标准的三电极系统的高压电极13置于密封试验箱中的绝缘支撑板15上，将预处理好的被测试品14放入标准三电极系统的高压电极13上，再将测量电极11及保护电极12放于被测试品14上，调整被测试品14及三个电极位置使四圆同心。分别将高压引线16、测试引线17和保护引线18与对应电极相连，检查无误后锁闭箱门10。

高压试验箱箱门10锁闭后，将进气阀门21关闭，放气阀门22打开，同时启动出气泵24开始对密封箱进行抽真空操作。待压力表6示数达到预定真空值时，停止抽真空操作，预定真空值可以设定为0.01kpa，并关闭放气阀门22使密封箱保持真空状态。打开绝缘气体钢瓶阀门27及进气阀门21并启动进气泵23，将特种绝缘气体充入高压密封箱内，所述绝缘气体可以选择为SF6气体，待压力表6示数达到预定值，预定值可以为0.5Mpa，后关闭绝缘气体钢瓶阀门27及进气阀门21并关闭进气泵23，使高压密封箱内压力保持在预定值。调节高压直流电源30输出直流高压至被测试品14上，以1kV为档采用阶梯升压法进行升压至预设值，预设值可以为20kV，在每个测试电压值上保持10min后，通过转换及保护装置28将检流计29接入测试电路，待检流计29示数稳定后进行读数并记录电流值及对应直流电压值。记录完成后通过转换及保护装置28将检流计29从测量电路中断开，继续调节高压直流电源输出至下一电压值。依次重复上述过程，记录多组数据后测试完成。调节高压直流电源30使其输出归零并关闭电源。打开放气阀门22及出气泵24将废气抽入废气回收装置25中。打开密封箱箱门10，更换试样进行下一次测试。

本实用新型根据巴申定律的基本原理，均匀电场中气体的放电电压u_b是气隙压力p和气隙宽度d乘积的函数，u_b不是pd的单调函数，而是U型曲线，既pd为某一特定值时，气体放电电压存在极小值。因此，以绝缘材料体积电阻率测量的标准三电极系统为实施对象，标准三电极系统尺寸已定，既测试过程中气隙宽度d不再发生变化，如果要提高气隙的放电电压u_b(既绝缘材料沿面放电电压)，可通过改变气隙压力的方式实现。由巴申曲线可知，改变气隙压力的方式可分为降压和增压两种。将绝缘材料体积电阻率测量的标准三电极系统置于特制的高压试验箱内的绝缘支架上。该高压试验箱为304不锈钢材质圆柱形结构，正面开门用于更换被测试样及电极接线。在门上留有高强度钢化玻璃观察窗，以便对测试过程进行观察。密封箱顶部通过聚四氟套管型结构引入外部直流高压发生器产生的直流高压；通过特制聚四氟密封件引入接地线及屏蔽线；并在箱盖上设置压力表。在密封箱侧壁顶部及底部分别设置进气口及出气口，在进气口及出气口上分别设置阀门及快速接头，以便于连接气泵及绝缘气体钢瓶，从而实现对密封箱进行压力调节操作。需要在负压环境下测量时，采取抽真空的办法，虽然对沿面电压的提高程度有限，但是其操作简单、易于实现且安全性较高；需要在正压环境下进行测量时，需要将空气或特定的绝缘气体充入密封箱体内，只要保证充气压力足够便可大幅提升沿面放电电压，但当压力过高时对箱体强度及密封性要求较高。在密封箱体底部安装四个带有自锁功能的万向脚轮。

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 (7)

1.一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，其特征在于：包括密封试验箱、压力表(6)、测量电极(11)、保护电极(12)、高压电极(13)、绝缘支撑板(15)、高压引线(16)、测试引线(17)、保护引线(18)、进气阀门(21)、放气阀门(22)、进气泵(23)、出气泵(24)、废气回收装置(25)、绝缘气体钢瓶(26)、绝缘气体钢瓶阀门(27)、转换及保护装置(28)、检流计(29)和高压直流电源(30)；

所述密封试验箱的侧面设置有箱门(10)，密封试验箱的内部水平安装有绝缘支撑板(15)，电极系统的高压电极(13)置于绝缘支撑板(15)上，被测试品(14)放在高压电极(13)上，测量电极(11)及保护电极(12)放于被测试品(14)上，且被测试品(14)及测量电极(11)、保护电极(12)、高压电极(13)四圆同心，分别将高压引线(16)、测试引线(17)和保护引线(18)与对应电极相连，密封试验箱的顶部安装有压力表(6)；

所述绝缘气体钢瓶(26)通过绝缘气体管路与密封试验箱的上部连通，绝缘气体管路上按照气体走向依次安装有绝缘气体钢瓶阀门(27)、进气泵(23)和进气阀门(21)；

所述废气回收装置(25)通过废气管路与密封试验箱的下部连通，废气管路上按照气体走向依次安装有放气阀门(22)和出气泵(24)；

所述高压直流电源(30)输出直流高压至被测试品(14)上，通过转换及保护装置(28)将检流计(29)接入测试电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，其特征在于：所述密封试验箱包括高压密封箱体(1)、高压密封箱盖(2)、箱门(10)、观察窗(9)、支撑板固定座(19)和一组脚轮(20)，所述高压密封箱体(1)上设置有高压密封箱盖(2)，所述箱门(10)上设置有观察窗(9)，所述高压密封箱体(1)的底部设置有一组脚轮，所述绝缘支撑板(15)通过支撑板固定座(19)水平安装在高压密封箱体(1)内。

3.根据权利要求2所述的一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，其特征在于：所述密封试验箱采用不锈钢材质的圆筒形结构。

4.根据权利要求2所述的一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，其特征在于：所述观察窗(9)为高强度钢化玻璃材质的观察窗。

5.根据权利要求1所述的一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，其特征在于：所述绝缘支撑板(15)为有机玻璃材质的支撑板。

6.根据权利要求1所述的一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，其特征在于：所述高压引线(16)、测试引线(17)和保护引线(18)穿出密封试验箱的位置对应设置有高压绝缘套管(3)、测量极引入套管(4)和保护极引线套管(5)。

7.根据权利要求6所述的一种基于巴申定律气压可调的固体绝缘材料高场强电阻率测试系统，其特征在于：所述高压绝缘套管(3)、测量极引入套管(4)和保护极引线套管(5)均采用聚四氟材质的套管型结构。