CN207424122U - 一种超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置，属于高电压与绝缘技术领域。本测量装置主要由八部分组成，包括高压直流输入通道，用于对样品施加直流电压；脉冲输入通道，用于对样品施加脉冲电压；上电极，通过环氧树脂固定在上电极金属外壳内部；下电极；压电传感器，将声音信号转换为电信号；信号输出模块，采集微弱的电信号并进行发大；温控模块，通过加热下电极来使样品达到一定的温度；放大器冷却模块，对放大器进行保护。本实用新型的电荷测量装置，可在高达140℃下测量电介质空间电荷，因此可以在电场与温度场共同作用下实现对电介质的空间电荷特性的研究，特别适用于电工绝缘材料测试和研究。

Description

一种超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置，属于高电压与绝缘技术领域。

背景技术

目前，挤压型高压直流电缆常采用交联聚乙烯作为绝缘材料，而直流电压下的空间电荷积累会对这种电缆绝缘造成很多方面的影响：

1)空间电荷积累会导致介质内局部电场畸变，介质中的最高场强会达到外加电场的8倍，从而导致绝缘介质击穿。

2)空间电荷显著的电场畸变效应使得电缆绝缘中实际电场的计算和设计变得困难。

3)空间电荷的积累与消散是一个缓慢过程，所以当电缆以固定电压极性长期工作之后，若电压极性发生反转使外加电场与空间电荷积累所产生的电场叠加增强，电场应力极大点会从绝缘层界面运动到绝缘层内部。

4)同时，电缆绝缘层中由于空间电荷的存在，将加速其电树枝发展和老化过程

由于空间电荷对直流电缆的寿命有很大影响，因此有必要精确测量直流电缆中空间电荷的注入、分布和消散过程。空间电荷测量方法有很多种，但是目前应用最为普遍的是日本武藏工业大学的高田达雄教授所提出的电声脉冲法。该方法在截止上施加电脉冲使得介质中空间电荷发生微小位移，改位移以声波形式传到电极被压电传感器采集、测量，从而反映介质中空间电荷的分布。目前用此方法测量常温下绝缘介质的空间电荷的设备基本比较成熟。但是直流电缆在运行时由于导体发热会使介质内部的温度升高，因此有必要研究带有控温模块的空间电荷测量装置。

目前高温空间电荷的限制因素是压电传感器的厚度和耐温性能。传统的压电陶瓷是LiNbO₃，其居里温度高达1000℃，但是厚度不能满足测量薄膜样品空间电荷的空间分辨率的要求。2004年，Y.Muramoto发明了一种上电极90℃，下电极75℃(通过循环冷却装置保护聚偏氟乙烯压电薄膜)的空间电荷测量装置。

因此寻求高温压电薄膜对解决高温空间电荷测量至关重要，另一方面，为了减少放大器输入端的外界干扰，放大器和下电极需要电气接触，因此，放大器在没有冷却装置的情况下会暴露在高温环境下，其工作性能会受到严峻考验。总的来说，在高温条件下如何选择压电薄膜和保护放大器正常工作是现有电声脉冲法空间电荷测量装置急需解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置，选择合适的压电传感器，保护放大器正常工作，使电荷测量装置能够在高温条件下正常工作。

本实用新型提出的超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置，包括环氧树脂块、直流金属导电杆、脉冲金属导电杆、上电极、半导电层、下电极、匹配电阻、高压电容、温度传感器、加热单元、压电传感器、声波吸收层、地电极、放大器、屏蔽盒和金属块；所述的环氧树脂块通过法兰与下电极相对固定，所述的直流金属导电杆和脉冲金属导电杆的下端分别通过直流绝缘套管和脉冲绝缘套管封装在环氧树脂块中，所述的上电极置于直流金属导电杆的下端部，并封装在环氧树脂块中；所述的半导电层和待测样品依次由上而下置于上电极的下端部；所述的匹配电阻与脉冲金属导电杆连接；所述的高压电容封装在环氧树脂块中，高压电容连接在直流金属导电杆和脉冲金属导电杆之间；所述的下电极置于待测样品的下部，温度传感器与待测样品相接触；所述的加热单元置于下电极的下部，所述的压电传感器与下电极相连，所述的声波吸收层与压电传感器相连，所述的压电传感器和声波吸收层的外面包裹有绝缘层，所述的地电极包裹在绝缘层外面；所述的屏蔽盒置于加热单元的下部，所述的放大器置于屏蔽盒中，放大器的一端通过硬连接杆与压电传感器实现电气连接，放大器的另一端为脉冲引出线，脉冲引出线伸出屏蔽盒；所述的金属块置于放大器的下部，放大器中设置有冷却介质通道，冷却介质通道的两端分别与屏蔽盒外的冷却介质进入通道和冷却介质排出通道相连。

本实用新型提出的超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置，其优点是：本实用新型提出的电荷测量装置，可在高达140℃下测量电介质的空间电荷，因此可以用于在电场与温度场共同作用下，研究电介质的空间电荷特性，本电荷测量装置特别适用于电工绝缘材料的测试和研究。

附图说明

图1是本实用新型提出的超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置结构示意图。

图2是本实用新型电荷测量装置在不同温度下测量的参考波形示意图。

图1中，1是直流金属导电杆，2是直流绝缘套管，3是上电极，4是半导电层，5是待测样品，6是脉冲金属导电杆，7是脉冲绝缘套管，8是环氧树脂块，9是匹配电阻，10是高压电容，11是法兰，12是温度传感器，13是下电极，14是加热单元，15是脉冲引出线，16是冷却介质进入通道，17是冷却介质排出通道，18是屏蔽盒，19是压电传感器，20是声波吸收层，21是绝缘层，22是地电极，23是放大器，24是金属块，25是硬连接杆。

具体实施方式

本实用新型提出的超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置，其结构如图1所示，包括环氧树脂块8、直流金属导电杆1、脉冲金属导电杆6、上电极3、半导电层4、下电极13、匹配电阻9、高压电容10、温度传感器12、加热单元14、压电传感器19、声波吸收层20、地电极22、放大器23、屏蔽盒18和金属块24。环氧树脂块8通过法兰11与下电极13相对固定。直流金属导电杆1的下端和脉冲金属导电杆6的下端分别通过直流绝缘套管2和脉冲绝缘套管7封装在环氧树脂块8中。上电极3置于直流金属导电杆1的下端部，并封装在环氧树脂块8中。半导电层4和待测样品5依次由上而下置于上电极3的下端部。匹配电阻9与脉冲金属导电杆6连接。高压电容9封装在环氧树脂块中，高压电容9连接在直流金属导电杆1和脉冲金属导电杆6之间。下电极13置于待测样品5的下部，温度传感器19与待测样品5相接触。加热单元14置于下电极的下部，压电传感器19与下电极13相连，声波吸收层20与压电传感器19相连，压电传感器19和声波吸收层20的外面包裹有绝缘层21，地电极22包裹在绝缘层21的外面。屏蔽盒18置于加热单元的下部，放大器23置于屏蔽盒中，放大器23的一端通过硬连接杆25与压电传感器19实现电气连接，放大器23的另一端为脉冲引出线15，脉冲引出线15伸出屏蔽盒。金属块24置于放大器23的下部，放大器23中设置有冷却介质通道，冷却介质通道的两端分别与屏蔽盒外的冷却介质进入通道16和冷却介质排出通道17相连。

本实用新型提出的超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置，可以测量介电材料从室温到140℃下的空间电荷分布。

以下介绍本实用新型电荷测量装置的工作原理和工作过程：

设定工作温度，等待30分钟以上使待测样品5的工作温度稳定，对待测样品5品施加脉冲电源测量参考信号，不同温度下测量的参考波形如图2所示。同时对待测样品5施加脉冲电源和直流高压电源，直流高压电源使待测样品5内产生空间电荷，脉冲电源使待测样品5内部的空间电荷发生微弱振动。待测样品5内部的振动以声波的形式传播到紧贴下电极13的压电传感器19，压电传感器19输出的电信号通过放大器进行放大后被示波器采集。通过计算机分析处理示波器采集的数据，得到待测样品5内部积聚的空间电荷分布。

Claims (2)

1.一种超高温的电声脉冲法空间电荷测量装置，其特征在于包括环氧树脂块、直流金属导电杆、脉冲金属导电杆、上电极、半导电层、下电极、匹配电阻、高压电容、温度传感器、加热单元、压电传感器、声波吸收层、地电极、放大器、屏蔽盒和金属块；所述的环氧树脂块通过法兰与下电极相对固定，所述的直流金属导电杆和脉冲金属导电杆的下端分别通过直流绝缘套管和脉冲绝缘套管封装在环氧树脂块中，所述的上电极置于直流金属导电杆的下端部，并封装在环氧树脂块中；所述的半导电层和待测样品依次由上而下置于上电极的下端部；所述的匹配电阻与脉冲金属导电杆连接；所述的高压电容封装在环氧树脂块中，高压电容连接在直流金属导电杆和脉冲金属导电杆之间；所述的下电极置于待测样品的下部，温度传感器与待测样品相接触；所述的加热单元置于下电极的下部，所述的压电传感器与下电极相连，所述的声波吸收层与压电传感器相连，所述的压电传感器和声波吸收层的外面包裹有绝缘层，所述的地电极包裹在绝缘层外面；所述的屏蔽盒置于加热单元的下部，所述的放大器置于屏蔽盒中，放大器的一端通过硬连接杆与压电传感器实现电气连接，放大器的另一端为脉冲引出线，脉冲引出线伸出屏蔽盒；所述的金属块置于放大器的下部，放大器中设置有冷却介质通道，冷却介质通道的两端分别与屏蔽盒外的冷却介质进入通道和冷却介质排出通道相连。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于其中所述的压电传感器为居里温度点大于160℃的聚偏氟乙烯，压电传感器的厚度小于或等于10μm。