CN208399583U - 强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，具有真空腔，其内设置有第一电极和第二电极，二者之间放置待测试品；所述第一电极连接至第一高压电极，第一高压电极进一步连接至高压电源；所述第二电极连接至第二高压电极，第二高压电极通过保护电路连接至静电计，所述静电计连接至数据采集和处理设备；所述真空腔连接有抽真空装置，冷却装置和升温装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，属于绝缘材料性能测试研究领域。
背景技术
电场作用下绝缘介质会发生极化现象，极化电流和去极化电流是表征材料电荷特性的重要参量；其中，极化电流可以反映施加电压期间，材料的极化特性和电荷传导特性；热刺激去极化电流可以反映施加电压期间材料内部被陷阱捕获电荷的信息，进而结合热刺激电流理论，可以计算得出绝缘材料的陷阱分布。在实际应用中，通常电力设备的绝缘材料所承担的电场强度较高，以500kV高压直流电缆为例，交联聚乙烯的工作电场约为15kV/mm。因此，有必要开展强场作用下绝缘介质极化电流和热刺激去极化电流集成系统的开发。
目前，所使用的主流测试设备Novocontrol宽频介电阻抗谱仪，可以实现极化电流和热刺激去极化电流的测量，但该设备仅适用于低场的情况，所使用的电源为静电计的内置电源，最高电压为1kV，实际测试中，为了保护静电计，设置电压仅为几百伏，对于几百微米的试样所承担电场较低，约为0.1-1kV/mm；因此，该系统不能用于研究强场下绝缘介质的空间电荷极化问题，以交联聚乙烯为例，研究表明，其空间电荷注入阈值约为10kV/mm。
现有技术中关于强场下绝缘介质极化电流的测量，大多通过静电计和烘箱组合，由于烘箱体积较大，且暴露于空气中，无法在短时间内实现快速升温控制，因此，不适用于测量热刺激去极化电流。
实用新型内容
本申请的目的是提供一种强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，主要用于强电场下绝缘介质极化电流和热刺激去极化电流的测试。
本申请的技术方案为：
一种强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，具有真空腔；所述真空腔内设置有第一电极和第二电极，二者之间放置待测试品；所述第一电极连接至第一高压电极，第一高压电极进一步连接至高压电源；所述第二电极连接至第二高压电极，第二高压电极通过保护电路连接至静电计，所述静电计连接至数据采集和处理设备；
进一步地，所述真空腔连接有抽真空装置，用于极化电流和去极化电流测量前对真空腔抽真空；进一步地，所述真空腔连接有冷却装置，用于对试品进行低温处理；进一步地，所述真空腔中设置有升温装置，用于极化或者去极化过程中对真空腔的温度控制。
所述试品的直径大于第一电极和第二电极的直径；优选第一电极和第二电极的直径相等；例如，所述第一电极和第二电极的直径分别为25mm，所述试品的直径大于25mm。
作为一种优选的实施方式，所述数据采集和处理设备采用通信线分别连接至冷却装置和升温装置，并对其进行控制。
作为一种优选的实施方式，所述抽真空装置采用机械泵，可以通过手动控制开关实现机械泵的工作。
作为一种优选的实施方式，所述高压电源为高压直流源，高压范围为0.1kV-50kV。
作为一种优选的实施方式，所述第一高压电极和第二高压电极为耐压50kV的高压电极；高压电极的一端位于真空腔以外，另一端位于真空腔以内。
作为一种优选的实施方式，所述保护电路采用保护电阻，用于对静电计实现过流保护。
作为一种优选的实施方式，所述真空腔的直径为200mm，高度为300mm，实验中控制其真空度为10-3Pa。
作为一种优选的实施方式，所述静电计选用6517B。
作为一种优选的实施方式，所述数据采集和处理设备选择工控机或计算机，其中具有常规的测量软件。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
(1)本申请提供的测量系统可以保持真空环境，在不更换试样、不更改测试电路的情况下，先后进行强场下绝缘介质的极化电流和热刺激去极化电流的测量；可用于研究强场下绝缘介质的电荷传导特性和陷阱分布特性，以解决现有测量装置无法直接在一套系统内完成强场极化电流和去极化电流测量的难题。
(2)本申请提供的测量系统适用于较大电场范围(1kV/mm-80kV/mm)和较宽温度范围(液氮温度-196℃-200℃)内的绝缘介质极化电流和去极化电流的测量。
(3)本申请提供的测量系统可以单独用于强场变温条件下，绝缘介质空间电荷限制电流的测量；可实现电场长时间作用下绝缘介质衰减电流的连续采集。
(4)本申请提供的测量系统在真空环境中完成，测试环境稳定，克服了温度、湿度、周围电磁环境等因素的干扰，测量结果准确。
附图说明
图1是本申请测量系统的一种示意图；
其中：1真空腔，2第一电极，3第二电极，4试品，5第一高压电极，6高压电源，7第二高压电极，8保护电路，9静电计，10数据采集和处理设备，11抽真空装置，12冷却装置，13升温装置。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本申请的技术方案进行详实的阐述，然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；“内侧”或“外周”都是相对于图中的方向，而非对其位置的绝对限制。所述的实施方式仅仅是对本申请的优选实施方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。
本申请中的强电场，主要是指电场强度大于10kV/mm情况，但是不排除其他电场强度下也可以使用本申请所述测量系统的范围。
本申请提供的一种强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，具有真空腔1；所述真空腔1内设置有第一电极2和第二电极3，二者之间可放置待测试品4；所述第一电极2连接至第一高压电极5，第一高压电极5进一步连接至高压电源6；所述第二电极3连接至第二高压电极7，第二高压电极7通过保护电路8连接至静电计9，所述静电计9连接至数据采集和处理设备10；
进一步地，所述真空腔1连接有抽真空装置11，用于极化电流和去极化电流测量前对真空腔1抽真空；所述抽真空装置11可以选择机械泵等装置，可以通过手动控制开关实现机械泵的工作。
进一步地，所述真空腔1连接有冷却装置12，用于对试品4进行低温处理；所述冷却装置12可以选择液氮储存装置，例如液氮罐等。
进一步地，所述真空腔1中设置有升温装置13。所述升温装置13可以选用辐射加热等方式，优选安装在真空腔1的两侧，主要用于极化过程中控制真空腔1内的试品4的温度，或者去极化过程中给试品4加热。
作为一种优选的实施方式，所述数据采集和处理设备10采用通信线分别连接至冷却装置12和升温装置13，并对其进行控制。对冷却装置12和升温装置13的控制可以通过在数据采集和处理设备10中设置常规的控制模块实现，通过电控制的方式可以提高实验精度。
作为一种优选的实施方式，所述真空腔1的直径为200mm，高度为300mm，实验中控制其真空度为10-3Pa左右。
作为一种优选的实施方式，所述第一电极2和第二电极3的直径分别为25mm，电极尺寸可根据实验要求和相应测试标准进行调整，所述试品4的直径大于25mm。
作为一种优选的实施方式，所述高压电源6为高压直流源，高压范围为0.1kV-50kV。
作为一种优选的实施方式，所述第一高压电极5和第二高压电极7为耐压50kV的高压电极，用于对真空腔1内的试品4施加电压；所述第一高压电极5和第二高压电极7优选安装在腔体顶端，例如可以焊接在真空腔1顶部的法兰上，高压电极的一端位于真空腔1以外，另一端位于真空腔1以内，用于实现真空腔1内部第一电极2、第二电极3与外部高压直流源6的连接。
作为一种优选的实施方式，所述保护电路8可采用保护电阻，用于安装于静电计9与试品4之间的连接电路中，以便对静电计实现过流保护，防止强场下试品4表面滑闪对静电计9带来损坏。
作为一种优选的实施方式，所述静电计9选用Keithley公司的6517B，其电流测量范围为1fA-20mA，测量精度高。
作为一种优选的实施方式，所述数据采集和处理设备10可以选择工控机、计算机等，其中具有常规的测量软件。例如可采用Labview软件来实现相关功能，数据采集和处理设备10在本领域属于常规的现有技术，此处不再对其进行进一步地阐述。
所述极化电流测量过程，首先，将第一电极2、第二电极3和待测试品4放置于密封的真空腔1内部，其中第一电极2与高压电源6之间通过安装在真空腔1顶部的第一高压电极5相连接，第一电极3与保护电路8之间通过安装在真空腔1顶部的第二高压电极7相连接；通过数据采集和处理设备10中的测量软件设置采样间隔和采样时间，并对静电计9进行自检；开启抽真空装置11，等待真空度达到10-3Pa左右；开启高压电源，通过数据采集和处理设备10开启静电计9进行极化电流测量。
所述热刺激去极化电流测量过程，在极化电流测量完成后进行。极化电流测量完成后，保持真空测量环境(10-3Pa)，切断高压电源6，通过数据采集和处理设备10中的测量软件分别设置冷却温度、冷却速率、升温范围、升温速率等参数(根据实验需要，操作人员自行决定或者根据经验决定)。通过数据采集和处理设备10开启冷却装置12，将真空腔1内试样温度降至预先设置的冷却温度，比如，-100℃；通过数据采集和处理设备10开启升温装置13，按照预先设定的升温范围、升温速率控制温度；同时通过数据采集和处理设备10开启静电计9测量去极化电流。
实验中，本申请的测量系统包括极化电流测量系统和热刺激去极化电流测量系统两部分。也可以用于单独进行强场变温条件下，绝缘介质空间电荷限制电流的测量，用于研究温度和电场对绝缘介质电荷传导特性的影响。
Claims (9)
1.一种强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，具有真空腔(1)；所述真空腔(1)内设置有第一电极(2)和第二电极(3)，二者之间放置待测试品(4)，所述试品(4)的直径大于第一电极(2)和第二电极(3)的直径；其特征在于，
所述第一电极(2)连接至第一高压电极(5)，第一高压电极(5)进一步连接至高压电源(6)；
所述第二电极(3)连接至第二高压电极(7)，第二高压电极(7)通过保护电路(8)连接至静电计(9)，所述静电计(9)连接至数据采集和处理设备(10)；
进一步地，所述真空腔(1)连接有抽真空装置(11)，用于极化电流和去极化电流测量前对真空腔(1)抽真空；
进一步地，所述真空腔(1)连接有冷却装置(12)，用于对试品(4)进行低温处理；
进一步地，所述真空腔(1)中设置有升温装置(13)，用于极化或者去极化过程中对真空腔(1)的温度控制。
2.根据权利要求1所述的强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，其特征在于，所述数据采集和处理设备(10)采用通信线分别连接冷却装置(12)和升温装置(13)，并对其进行控制。
3.根据权利要求1所述的强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，其特征在于，所述抽真空装置(11)采用机械泵。
4.根据权利要求1所述的强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，其特征在于，所述高压电源(6)为高压直流源，高压范围为0.1kV-50kV。
5.根据权利要求1-4任一项所述的强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，其特征在于，所述第一高压电极(5)和第二高压电极(7)为耐压50kV的高压电极，高压电极的一端位于真空腔(1)以外，另一端位于真空腔(1)以内。
6.根据权利要求1-4任一项所述的强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，其特征在于，所述保护电路(8)采用保护电阻，用于对静电计(9)实现过流保护。
7.根据权利要求1-4任一项所述的强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，其特征在于，所述真空腔(1)的直径为200mm，高度为300mm，实验中控制其真空度为10-3Pa。
8.根据权利要求1-4任一项所述的强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，其特征在于，所述静电计(9)选用6517B。
9.根据权利要求1-4任一项所述的强场下绝缘介质极化电流和去极化电流测量系统，其特征在于，所述数据采集和处理设备(10)选择工控机或计算机，其中具有常规的测量软件。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111562448A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-21 | 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 | 一种高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法 |
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| CN111562448B (zh) * | 2020-05-15 | 2023-02-28 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种高压直流电缆绝缘层电荷注入量表征方法 |
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