电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及超导磁体绝缘可靠性技术，为实现模拟超导磁体系统中的强磁场环境，低温环境中电树枝观测及图像采集功能。本发明专利技术电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法和装置，包括数字显微镜成像系统、温度控制系统、恒温箱、可控高压脉冲电源和磁场发生装置，所述温度控制系统通过液氮冷却装置控制恒温箱温度；所述磁场发生装置由恒流电磁场发生器与电磁铁组成，电磁铁采用单扼U形结构；所述聚合物为进行电树枝老化的聚合物试样，聚合物处于单扼U形结构中间位置，两端通过针‑板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。本发明专利技术主要应用于超导磁体绝缘场合。

Method and apparatus for low-temperature polymer electric tree initiation under the action of electromagnetic field

The invention relates to a superconducting magnet insulation reliability technology, in order to realize the strong magnetic field environment in the simulated superconducting magnet system, the electric tree observation and the image acquisition function in the low temperature environment. Low temperature polymer treeing interaction under the electromagnetic field caused by the invention method and apparatus, including digital microscope system, temperature control system, constant temperature box, controllable high-voltage pulse power supply and a magnetic field generating device, the temperature control system of constant temperature control box temperature by liquid nitrogen cooling device; the magnetic field generating device is composed of constant current and electromagnetic field generator electromagnet, electromagnet adopts single choke U structure; the polymer for polymer samples of electrical treeing, the polymer is in the middle position of single choke U shaped structure, both ends of the needle plate electric controllable high-voltage pole structure is connected with the constant temperature box external pulse power supply; electrical tree growth time observation of epoxy resin sample digital microscope imaging system the. The invention is mainly applied to the superconducting magnet insulation occasions.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超导磁体绝缘可靠性技术，具体讲,涉及电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置。
技术介绍
目前，国际热核聚变工程引起广泛的关注，国际上针对该项工程提出了磁约束高温等离子体的领先概念，世界范围内的磁约束聚变装置集中到托卡马克型(Tokamak,EAST)的环形磁约束装置上来。低温超导磁体系统是Tokamak装置中的重要组成单元，以环氧树脂为基体的复合绝缘子分别构成超导磁体系统中匝间绝缘、层间绝缘及磁体与地绝缘(对地绝缘)的绝缘部分。环氧胶在超导Tokamak装置中承担连接和绝缘的作用。超导磁体运行时需工作在液氦温度下，以环氧树脂为基体绝缘材料需要有较高的低温力学性能和电性能。英国卢瑟福实验室研制的环氧胶被我国引入成为超导磁体的耐低温绝缘材料。在ITER装置运行过程中，其内部的超导绝缘材料处于强磁场的环境中，因此，超导线圈以及线圈周围的绝缘复合材料除了承受液氮温度的极端环境外，还必须承受强磁场的作用。在磁场与电场的共同作用下，空间电荷的运动状态会发生改变，进而导致电树枝绝缘老化过程发生变化。磁通密度是表征磁场强弱的重要参数，超导装置中磁场的磁通密度变化范围为数百mT至几T，该强度下的磁场足以引起电荷运动特性发生改变，进而导致电树枝表现出不同的生长特性。目前，针对于磁场环境下的聚合物电树枝生长情况的研究较少，尚未建立一套完整的实验系统及方法来观测电磁场共同作用对电树枝生长特性的影响，因此急需建立一套电磁场环境下的电树枝测试装置来完善相关的理论体系。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，以模拟超导磁体系统中的强磁场环境，实现低温环境中环氧树脂试样在电磁场共同作用下的电树枝观测及图像采集功能。本专利技术采用的技术方案是，电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，包括数字显微镜成像系统、温度控制系统、恒温箱、可控高压脉冲电源和磁场发生装置，所述温度控制系统通过液氮冷却装置控制恒温箱温度；所述磁场发生装置由恒流电磁场发生器与电磁铁组成，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷；所述聚合物为进行电树枝老化的聚合物试样，由环氧树脂制成，聚合物处于单扼U形结构中间位置，两端通过针-板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。针-板电极结构选取高纯度银针与可控高压脉冲电源接通作为高压电极，厚度为100μm的铝箔贴附在试样底部与铝板压紧，铝板和地相连，作为地电极。高纯度银针为实心银针，其直径为400μm，针尖曲率半径为3μm。电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发方法,步骤如下:利用温度控制系统控制恒温箱内温度；由恒流电磁场发生器与电磁铁组成磁场发生装置，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷；将由环氧树脂制成的聚合物作为进行电树枝老化的聚合物试样，将聚合物置于单扼U形结构中间位置，聚合物两端通过针-板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；利用恒流电磁场发生器、可控高压脉冲电源分别产生磁场、电场，利用数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。控制恒温箱内温度为30、-30、-90和-196℃时分别进行观察，利用恒流电磁场发生器在0、100、200、400mT的磁通密度下进行观察；可控高压脉冲电源幅值和频率分别为14kV和400Hz。本专利技术的特点及有益效果是：本专利技术的优点和有益效果是，通过该装置能够模拟超导磁体系统中绝缘子所处的超导低温和磁场环境，通过控制磁场发生装置改变磁场强度来观察磁场的变化对环氧绝缘子内部电树枝老化的影响，进一步掌握了低温磁场环境下的聚合物电树枝生长特性，对超导中的绝缘可靠性评估具有十分重要的意义。附图说明：图1是低温磁场环境下的电树枝实验平台；图2是脉冲电压波形图；图3是不同磁场下典型的电树枝形态；图4是低温下电树枝起始概率与磁通密度的关系。具体实施方式本专利技术涉及了一种电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，利用数字显微镜成像系统、温度控制系统、可控高压脉冲电源和磁场发生装置，通过改变磁场强度，研究低温下电磁场共同作用对环氧树脂电树枝生长特性的影响，并对测量数据进行数学处理，分析环氧树脂电树枝形态、生长速度等参数的变化，掌握环氧树脂在电磁场共同作用下的电树枝生长机理，为研究超导磁体系统的绝缘可靠性提供了重要的理论依据，具有典型的工程实践指导特性。本专利技术的技术方案是，电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，包括数字显微镜成像系统、温度控制系统、可控高压脉冲电源和磁场发生装置，其特征为：所述温度控制系统通过液氮冷却装置使测试温度范围为室温至液氮温度；所述磁场发生装置由恒流电磁场发生器与电磁铁组成，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷，具有视野开阔、结构可靠、磁场强度高、磁场强度可调等特点；所述进行电树枝老化的聚合物试样由环氧树脂制成，实验选用针-板电极结构，采用实心银针作为针电极，其直径为400μm，针尖曲率半径为3μm，以消除磁场对针电极的应力作用，该装置可实现电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝观测。在针-板电极中，选取高纯度银针与交流高压电源接通作为高压电极，厚度为100μm的铝箔贴附在试样底部与铝板压紧，铝板和地相连，作为地电极。变压器高、低压绝缘套管是变压器箱外的主要绝缘装置，变压器高、低压绕组的引出线必须穿过绝缘套管，使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘，同时起固定引出线的作用。CCD数码摄像头与笔记本电脑相连，通过摄像头自带软件可以实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况，并且可以摄像、拍照，拍照可实现定时拍照。软件还可实现长度标定，将拍到的电树枝生长图片与显微镜标尺对照，即可标定电树枝生长长度。下面结合附图和具体实例进一步详细说明本专利技术。本专利技术采用图1所示的磁场环境实验系统进性电树枝老化研究。该研究的实验温度为30、-30、-90和-196℃。实验采用典型的针-板电极，同时选取高纯度银针作为针电极以消除磁场应力，银针直径为400μm，针尖曲率半径3μm。磁场环境由电磁发生装置产生，磁通密度范围为0-400mT。实验所施加的电压为脉冲电压发生器产生的脉冲电压，其幅值和频率分别为14kV和400Hz。脉冲电压波形如图2所示。为了避免实验随机性带来的误差，每种情况约进行20次重复实验。图3为不同强度磁场下典型的电树枝形态，环氧树脂电树枝测试分别在0、100、200、400mT的磁通密度下进行。在无磁场条件下，电树枝的形态简单，分枝少，树枝通道纤细。而当外施一定强度的磁场后，电树枝的通道明显加粗，树枝分枝增多，并且电树枝的树枝通道相互交错，充满了围绕针尖的各个生长方向，电树枝的横向生长比较明显。磁场强度增大，树枝通道变粗和横向生长现象更加明显，电树枝的形态更为复杂。图4为低温环境下电树枝起始概率随磁通密度的变化趋势。起始时间设为10min。随着磁通密度的增加，起始概率也呈现不断上升的趋势。然而在磁通密度较低时(0-200mT)，电树枝起始概率的增加并不明显，当磁通密度增大至一定值(本实验中为400mT)，电树枝的起始概率有明显的增加。例如在-30℃时，当磁通密度为0-200mT时，电树枝起始概率在20-25％之间，增长并不明显，而当磁通密度增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，其特征是，由数字显微镜成像系统、温度控制系统、恒温箱、可控高压脉冲电源和磁场发生装置构成，所述温度控制系统通过液氮冷却装置控制恒温箱温度；所述磁场发生装置由恒流电磁场发生器与电磁铁组成，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷；所述聚合物为进行电树枝老化的聚合物试样，由环氧树脂制成，聚合物处于单扼U形结构中间位置，两端通过针‑板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。

【技术特征摘要】
1.一种电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，其特征是，由数字显微镜成像系统、温度控制系统、恒温箱、可控高压脉冲电源和磁场发生装置构成，所述温度控制系统通过液氮冷却装置控制恒温箱温度；所述磁场发生装置由恒流电磁场发生器与电磁铁组成，电磁铁采用单扼U形结构，卧式水冷；所述聚合物为进行电树枝老化的聚合物试样，由环氧树脂制成，聚合物处于单扼U形结构中间位置，两端通过针-板电极结构连接恒温箱外部的可控高压脉冲电源；数字显微镜成像系统实时观测环氧树脂试样中的电树枝生长情况。2.如权利要求1所述的电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，其特征是，针-板电极结构选取高纯度银针与可控高压脉冲电源接通作为高压电极，厚度为100μm的铝箔贴附在试样底部与铝板压紧，铝板和地相连，作为地电极。3.如权利要求2所述的电磁场共同作用下的低温聚合物电树枝引发装置，其特征是，高纯度银针为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李进，杜伯学，薛巨邵，韩涛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12