一种测量绝缘材料电离电流特性的三层试样结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种测量绝缘材料电离电流特性的三层试样结构及方法，提出了一种用于测量绝缘材料电离电流特性的三层试样结构，由第一阻挡材料、被测材料和第二阻挡材料组成，使用电导率远低于被测材料并且具有高注入阈值的阻挡材料，能够实现阻挡电极对试样进行电荷的注入和被测材料中的电荷向外迁移，使得测得的电流全部由绝缘材料中的电离电荷引起的。测量方法采用了改进的高场强电导测量系统，将被测三层试样结构放入测量装置中，通过高温烘箱将三层试样结构加热到指定温度，利用三电极系统测量温度、电场条件下被测材料试样中材料电离电流特性。本发明专利技术主要测量绝缘材料中电离产生的电流特性。

A three-layer sample structure and method for measuring ionization current characteristics of insulating materials

【技术实现步骤摘要】
一种测量绝缘材料电离电流特性的三层试样结构及方法
本专利技术属于绝缘材料中电离电流特性的测量技术，具体的讲是利用阻挡材料阻挡通过电极向被测材料注入电荷，使得得到的传导电流值均为电离引起的，从而得到材料的电离电流特性。
技术介绍
在高压直流输电设备的绝缘材料中，空间电荷的积聚是造成绝缘破坏的主要原因之一，而电流是材料绝缘性能的一种重要表征形式。在现有的技术中，采用高场强电导系统可以对电介质材料中的电流特性进行测量和分析。材料中的电流是由载流子的定向迁移引起的，通常认为低场强下，电介质材料中的载流子主要来源于材料电离产生的电荷，而高场强下，载流子主要来源于电极注入的电荷，但是电离对电流的贡献还主要集中在定性分析中。现有的对绝缘材料电流特性的测量技术中，传导电流产生的来源既有因电极处注入电荷，也有绝缘材料本身电离产生的电荷，这些因素交织在一起，不能有效区分，无法实现对电离影响的电流特性的研究。
技术实现思路
本专利技术利用阻挡材料对被测材料中注入电荷的限制作用，使得测得的电流特性均为电离引起，从而实现对绝缘材料中的电离特性的研究。为实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种用于测量绝缘材料电离电流特性的三层试样结构，包括：第一阻挡材料，位于被测试样的上方，与被测材料紧密接触；被测材料，即为被测量目标材料；第二阻挡材料，位于被测试样的下方，与被测材料紧密接触。阻挡材料的介电常数与被测材料相近，电导率远小于被测材料，注入阈值高于被测材料。阻挡材料与被测材料的声阻抗，即材料中的声速乘以密度相近，厚度方面，阻挡材料厚度与阻挡材料声速的比例大于测试材料厚度与测试材料声速的比例。一种采用如权利要求1所述的用于测量绝缘材料中电离电流特性的试样结构的电流测量方法，包括以下步骤：1)将第一阻挡材料、被测材料、第二阻挡材料按照顺序组成三层试样结构；2)将三层测试结构放在高压极与测量极之间，调整电极，使得试样与电极平稳紧密接触；3)将三电极系统放于高温烘箱中，烘箱温度20℃—70℃可调，将高压直流电源、高阻计和接地线与三电极系统相连，高压直流电源-60kV—+60kV可调；4)关闭烘箱门，设定高温烘箱温度，20℃—80℃，静置20—30分钟，使得试样温度稳定；5)打开高压直流电源，调节电压，调节范围-60kV—+60kV，使用高阻计测量电流，理论测量范围为1fA—21mA，在计算机上对电流数据进行记录和处理。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用三层试样结构实现对绝缘材料中电离电流的有效提取；其中第一阻挡材料和第二阻挡材料分别与高压极和测量极接触，并将被测材料夹在中间；由于第一阻挡材料与第二阻挡材料的绝缘性能和电荷注入阈值远高于被测材料，因此相对于被测材料，可以认为，在一定的场强下，第一阻挡材料能够实现对从第一电极向三层试样结构中注入和抽出的电荷的阻挡，第二阻挡材料能够实现对从第二电极向三层试样结构中注入和抽出的电荷的阻挡；来自于电极的电荷被阻挡，就不会产生相应的电流；被测材料由于绝缘性能相对较差，在温度和电场的作用下会产生电离现象，电离产生的电荷在电场的作用下向着极性相反的方向移动；当电离电荷移动到阻挡材料与被测材料之间的界面时，由于阻挡材料具有远好于被测材料的绝缘性能，这些电荷不能顺利进入阻挡材料从而进一步移动，而是被阻挡在界面处；由于阻挡材料对电极注入、抽出电荷和被测材料中电离电荷的阻挡作用，可以认为被测材料中的载流子全部来源于被测材料电离产生的电荷；这些电离产生的电荷在被测材料中定向移动，产生电流，从而实现对被测材料中电离电流特性的提取。综上所述，本专利技术通过控制烘箱温度实现不同温度下的测量，通过三层试样结构实现对电离产生的电离电流的提取，通过上述系统实现绝缘材料中电离电流特性的测量。通过本专利技术，可以研究不同温度、不同场强下绝缘材料的电离电流特性，为直流绝缘材料电离特性的研究提供试验和理论支持。附图说明图1为本专利技术实现对绝缘材料中的电离电流的测量所采用的三层测试结构的结构框图；图2为本专利技术实施测试结构中电流测量的三电极系统的结构框图；图3为本专利技术实施例的测量极、保护极和试样槽的结构框图；图4为本专利技术实现不同温度下绝缘材料中电离电荷测量的工作流程图。图中：101为第一阻挡材料，102为被测绝缘材料，103为第二阻挡材料。201为金属棒，202为弹簧，203为高压极，204为环氧保护，205为聚四氟乙烯垫板，206为试样槽，207为保护极，208为测量极，209和218为连接线，210为接线端子，211为上固定板，212为环氧柱，213为铝支撑板，214为高压直流电源，215为6517b型高阻计，216为计算机，217为试样。301为保护极，302为测量极，303为试样槽。具体实施方式下面结合本专利技术的附图对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。提供了一种用于测量电离电流的三层试样结构，该结构包括：第一阻挡材料，电导率远小于被测材料，注入阈值较高，位于被测试样的上方，与被测试样紧密接触；被测材料，即为被测量目标材料；第二阻挡材料，电导率远小于被测材料，注入阈值较高，位于被测试样的下方，与被测试样紧密接触。提供了一种测量绝缘材料电流特性的电流测量系统，该系统包括：三电极系统、高压直流电源、高阻计和计算机，其中，三电极测量系统中包括高压极、测量极和保护极，三电极测量系统的高压极与高压直流电源的一端相连，测量极通过电路过流保护装置与高阻计的一端相连，三电极测量系统的保护极、高阻计的另一端、电路过流保护装置的另一端以及高压直流电源的另一端均接地；高阻计的信号输出端连接用于根据采集到的电流信号进行相应计算的计算机。本专利技术的进一步改进在于，在三电极系统的外围增加试样槽，高度为10—20mm。本专利技术的进一步改进在于，测量时，将三电极系统放在高温烘箱中，温度30℃—80℃可调。提供了一种测量绝缘材料电离电流的测试方法，包括以下步骤：1)将第一阻挡材料、被测材料、第二阻挡材料按照顺序组成三层试样结构；2)将三层测试结构放在高压极与测量极之间，调整电极，使得试样被平稳紧密接触；3)将三电极系统放于高温烘箱中，温度范围为30℃—80℃，将高压直流电源、高阻计和接地线与三电极相连，高压直流电源幅值-60Kv—+60kV可调；4)关闭烘箱门，设定高温烘箱温度，静置20—30分钟，使得试样温度稳定；5)打开高压直流电源，调节电压，使用高阻计测量电流，在计算机上进行记录和处理。如图1所示，为实现被测材料中电离电荷测量所用的三层测量结构，包括第一阻挡材料101、试样102和第二阻挡材料103，测量时，将三层测试结构放置在高压极203与测量极208之间。如图2所示，为本专利技术实施例的电流的三电极测量系统，该测量装置包括：高压极203，用于与试样217的上侧接触；环氧204对高压极203进行保护，防止电极的边缘击穿空气；保护极207，用于将沿试样表面传递的电流泄漏掉，通过连接线218将其与连接了接地线的铝支撑板213相连；208为测量极，与试样217的下侧接触，并通过连接线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量绝缘材料电离电流特性的三层试样结构，其特征在于，包括：第一阻挡材料，位于被测试样的上方，与被测材料紧密接触；被测材料，即为被测量目标材料；第二阻挡材料，位于被测试样的下方，与被测材料紧密接触。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量绝缘材料电离电流特性的三层试样结构，其特征在于，包括：第一阻挡材料，位于被测试样的上方，与被测材料紧密接触；被测材料，即为被测量目标材料；第二阻挡材料，位于被测试样的下方，与被测材料紧密接触。2.根据权利要求1所述的三层试样结构，其特征在于，阻挡材料的介电常数与被测材料相近，电导率远小于被测材料，注入阈值高于被测材料。3.根据权利要求1所述的三层试样结构，其特征在于，阻挡材料与被测材料的声阻抗，即材料中的声速乘以密度相近，厚度方面，阻挡材料厚度与阻挡材料声速的比例大于测试材料厚度与测试材料声速的比例。4.一种采用如权利要求1所述的用于测量绝缘材料中电离电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：任双赞，吴经锋，吴昊，雷琅，刘伟，师一卿，李旭，吴锴，吴洋，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司电力科学研究院，国网陕西省电力公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61