高压强下综合介电性能测量用压力腔结构及其测量方法技术

本发明专利技术涉及一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构及其测量方法，所述压力腔结构包括陶瓷环、模具钢套、玄武岩纤维套和防涨保护钢套，所述防涨保护钢套套设在所述玄武岩纤维套外侧，所述玄武岩纤维套内部设有通孔，该通孔侧壁连接所述陶瓷环和所述模具钢套，所述陶瓷环下端受所述通孔侧壁支撑，上端连接所述模具钢套，所述压力腔结构设有低压孔和高压孔，所述低压孔和所述高压孔均从所述压力腔结构外侧贯通至所述玄武岩纤维套内部的通孔。与现有技术相比，本发明专利技术能承受较高的压强，且可用于测量多种介电性能，具有测量方便、牢固可靠和制造成本低等优点。

Pressure cavity structure and its measurement method for measuring comprehensive dielectric properties under high voltage

【技术实现步骤摘要】
高压强下综合介电性能测量用压力腔结构及其测量方法
本专利技术涉及绝缘电介质综合介电性能测量领域，尤其是涉及高压强下综合介电性能测量用压力腔结构及其测量方法。
技术介绍
高压直流输电技术在全球电力系统中获得了大力发展，国内外直流电缆线路的投运数量呈现不断增长的趋势。目前高压直流输电技术主要应用在长距离大容量架空输电、电网互联、长距离海底电缆输电等场合。海底电缆输电工程是跨海域联网工程建设的重要组成部分，在实现电网国际化、区域电网互联进程中起着重要作用。相较于陆地电缆的坑道和支架支撑铺设，海底电缆绝大部分敷设在海底，其铠装层不能完全抵御海水产生的巨大压强，聚合物绝缘层仍然需要承受较大压强。因此，有必要对于聚乙烯等绝缘材料在高压强下的介电常数、电导率、介质损耗、击穿特性和空间电荷进行深入测试和研究，以模拟其在海底运行时的真实环境。这方面的测试对于高压直流海缆(包括海底通讯电缆和海底电力电缆)具有重要的基础意义。高压力的作用可以改变结晶聚合物的结晶度和玻璃化转变温度，使聚合物发生相变等，因此研究高压力作用下的聚合物介电行为，有助于了解聚合物的微观结构。研究聚合物电介质在高压强下的导电机制有助于验证某些击穿理论模型(如自由体积击穿、高压力下的热击穿等理论模型)等。而研究聚合物在高压强下介电常数和电导率的关系，有助于了解海底电缆的传输特性。同时，高压强状态下聚合物的爬电、放电量、树枝化、电老化和热老化等的研究，可以使得我们对于海底电缆有更加全面和充分的认识，相关研究成果也可以为固态物理理论研究提供支撑。并且由于绝缘材料介电性能的测量多样性，需要使用不同的样品腔来进行不同的测量，导致了不便。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构及其测量方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，包括陶瓷环、模具钢套、玄武岩纤维套和防涨保护钢套，所述防涨保护钢套套设在所述玄武岩纤维套外侧，所述玄武岩纤维套内部设有通孔，该通孔侧壁连接所述陶瓷环和所述模具钢套，所述陶瓷环下端受所述通孔侧壁支撑，上端连接所述模具钢套，所述压力腔结构设有低压孔和高压孔，所述低压孔和所述高压孔均从所述压力腔结构外侧贯通至所述玄武岩纤维套内部的通孔。进一步地，所述陶瓷环和所述模具钢套均可取出。进一步地，所述陶瓷环和所述模具钢套的内径和外径均相同。进一步地，所述压力腔结构还包括保护顶盖和保护底套，所述保护顶盖连接所述防涨保护钢套的上表面，所述保护底套连接所述防涨保护钢套的下表面。进一步地，所述低压孔和所述高压孔相互垂直。进一步地，所述通孔侧壁设有限位凸起，所述陶瓷环下端受所述限位凸起支撑。进一步地，所述压力腔结构用于对平板样品进行测量，所述陶瓷环围绕所述平板样品。目的是防止样品在受到高压力时将力传到给样品腔导致样品腔对应位置损坏。(即陶瓷环自身破裂来保护样品腔对应位置的完好。)进一步地，所述玄武岩纤维套的外表面为圆台面。进一步地，所述玄武岩纤维套和所述防涨保护钢套紧配合连接。进一步地，所述陶瓷环与所述玄武岩纤维套内部通孔为松配合，可以轻松取出更换。进一步地，所述模具钢套与所述玄武岩纤维内部通孔为紧配合，通过所述陶瓷环上表面限位在内部，上部与所述玄武岩纤维套上表面持平。本专利技术还提供一种采用上述的高压强下综合介电性能测量用压力腔结构的综合介电性能测量方法，所述方法具体为，在所述压力腔结构内部的通孔中放入测量结构，然后将传导信号的电缆分别通过所述低压孔和所述高压孔，接触到测量结构中对应的导电部分，然后进行综合介电性能测量。进一步地，所述测量结构包括固定组件、平板样品和替换组件，所述固定组件包括自下而上依次连接的碳化钨屏蔽块、环氧玻璃布绝缘块、碳化钨电极块和环氧玻璃布嵌电压极，所述平板样品的一面连接所述环氧玻璃布嵌电压极，另一面连接所述替换组件。进一步地，所述综合介电性能测量包括在高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量，所述方法还包括，当进行高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量时，将所述替换组件设置为环氧玻璃布嵌信号极和受压碳化钨柱，所述环氧玻璃布嵌信号极的一端连接所述受压碳化钨柱，另一端连接所述平板样品，通过在所述受压碳化钨柱上表面施加垂直向下的高压力，进行介电系数以及介电损耗的测量。进一步地，所述综合介电性能测量包括在高压强下绝缘材料中的空间电荷分布的测量，所述方法还包括，当进行高压强下绝缘材料中的空间电荷分布的测量时，将所述替换组件设置为声脉冲发生器，该声脉冲发生器的输出端连接所述平板样品，然后进行空间电荷分布的测量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术压力腔结构中设置了陶瓷环，作为上下电极绝缘的一部分，陶瓷环能够承受较高的压强，且在承受过大压强之后自身会破裂，将作用在陶瓷环上的力分散，使得本专利技术压力腔结构在承受极高压强情况下，样品受压延展后，不会将力直接作用在玄武岩纤维套上，不易损坏，能够长久使用，另外，陶瓷环制作简单，无论是破损还是完整状态，均能够轻松取出，降低测量操作难度。(2)本专利技术压力腔结构中玄武岩纤维套与外部防涨钢套为紧配合，玄武岩纤维套不会脱落，同时外部防涨钢套限制了玄武岩纤维套的径向形变，使得该压力腔能够在高压强下长久使用。(3)本专利技术压力腔结构中上部保护顶盖与下部保护底套共同作用，以及外部防涨钢套，共同形成了电磁信号屏蔽层，为获得更加精确的实验信号提供了基础。(4)本专利技术压力腔结构能够承受300吨压力作用在压力腔内各垫块而产生的作用在玄武岩纤维壁上的压强，能够保持整个压力腔在去除压力之后，整个压力腔没有明显形变，且能够长时间承受这种来自垫块形变的压强。(5)通过更换本专利技术压力腔结构内部测量块，能够在该压力腔结构中测量一个绝缘材料的多种介电性能参数，包括但不限于介电常数/介电损耗/电阻率/击穿电压/空间电荷。(6)本专利技术结构简单，制造成本低，具有良好的经济实用价值。附图说明图1为本专利技术压力腔结构的主视剖视图；图2为本专利技术压力腔结构的左视剖视图；图3为本专利技术压力腔结构进行高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量时的主视剖视图；图4为图3的局部示意图；图5为本专利技术压力腔结构进行高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量时的左视剖视图；图6为本专利技术压力腔结构进行高压强下绝缘材料中的空间电荷分布的测量时的剖视图；图中，1、陶瓷环，2、模具钢套，3、玄武岩纤维套，4、保护顶盖，5、防涨保护钢套，6、低压孔，7、高压孔，8、保护底套，9、碳化钨屏蔽块，10、环氧玻璃布绝缘块，11、碳化钨电极块，12、环氧玻璃布嵌电压极，13、环氧玻璃布嵌信号极，14、受压碳化钨柱，15、声脉冲发生器，16、平板样品。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，包括陶瓷环(1)、模具钢套(2)、玄武岩纤维套(3)和防涨保护钢套(5)，所述防涨保护钢套(5)套设在所述玄武岩纤维套(3)外侧，所述玄武岩纤维套(3)内部设有通孔，该通孔侧壁连接所述陶瓷环(1)和所述模具钢套(2)，所述陶瓷环(1)下端受所述通孔侧壁支撑，上端连接所述模具钢套(2)，所述压力腔结构设有低压孔(6)和高压孔(7)，所述低压孔(6)和所述高压孔(7)均从所述压力腔结构外侧贯通至所述玄武岩纤维套(3)内部的通孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，包括陶瓷环(1)、模具钢套(2)、玄武岩纤维套(3)和防涨保护钢套(5)，所述防涨保护钢套(5)套设在所述玄武岩纤维套(3)外侧，所述玄武岩纤维套(3)内部设有通孔，该通孔侧壁连接所述陶瓷环(1)和所述模具钢套(2)，所述陶瓷环(1)下端受所述通孔侧壁支撑，上端连接所述模具钢套(2)，所述压力腔结构设有低压孔(6)和高压孔(7)，所述低压孔(6)和所述高压孔(7)均从所述压力腔结构外侧贯通至所述玄武岩纤维套(3)内部的通孔。


2.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述压力腔结构还包括保护顶盖(4)和保护底套(8)，所述保护顶盖(4)连接所述防涨保护钢套(5)的上表面，所述保护底套(8)连接所述防涨保护钢套(5)的下表面。


3.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述低压孔(6)和所述高压孔(7)相互垂直。


4.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述压力腔结构用于对平板样品(16)进行测量，所述陶瓷环(1)围绕所述平板样品(16)。


5.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述玄武岩纤维套(3)的外表面为圆台面。


6.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述玄武岩纤维套(3)和所述防涨保护钢套(5)紧配合连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：张冶文，徐景贤，王暄，孙亚博，郑飞虎，
申请(专利权)人：同济大学，哈尔滨理工大学，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31