一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术能公开了一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置及方法，上电极腔与下电极腔连接，绝缘油浴筒设置于上电极腔的内部并与上电极腔连接，脉冲激励单元设置于上电极腔内并位于绝缘油浴筒的外部；外电极筒贯穿绝缘油浴筒的底部并与密封连接，内电极设置于外电极筒内，内电极的下端与电极头连接，外电极筒设有弹簧；下电极安装于底座上，上端与下电极腔的下端密封连接，信号接收单元设置于下电极的下表面并与电极头正对，下电极内设有加热管路；压力控制单元与上电极腔连接。本发明专利技术能够进行不同电压条件下温度梯度场与外施压力联合作用下的空间电荷分布特性测量，研究外施电压、温度梯度与外施压力对电介质材料电气性能的共同影响。的共同影响。的共同影响。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及电气绝缘测试领域，具体涉及一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置及方法。

技术介绍

[0002]随着高压直流输电系统的快速发展，电介质绝缘材料越来越广泛地应用于超、特高压直流输变电设备当中。电力设备普遍工作在高温、高场强、高压强工况下，部分设备中心温度甚至达到100℃以上，且常见材料上下表面存在温度差的情况，这对电介质材料的绝缘特性提出极高要求。由于电介质绝缘材料内部存在陷阱，载流子入陷会造成空间电荷积聚现象，导致局部电场畸变，降低材料绝缘特性。针对压力对绝缘材料空间电荷特性的影响，有初步研究表明1)对于弹性模量较小的材料，外施压力会导致材料形变，改变内部场强导致测量结果无法真实反映材料的空间电荷特性；2)不同外施压力会在材料内部产生不同机械应力，影响材料内部微粒和陷阱的分布，导致空间电荷分布特性的变化。
[0003]针对空间电荷特性的研究，目前普遍采用基于脉冲电声法(PEA)的空间电荷分布测量装置，然而，当前基于脉冲电声法的空间电荷测量装置普遍是在单一温度下进行测量，少有做到材料上下表面形成温差的空间电荷测量装置，且目前对于外施压力导致的空间电荷特性变化还亟待深入研究。电介质材料在高温、高场强、高压强联合作用下空间电荷分布特性的研究对于超、特高压直流输变电设备的绝缘材料选择、绝缘结构设计以及实际工况运行模拟具有重大意义。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置及方法，本专利技术能够进行不同电压条件下温度梯度场与外施压力联合作用下的空间电荷分布特性测量，研究外施电压、温度梯度与外施压力对电介质材料电气性能的共同影响。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置，包括上电极腔、下电极腔、下电极、脉冲激励单元、密封的绝缘油浴筒、弹簧电极测试单元、信号接收单元、压力控制单元和底座；
[0007]上电极腔的下端与下电极腔的上端连接，绝缘油浴筒设置于上电极腔的内部并与上电极腔连接，脉冲激励单元设置于上电极腔内并位于绝缘油浴筒的外部；
[0008]弹簧电极测试单元包括外电极筒、内电极和电极头，外电极筒设置于绝缘油浴筒内，外电极筒的下端贯穿绝缘油浴筒的底部并与绝缘油浴筒的底部密封连接，内电极设置于外电极筒内并能沿外电极筒滑动，内电极的下端与电极头连接，外电极筒设有用于为内电极施加推力的弹簧；
[0009]下电极安装于底座上，下电极的上端与下电极腔的下端密封连接，信号接收单元
设置于下电极的下表面并与电极头正对，下电极内设有加热管路；
[0010]压力控制单元与上电极腔连接并用于为上电极腔施加向下的力。
[0011]优选的，所述绝缘油浴筒连接有第一油循环系统，绝缘油浴筒上设有油入口和油出口，绝缘油浴筒的油入口和油出口分别与第一油循环系统的油出口和油入口连接，绝缘油浴筒的油入口位置低于绝缘油浴筒的油出口位置。
[0012]优选的，绝缘油浴筒采用聚四氟乙烯筒。
[0013]优选的，下电极的上端面与下电极腔的下端面之间通过密封圈密封连接。
[0014]优选的，外电极筒的下端设有用于对内电极进行限位的电极帽，电极帽与外电极筒的下端螺纹连接，电极帽的下端面上开设有供内电极穿过的通孔，内电极设置于所述通孔内，内电极位于所述通孔以上的部位设有限位挡销。
[0015]优选的，内电极的下端与电极头之间通过螺纹可拆卸连接。
[0016]优选的，下电极内设置加热管路采用冷却管道，冷却管道连接有第二油循环系统，冷却管道的两端分别与第二油循环系统的油出口和油入口连接。
[0017]优选的，压力控制单元包括压力扣、刻度尺、步进电机以及压力控制系统，压力扣与上电极腔外部连接，压力扣与上电极腔之间设有压力传感贴片，刻度尺的下端固定设置，刻度尺的上端贯穿压力扣，压力扣上开设有供刻度尺穿过的通孔；
[0018]步进电机固定设置，步进电机通过减速器连接有螺杆，所述螺杆的下端与减速器连接，螺杆的上端与压力扣螺纹连接，压力扣上开设有与所述螺杆螺纹连接的螺纹孔。
[0019]优选的，信号接收单元采用压电传感器。
[0020]本专利技术还提供了一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量方法，该空间电荷测量方法采用本专利技术如上所述的考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置进行，包括如下过程：
[0021]在下电极上表面加硅油，将电介质绝缘材料试样放置在下电极的上表面，利用电极头将电介质绝缘材料试样压紧于下电极的上表面；
[0022]利用绝缘油浴筒将外电极筒加热至第一预设温度；利用下电极内设置加热管路将下电极加热至第二预设温度；
[0023]通过压力控制单元调节上电极腔的位移，使电极头对电介质绝缘材料试样的压力达到预设压力，再将上电极腔和下电极腔位置相对固定；
[0024]对电介质绝缘材料试样施加脉冲信号，利用信号接收单元接收经过电介质绝缘材料试样的脉冲信号；
[0025]利用信号接收单元接收的脉冲信号得到电介质绝缘材料试样的空间电荷。
[0026]与现有技术相比，本专利技术有如下的有益效果：
[0027]本专利技术的考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置通过设置绝缘油浴筒能够对外电极筒进行控温，通过热传导能够使得电极头达到预设温度，对电介质绝缘材料试样的上表面进行加热；下电极内设有加热管路，因此整个下电极能够进行控温，使得电介质绝缘材料试样的下表面达到预设温度，通过控制电介质绝缘材料试样上下表面的不同温度能够使电介质绝缘材料试样在厚度方向达到预设的温度梯度；弹簧电极测试单元中利用弹簧的弹力能够保证电极头将电介质绝缘材料试样压紧于下电极的表面，从而使得电介质绝缘材料试样与电极头以及电介质绝缘材料试样和下电极之间没有空隙、保证良好的接触；压
力控制单元与上电极腔连接，利用压力控制单元能够通过上电极腔、弹簧电极测试单元将压力传递给电介质绝缘材料试样上，使得电介质绝缘材料试样上能够被施加预设的压力；同时，采用密封的绝缘油浴筒能够防止绝缘油浴筒内的高温对电阻及电容的影响以及实现整个上电极的绝缘与绝热。综上，本专利技术通过向传统空间电荷测量装置引入温度梯度场与压力控制单元，实现了高场强、高温下温度梯度、高压强条件下的空间电荷的准确测量，进一步模拟电介质材料在实际工况下的空间电荷特性，研究外施电压、温度梯度与外施压力对电介质材料电气性能的共同影响。
附图说明
[0028]图1是本专利技术考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置的整体结构示意图；
[0029]图2是本专利技术下电极的内部(去掉上盖后)结构示意图；
[0030]图3是本专利技术压力控制装置的安装结构示意图；
[0031]图中：1为电容器，2为上电极筒盖板，3为上电极筒，4为第一密封圈，5为高温油浴循环管道，6为第二密封圈，7为内电极，8为下电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置，其特征在于，包括上电极腔、下电极腔、下电极(15)、脉冲激励单元、密封的绝缘油浴筒、弹簧电极测试单元、信号接收单元、压力控制单元和底座；上电极腔的下端与下电极腔的上端连接，绝缘油浴筒设置于上电极腔的内部并与上电极腔连接，脉冲激励单元设置于上电极腔内并位于绝缘油浴筒的外部；弹簧电极测试单元包括外电极筒(19)、内电极(7)和电极头(10)，外电极筒(19)设置于绝缘油浴筒内，外电极筒(19)的下端贯穿绝缘油浴筒的底部并与绝缘油浴筒的底部密封连接，内电极(7)设置于外电极筒(19)内并能沿外电极筒(19)滑动，内电极(7)的下端与电极头(10)连接，外电极筒(19)设有用于为内电极(7)施加推力的弹簧(18)；下电极(15)安装于底座上，下电极(15)的上端与下电极腔的下端密封连接，信号接收单元设置于下电极(15)的下表面并与电极头(10)正对，下电极(15)内设有加热管路；压力控制单元与上电极腔连接并用于为上电极腔施加向下的力。2.根据权利要求1所述的一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置，其特征在于，所述绝缘油浴筒连接有第一油循环系统，绝缘油浴筒上设有油入口和油出口，绝缘油浴筒的油入口和油出口分别与第一油循环系统的油出口和油入口连接，绝缘油浴筒的油入口位置低于绝缘油浴筒的油出口位置。3.根据权利要求1或2所述的一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置，其特征在于，绝缘油浴筒采用聚四氟乙烯筒(20)。4.根据权利要求1所述的一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置，其特征在于，下电极(15)的上端面与下电极腔的下端面之间通过密封圈密封连接。5.根据权利要求1所述的一种考虑电热力耦合作用下的空间电荷测量装置，其特征在于，外电极筒(19)的下端设有用于对内电极(7)进行限位的电极帽(17)，电极帽(17)与外电极筒(19)的下端螺纹连接，电极帽(17)的下端面上开设有供内电极(7)穿过的通孔，内电极(7)设置于所述通孔内，内电极(7)位于所述通孔以上的部位设有限位挡销。6.根据权利要求1所述的一种考虑电热力...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，许天蕾，谢宗良，庞曦，任天玮，彭宗仁，文雅钦，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：