一种高温超导变压器的液氮流动带电测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公布了一种高温超导变压器的液氮流动带电测量装置。本发明专利技术装置包括一圆柱形铝桶和圆盘旋转装置及铝桶上的带电测量皮安表构成。本发明专利技术装置测量液氮与PI薄膜的流动带电电流时更加简单，实验初始条件要求低，便于更换不同实验条件。本发明专利技术装置通过一种数学模型估算界面电荷密度的方法，可以计算出液氮与PI薄膜通过摩擦产生的界面电荷密度。本发明专利技术装置能够巧妙地实现液氮流动带电电流测量及界面电荷密度的估算。本发明专利技术装置能方便地测量出不同纳米颗粒改性PI薄膜在液氮环境下的流动带电电流，寻找非晶合金变压器的最优化设计。对液氮环境下的非晶合金变压器的推广应用具有重要的意义。重要的意义。重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种高温超导变压器的液氮流动带电测量装置


[0001]本专利技术属于高温超导变压器液氮流动带电测量
，涉及一种高温 超导变压器液氮流动带电测量装置及界面电荷估算方法，具体涉及一种高温超 导变压器中液氮与PI薄膜摩擦产生电流的测量装置以及估算界面电荷的数学方 法。

技术介绍

[0002]高温超导变压器在运行过程中，由于液氮流动与PI薄膜之间的长时间 摩擦，剪切应力将导致自由双层电荷产生移动体积电荷。交界面上的体积电荷 积累将导致绝缘表面上的放电。随着电荷的不断增加，如果电场强度超过临界 值，就会发生局部放电，这对变压器的运行安全构成了极大的威胁。
[0003]现有技术中没有分析高温超导变压器中液氮的流动带电现象。因此，有 必要建立LN流带电测量系统，测量出高温超导变压器中流动带电电流并分析影 响流动带电电流的因素。
[0004]因此本专利技术设计了一套装置用于测量高温超导变压器中液氮与PI薄膜 摩擦产生的电流，假定圆盘使得铝桶内部液体以同一角速度旋转。通过数学方 法可将测得的电流转化为液氮
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PI薄膜交界面处的电荷密度。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中液氮流动带电测量只能使用大型密闭低温冷却液循 环装置的问题，无法快速简易地测量出高温超导变压器中液氮与PI薄膜摩擦产 生的电流与电荷密度，本专利技术提供一种液氮流动带电测量装置，利用圆盘带动 PI薄膜与液氮摩擦产生电荷，产生的电荷汇聚形成电流并被皮安表收集，测量 过程中通过安装在计算机上的软件应用程序进行数据处理。经过数学模型简化得到电荷密度大小，实现对液氮流动带电的简易测量与界面电荷密度的估算。
[0006]为了实现上述目标,本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种高温超导变压器液氮流动带电测量装置，包括铝制圆筒；数个不锈 钢制圆盘；竖直安放电机；测量皮安表；铝桶周围的EPS(发泡聚苯乙烯)；金 属法拉第笼；温度测量装置。
[0008]上述高温超导变压器的液氮流动带电测量装置，其中，所述铝制圆筒为 一面封顶、一面开口的圆柱体，其直径为200mm，高度约为200mm，可容纳约 2L液体。圆筒由1060铝合金塑形，其含铝量可达99％，且价格较低。铝制容器可在低温下不发生形变，化学性质不活跃，同时具有良好的导电能力与较为 优秀的经济性。
[0009]上述高温超导变压器的液氮流动带电测量装置，其中，所述数个不锈钢 制圆盘的直径分别为60、70、80mm。不同直径的圆盘可探究在设计高温超导变 压器时，不同的液氮
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PI薄膜接触面积对液氮流动带电的影响。PI薄膜通过定位螺丝固定于圆盘两面。利用304不锈钢制圆盘因为其低导电性减小泄漏电流降 低误差，且耐低温在低温下不发生形变。
[0010]上述高温超导变压器的液氮流动带电测量装置，其中，所述竖直安放电 机为可调速电机。通过编码器测量速度并反馈使其稳定在设置速度。其速度调 节范围为0～1000rpm，转速能通过电机调速装置来闭环控制，用于模拟高温超导变压器中不同流速的液氮摩擦产生的电流。
[0011]上述高温超导变压器的液氮流动带电测量装置，其中，所述测量皮安表 为Model 6514A。其噪声<1fA,电流的测量范围为20pA到20mA,其内阻≥1GΩ, 响应速度(10％到90％)为每1kV小于3mS；测量模式为非接触式；探头距离 为2mm
±
1mm；湿度范围为90％。皮安表与测试铝桶的接线与探头分别使用锡纸包裹静电屏蔽，同时将整个装置置于金属法拉第笼内部，以防止外界对小电 流测量的干扰。
[0012]上述高温超导变压器的液氮流动带电测量装置，其中，所述铝桶周围的 EPS为发泡聚苯乙烯，其可以隔绝温度，尽量减少与外部的热交换。经测试， 经过1min的实验后，液氮残余量为初始的90％。
[0013]上述高温超导变压器的液氮流动带电测量装置，其中，所述金属法拉第 笼为一个金属铁丝编织的笼子，主要用于静电屏蔽。根据接地导体静电平衡的 条件，笼体是一个等位体，内部电势差为零，电场为零，可以隔绝外部电磁干 扰。
[0014]上述高温超导变压器的液氮流动带电测量装置，其中，所述温度测量装 置为PT100铂热电阻。它的阻值跟温度的变化成正比，它的阻值会随着温度上 升而成匀速增长。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0℃时它的 阻值为100欧姆，在
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200℃时它的阻值约为18.52欧姆。通过T100铂热电阻的 阻值可以计算容器温度，判断此时液体是否处于过沸状态。
[0015]本专利技术高温超导变压器的液氮流动带电测量装置测量了液氮和PI膜之 间摩擦产生的电流，分析了液氮流动带电的机理。然后，建立流动LN通道模型， 定量分析流动带电引起的不利影响，可避免非晶合金变压器因液氮流动带电引 发非晶合金变压器内部静电放电，导致扩大事故的发生。
附图说明
[0016]本专利技术的高温超导变压器的液氮流动带电测量装置由以下的实施例及 附图给出
[0017]图1是本专利技术中高温超导变压器的液氮流动带电测量装置整体结构图， 1为竖直安放电机，2为连接杆，3为金属法拉第笼，4为铝桶周围的EPS(发泡聚苯乙烯)，5为液氮，6为铝制圆筒，7为不锈钢制圆盘，8为PI薄膜，9为 温度测量装置，10为测量皮安表，11为数据记录系统。
[0018]图2是本专利技术中铝桶工程视图
[0019]图3是本专利技术中圆盘及连接杆工程视图
[0020]图4是本专利技术中EPS工程视图
具体实施方式
[0021]以下将结合图1～图4对本专利技术的高温超导变压器的液氮流动带电测量装置作进一步的详细描述。
[0022]参见图1，高温超导变压器的液氮流动带电测量装置包括铝制圆筒6； 数个不锈钢
制圆盘7；竖直安放电机1；测量皮安表；铝桶周围的EPS(发泡聚 苯乙烯)4；金属法拉第笼3；温度测量装置9。
[0023]参见图2，所述铝制圆筒6与皮安表相连接一面封顶、一面开口的圆柱 体，其直径为120mm，高度约为200mm，可容纳约2L液体。
[0024]参见图3所述不锈钢制圆盘7通过连接杆2与竖直安放电机1连接，其 为不锈钢制。其上下表面通过螺丝固定住PI薄膜。
[0025]参见图1，所述竖直安放电机1，其为可调速电机。通过编码器测量速 度并反馈使其稳定在设置速度。其速度调节范围为0～1000rpm，转速能通过电机 调速装置来闭环控制。
[0026]参见图1，所述测量皮安表，测量皮安表为Model 6514A。其噪声<1fA, 电流的测量范围为20pA到20mA,其内阻≥1GΩ,响应速度(10％到90％)为每 1kV小于3mS；测量模式为非接触式；探头距离为2mm
±
1mm；湿度范围为90％。皮安表与测试铝桶6的接线与探头分别使用锡纸包裹静电屏蔽，同时将整个装 置置于金属法拉第笼3内部，以防止外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温超导变压器的液氮流动带电测量装置及界面电荷密度估算方法，其技术方案是用旋转的圆盘带动液氮转动模拟高温超导非晶合金变压器运行中的液氮运动情况。通过数学模型计算出液氮与PI薄膜交界面处的表面电荷密度。特别是非常快速、便捷地判断出高温超导变压器中液氮的带电情况。其特征在于包括:所述高温超导变压器的液氮流动带电测量装置包括盛放液氮的铝制圆筒；设于铝桶内部用于带动液氮旋转运动的不锈钢制圆盘；设于铝桶上部竖直安放可调整转速的电机用于控制铝盘转速；设于装置旁用于测量液氮流动产生的微电流的皮安表，由带屏蔽的同轴电缆与测试电极相连接；设于铝桶周围用于隔绝外部温度的EPS(发泡聚苯乙烯)；设于装置周围用于屏蔽外部电磁干扰的金属法拉第笼。设于铝桶底部的用于测量液氮温度的温度测量装置。所述高温超导变压器的液氮流动带电测量装置包括所述测量油流微电流的皮安表，皮安表需选取较大的输入电阻以保证准确率。测试过程中为防止外界干扰，皮安表与测试铝桶的接线与探头分别使用锡纸包裹静电屏蔽，同时将整个装置置于金属法拉第笼内部。测试过程中，皮安表一端接地，另一端与铝桶表面相连。旋转过程中，电荷由PI薄膜旋转与液氮摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘道生，王广康，王仕会，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：