一种固体绝缘材料气固界面电荷分布的原位实时测量系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种固体绝缘材料气固界面电荷分布的原位实时测量系统和方法。该系统使用纳秒脉冲激光器；以凸透镜、高透镜、高反镜、滤波片、色散棱镜组成光路单元；将针板电极和固体绝缘材料安置于密闭腔体中作为放电单元；以红外光电二极管、光电倍增管作为激光接收装置；以示波器和电脑作为数据处理端。该系统基于电场诱导二次谐波产生效应，泵浦激光通过电场区域产生的二次谐波信号强度与被测点处的电场强度的平方呈线性关系。对二者标定之后，可测得针板电极充电和断电过程中固体绝缘材料气固界面电场强度，再通过电荷反演算法得到实时的电荷分布情况。该系统可实现原位、实时测量，且对固体绝缘材料性质、形状要求较低，故应用范围广泛。应用范围广泛。应用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种固体绝缘材料气固界面电荷分布的原位实时测量系统和方法


[0001]本专利技术属于高电压与绝缘
，具体涉及一种固体绝缘材料气固界面电荷分布的原位实时测量系统和方法。

技术介绍

[0002]高压直流气体绝缘电气设备，如气体绝缘管道(gas
‑
insulatedtransmissionline,GIL和气体绝缘开关(gas
‑
insulatedswitchgear,GIS)中，绝缘子处于单极性直流电压作用下，其表面长期保持干燥和清洁，非常容易积聚表面电荷。而这些气固界面电荷一方面会使得表面电场发生畸变，电场畸变严重时可能导致沿面闪络电压大幅下降，从而诱发沿面放电；另一方面，也为沿面放电的发展提供了种子电荷，从而促进闪络过程的形成，大大降低气体绝缘设备的绝缘水平。因此为保障电气电子设备的绝缘安全，有必要对固体绝缘材料气固界面电荷的积聚、消散机理及其对固体表面绝缘性能的影响进行深入研究，而如何实现对固体绝缘材料气固界面电荷进行准确的测量，便成为该领域的一个关键技术难题，具有重要的研究价值和意义。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体绝缘材料气固界面电荷分布的原位实时测量系统，其特征在于：包括激光器、第一光路单元、放电单元、第二光路单元、激光接收装置以及数据处理端；所述激光器由Nd：YAG泵浦纳秒脉冲激光器构成；所述激光器发射出频率和脉宽可调的激光束；所述第一光路单元由长波通滤波片和凸透镜构成，长波通滤波片可滤除放电部分之前产生的杂散二次谐波，然后激光束经凸透镜的聚焦作用，将激光聚焦在放电单元的电场之中；所述放电单元由密封腔体、针电极、固体绝缘介质、平板电极组成；所述第二光路单元由两个具有1064nm高透过率和532nm高反射率特性的光学镜片、1个色散棱镜、1个窄带通滤波片以及1个凸透镜组成；所述激光接收装置由光电倍增管和红外光电二极管组成；经所述第二光路单元筛选后的532nm波长的激光进入光电倍增管进行信号采集，而经所述第二光路单元筛选后的少部分1064nm波长的信号则进入红外光电二极管；所述数据处理端将光电倍增管采集到的激光信号以电压信号显示到示波器上，然后将数据传输到电脑端进行处理。2.根据权利要求1所述的一种固体绝缘材料气固界面电荷分布的原位实时测量系统，其特征在于：所述针电极、平板电极和固体绝缘介质都处在密封腔体中，密封腔体配有进出气口、气压表以及多个观察窗，激光从左右两端的观察窗穿过密封腔体内部，密封腔体中充入不同气压的气体。3.根据权利要求1所述的一种固体绝缘材料气固界面电荷分布的原位实时测量系统，其特征在于：所述平板电极接地，针电极接正极性或负极性高压直流电源；所述固体绝缘介质紧密贴合在平板电极上表面；密封腔体放置于三维位移平台上，移动密封腔体使激光紧贴且平行于固体绝缘介质表面，并且使激光束焦点处于待测区域内，通过调整三维位移平台使焦点扫描整个待测区域，产生出强度变化的532nm倍频光信号，即场致二次谐波信号，根据此信号最终获得固体绝缘介质表面的电荷分布情况。4.根据权利要求1所述的一种固体绝缘材料气固界面电荷分布的原位实时测量系统，其特征在于：1064nm波长的泵浦激光以及部分经过放电单元产生的532nm的倍频激光经过两次筛光后，大部分的1064nm波长的激光透射出光路，只有少部分1064nm波长的激光经过色散棱镜偏折向红外光电二极管，对激光信号强度进行实时显示，而532nm波长的倍频光经色散棱镜偏折...

【专利技术属性】
技术研发人员：章程，苑伟光，黄邦斗，邵涛，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：