本發(fā)明涉及一種金屬微粒帶電量測量方法，具體涉及一種金屬微粒運動過程中帶電量測量方法。

背景技術：

氣體絕緣金屬封閉開關設備(Gas-insulated metal-enclosed switchgear，簡稱GIS)及氣體絕緣金屬封閉輸電線路(Gas insulated metal enclosed transmission line，簡稱GIL)在生產(chǎn)、裝配、運行過程中，不可避免的會產(chǎn)生金屬微粒，帶電金屬微粒會浮起并運動，且在電極附近發(fā)生放電，當金屬微粒附著到絕緣子表面時，其絕緣特性會降低，絕緣距離的減少引發(fā)閃絡。

針對電極間金屬微粒帶電量分析與測量，已有技術開展了電極表面金屬微粒感應帶電計算與測量。通常假設其帶電量與其在電極表面感應帶電量相同，但運動過程及與電極表面碰撞時，微粒會放電及電荷轉移，實際的帶電量與其在電極表面的感應帶電間有一定的差異?，F(xiàn)有的測量方法得到的金屬微粒帶電量是金屬微粒在電極表面時的帶電量，不能反映金屬微粒在電極附近的放電，難以準確的描述金屬微粒運動過程放電前后所帶電荷量；微粒運動過程中的帶電量難以通過靜電檢測裝置等直接測量的方法測量，目前尚無運動金屬微粒所帶電荷量的測量方法。

技術實現(xiàn)要素：

為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種真空環(huán)境勻強電場下金屬微粒運動過 程中帶電量測量方法，根據(jù)金屬微粒在真空環(huán)境勻強電場中的受力分析及金屬微粒運動過程測量，得到金屬微粒在該電場中運動過程中的帶電量，解決微粒運動過程中的帶電量難以通過靜電檢測裝置等直接測量的困難。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體技術方案如下：

一種對金屬微粒運動過程中帶電量的測量方法，所述方法步驟如下：

(1)測量極板間距(H)；

(2)測量極板間施加的電壓(U)；

(3)測量金屬微粒的質量(m)；

(4)確定微粒運動拍攝的幀頻率(f_c)；

(5)測量金屬微粒向上運動過程中豎直向上連續(xù)的位移y₁₁，y₁₂，y₁₃，……，y_1i，……，y_1n；

(6)測量金屬微粒向下運動過程中豎直向上連續(xù)的位移y₂₁，y₂₂，y₂₃，……，y_2i，……，y_2n。

根據(jù)下式計算金屬微粒向上運動過程中的帶電量q_-：

其中，n>5，n>i>1。

根據(jù)下式計算金屬微粒向下運動過程中的帶電量q_-：

其中，n>5，n>i>1。

所述步驟(1)中通過累積法測量金屬微粒的質量(m)。

所述步驟(2)中采用水平儀及游標卡尺，調整電極水平，并量取極板間距(H)。

所述方法的用的裝置包括：高壓電極、接地電極和真空密封罐體(5)。

所述高壓電極包括：高壓接線電極(1)和與其連接的上極板(7)；

所述接地電極包括：地接線電極(2)和與其連接的下極板(6)。

所述真空密封罐體(5)上設有通光孔(3)和觀察孔(4)。

與最接近的現(xiàn)有技術比，本發(fā)明的有益效果如下：

(1)通過觀測金屬微粒在電極間的運動過程，考慮了金屬微粒在電極附近的放電過程，得到金屬微粒的帶電量，與實際狀況更接近。

(2)提出了金屬微粒運動過程中帶電量計算方法，得到勻強電場中金屬微粒運動過程中的帶電量。

(3)通過提高電極間距同時升高電極間電壓的方法，能提高金屬微粒連續(xù)位移測量量，提高計算精度。

(4)該方法計算簡便，物理意義明顯，克服了試驗及工程應用中金屬微粒運動過程電荷量難以確定的問題。

附圖說明

圖1為工作流程示意圖；

圖2為實現(xiàn)本發(fā)明的裝置的結構示意圖；

圖3為金屬微粒位移示意圖。

其中，1-高壓接線電極，2-地接線電極，3-通光孔，4-觀察孔，5-真空密封罐體，6-下極板，7-上極板，8-絕緣支座。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發(fā)明的技術方案做進一步詳細描述：

采用觀測金屬微粒在真空環(huán)境勻強電場中的運動特征，反推金屬微粒在運動過程中的帶電量。

根據(jù)圖1所示的工作流程示意圖：

(1)測量極板間距(H)；

(2)測量極板間施加的電壓(U)；

(3)測量金屬微粒的質量(m)；

(4)確定微粒運動拍攝的幀頻率(f_c)；

(5)測量金屬微粒向上運動過程中豎直方向上連續(xù)的位移y₁₁，y₁₂，y₁₃，……，y_1i，……，y_1n；

(6)測量金屬微粒向下運動過程中豎直方向上連續(xù)的位移y₂₁，y₂₂，y₂₃，……，y_2i，……，y_2n；

根據(jù)下式計算金屬微粒向上運動過程中的帶電量q_-：

其中，n>5，n>i>1。

根據(jù)下式計算金屬微粒向下運動過程中的帶電量q_-：

其中，n>5，n>i>1。

根據(jù)圖2，為利于觀測高壓靜電場中金屬微粒運動特征，將極板間距調高至50mm，高速攝像儀幀頻調整至200幀/s，調整極板間電壓，拍攝金屬微粒運動穩(wěn)定時的豎直方向上的連續(xù)位移。

稱量100顆直徑為2mm的金屬鋁微粒，得到總重量M為1.1613g，因此，從而可以得到1顆2mm鋁微粒的質量為1.1613×10^-5kg。當極板間距為50mm， 極板間施加電壓為26kV時，采用幀頻為200Hz的高速攝像機測量得到一段時間內(nèi)金屬微粒向上運動時的豎直方向上連續(xù)位移及金屬微粒向下運動時豎直方向上的連續(xù)位移與拍攝幀數(shù)之間的關系如圖3所示。

根據(jù)測量的極板間距及極板電壓；測量高度攝像機的拍攝頻率、金屬微粒的質量、金屬微粒在空間電場作用下的連續(xù)位移；根據(jù)微粒的質量、連續(xù)位移、電壓、電極間距確定金屬微粒的帶電量。

拍攝幀次序與對應的微粒的豎直方向上連續(xù)的位移，其中：

y₁₁～y₁₅分別為：

4.96×10^-2，4.31×10^-2，3.86×10^-2，2.94×10^-2，1.90×10^-2(m)

y₂₁～y₂₆分別為：

1.86×10^-2，2.80×10^-2，3.74×10^-2，4.10×10^-2，4.54×10^-2，4.98×10^-2(m)

計算金屬微粒向上運動過程中的帶電量

得到當電極間距為50mm，電極間施加電壓為26kV時，質量為1.1613×10^-5kg的球形金屬鋁微粒向上運動過程中的帶電量為1.6939×10^-9(C)；

計算金屬微粒向下運動過程中的帶電量

得到當電極間距為50mm，電極間施加電壓為26kV時，質量為1.1613×10^-5kg的球形金屬鋁微粒向下運動過程中的帶電量為2.11×10^-9(C)；

需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實施方式意在證明本發(fā)明所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本發(fā)明保護范圍的限定。本領域技術人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護范圍內(nèi)。