一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置的制造方法
【專利摘要】一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，涉及一種電荷測量裝置。本實用新型解決的技術問題是：在現(xiàn)有的溫度梯度下空間電荷測量系統(tǒng)無法測量低溫下溫度梯度下空間電荷。本實用新型一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置包括上電極、上電極屏蔽罩、電極固定槽、下電極、壓電傳感器、信號放大器、溫度梯度加熱裝置；試樣位于下電極的上表面的中心位置，上電極通過上電極固定槽固定，上電極連接高壓脈沖和高壓直流電源，壓電傳感器固定在下電極下表面。本實用新型用于電聲脈沖法測量油?紙在溫度梯度下的空間電荷分布，本實用新型應用在高電壓與絕緣領域。
【專利說明】
一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種電荷測量裝置，具體涉及一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，屬于高電壓與絕緣技術領域。
【背景技術】
[0002]空間電荷問題普遍存在于固體介質(zhì)、油紙絕緣等絕緣結構，是制約介質(zhì)絕緣性能發(fā)展的難題。變壓器、電纜、套管等電力設備在設計、運行時都應考慮空間電荷問題。
[0003]國內(nèi)外對于空間電荷的測試普遍采用電聲脈沖法(Pulsed electroacousticmethod簡稱PEA)。此方法由日本武藏工業(yè)大學高田達雄教授等人在上世紀九十年代提出，經(jīng)過30多年的不斷改進，此方法已經(jīng)在測量空間電荷方面被廣泛采用。其測量結構相對簡單、操作方便，而且將外施直流高壓與脈沖電壓源相隔離，很好的保護了脈沖電壓發(fā)生設備。因此此方法適用于研究高壓直流電場下介質(zhì)內(nèi)部的空間電荷的分布情況。其原理是以一個納秒級的高壓脈沖作為激勵，當電脈沖所引起的脈沖電場作用在空間電荷上時，會使其產(chǎn)生局部的微小位移而引起應力波，此應力波在絕緣介質(zhì)中以聲速傳播，并經(jīng)過下電極后由特定的壓電傳感器接收，壓電傳感器上電壓信號經(jīng)過放大器進行放大后經(jīng)示波器測量、顯示，再通過計算機分析再處理從而間接地獲得空間電荷的分布信息。
[0004]在現(xiàn)有的空間電荷溫度梯度測量裝置沒有考慮在低溫的情況下。因此，亟待設計一種專門針對低溫下溫度梯度下空間電荷測試系統(tǒng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]在下文中給出了關于本實用新型的簡要概述，以便提供關于本實用新型的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本實用新型的窮舉性概述。它并不是意圖確定本實用新型的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本實用新型的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0006]鑒于此，根據(jù)本實用新型的一個方面，本實用新型旨在提出一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，以解決在現(xiàn)有的溫度梯度下空間電荷測量系統(tǒng)無法測量低溫下溫度梯度下空間電荷問題。
[0007]本實用新型提出的一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，包括上電極系統(tǒng)、下電極系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、納秒高壓脈沖和高壓直流電源；
[0008]上電極、油隙、油紙、下電極自上而下布置，油紙位于下電極的上表面的中心位置，上電極通過上電極固定圈固定，使油紙、上電極和下電極的中心線在一條線上；
[0009]所述上電極系統(tǒng)包括上電極、上電極屏蔽殼、隔直電容、匹配電阻、加熱裝置、出線裝置和上電極固定圈；上電極屏蔽殼上開有BNC安裝孔、加熱槽安裝孔和套管安裝孔，上電極屏蔽殼內(nèi)部構成上電極屏蔽內(nèi)腔，上電極屏蔽內(nèi)腔內(nèi)設置隔直電容和匹配電阻；
[0010]所述出線裝置包括高壓脈沖BNC接頭、高壓套管和直流高壓均壓球，高壓脈沖BNC接頭穿過BNC安裝孔安裝在上電極屏蔽殼上，高壓套管通過套管安裝孔固定在上電極屏蔽殼上，高壓套管內(nèi)設置保護電阻，直流高壓均壓球安裝在高壓套管頂端;所述加熱裝置包括上電極加熱蓋子、上電極加熱槽和上電極油循環(huán)管，上電極加熱蓋子與上電極加熱槽緊密連接，上電極加熱槽通過加熱槽安裝孔固定在上電極屏蔽殼上，上電極油循環(huán)管的進油管長出油管短，上電極加熱槽上有開孔用來固定上電極；
[0011]納秒高壓脈沖和高壓直流電源通過出線裝置連接到上電極屏蔽內(nèi)腔，在納秒高壓脈沖終端連接匹配電阻和隔直電容，高壓直流電源通過高壓引線連接保護電阻經(jīng)高壓引線連接到上電極；
[0012]所述下電極系統(tǒng)包括下電極、下電極屏蔽殼和下電極加熱裝置;所述下電極中心處的正下方開一個凹槽，下電極上還開有下電極油循環(huán)槽，用鋁皮將下電極油循環(huán)槽焊接密封，下電極油循環(huán)槽側面留兩個帶螺紋油口；所述下電極屏蔽殼固定在下電極上；
[0013]信號采集系統(tǒng)包括壓電傳感器、吸音材料固定板、吸音墊塊、放大器、示波器和計算機;所述凹槽正中心位置安裝壓電傳感器，在壓電傳感器正下方安裝吸音墊塊，用螺釘將吸音材料固定板固定;所述壓電傳感器產(chǎn)生的信號用同軸電纜引出連接到放大器，放大器信號經(jīng)同軸電纜引出到示波器，示波器經(jīng)過傳輸線保存到計算機。
[0014]進一步地:所述上電極屏蔽內(nèi)腔內(nèi)填充環(huán)氧樹脂，將環(huán)氧樹脂澆筑高度與上電極屏蔽殼下表面、上電極下表面在同一平面上;上電極屏蔽殼外圍上下設置兩個凸出圓盤，分別為上圓盤和下圓盤;下圓盤上有螺孔，通過螺釘與上電極固定圈實現(xiàn)緊密的機械連接。
[0015]進一步地:所述出線裝置的高壓套管外部有傘裙，高壓套管內(nèi)放置的保護電阻用環(huán)氧樹脂固定。
[0016]進一步地:所述上電極加熱蓋子和上電極加熱槽的材料均為聚四氟乙烯，上電極油循環(huán)管為硅膠管，上電極加熱蓋子上有兩個過孔，硅膠管穿過過孔后用密封膠封嚴，上電極加熱蓋子與上電極加熱槽之間用塑料螺釘緊密連接。
[0017]進一步地:所述上電極固定圈材料為不銹鋼，在上電極固定圈上開一個抽真空孔，抽真空孔外部焊接一個不銹鋼管，并在不銹鋼管上加工管螺紋，在上電極固定圈下墊上硅膠墊。
[0018]本實用新型所達到的效果為:
[0019]本實用新型將保護電阻澆注在高壓套管內(nèi)防止高壓放電對實驗的影響；同時用上電極固定圈實現(xiàn)了抽真空，避免了在低溫下的溫度梯度測量，實現(xiàn)了寬溫度范圍的溫梯空間電荷測量。本實用新型可以測量固體介質(zhì)的空間電荷特性，還能測量固體-液體的空間電荷特性;能在常溫下測量，還能進行溫度梯度下的測量。本實用新型可以實現(xiàn)在低溫下的空間電荷測量，為了防止在測量過程中水汽凝結在電極處對實驗結果的影響，加裝了抽真空密閉裝置；由于變壓器油具有較高的沸點和凝固點，溫梯系統(tǒng)采用油浴循環(huán)。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型一種油-紙雙層介質(zhì)在寬溫度梯度下空間電荷裝置的總體結構示意圖；
[0021]圖2是上電極系統(tǒng)不意圖；
[0022]圖3是本實用新型所述的油-紙雙層介質(zhì)在寬溫度梯度下空間電荷裝置的上電極屏蔽殼俯視具體結構不意圖；
[0023]圖4是固定上電的上電極固定圈示意圖；
[0024]圖5是本實用新型下電極系統(tǒng)的具體結構不意圖；
[0025]圖6是圖4的A-A#1』視圖；
[0026]圖7是下電極凹槽示意圖。
[0027]圖中:I上電極屏蔽殼；2上電極加熱蓋子;3上電極加熱槽;4高壓套管；5上電極固定圈；6下電極;8吸音材料固定板;9吸音墊塊;10上電極屏蔽內(nèi)腔；11下電極屏蔽殼；12上電極；13直流高壓均壓球；15上電極油循環(huán)管；16下電極油循環(huán)槽；17高壓脈沖BNC接頭；18壓電傳感器；19硅膠墊;20凹槽;21油隙；22油紙;Rl匹配電阻;C隔直電容;R2保護電阻；I O-1上圓盤;10-2下圓盤;1-2BNC安裝孔;1-3加熱槽安裝孔；1_4套管安裝孔;5_1螺紋孔;5_2通孔；5-3抽真空口； 5-4密封圈安裝槽;5-6密封圈安裝槽。
【具體實施方式】
[0028]在下文中將結合附圖對本實用新型的示范性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應該了解，在開發(fā)任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務相關的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復雜和費時的，但對得益于本實用新型公開內(nèi)容的本領域技術人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務。
[0029]在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本實用新型，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本實用新型的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本實用新型關系不大的其他細節(jié)。
[0030]本實施方式的一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，參見圖1可知，其包括上電極系統(tǒng)、下電極系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、納秒高壓脈沖和高壓直流電源；
[0031]如圖1所示，上電極12、油隙21、油紙22、下電極6自上而下布置，油紙22位于下電極6的上表面的中心位置，上電極12通過上電極固定圈5固定，使油紙22、上電極12和下電極6的中心線在一條線上；
[0032]如圖1和圖2所示，所述上電極系統(tǒng)包括上電極12、上電極屏蔽殼1、隔直電容C、匹配電阻R1、加熱裝置、出線裝置和上電極固定圈5;上電極屏蔽殼I上開有BNC安裝孔1-2、加熱槽安裝孔1-3和套管安裝孔1-4，上電極屏蔽殼I內(nèi)部構成上電極屏蔽內(nèi)腔10，上電極屏蔽內(nèi)腔10內(nèi)設置隔直電容C和匹配電阻Rl;
[0033 ]如圖1、2、3所示，所述出線裝置包括高壓脈沖BNC接頭17、高壓套管4和直流高壓均壓球13，高壓脈沖BNC接頭17穿過BNC安裝孔1-2安裝在上電極屏蔽殼I上，高壓套管4通過套管安裝孔1-4固定在上電極屏蔽殼I上，高壓套管4內(nèi)設置保護電阻R2，直流高壓均壓球13安裝在高壓套管4頂端;所述加熱裝置包括上電極加熱蓋子2、上電極加熱槽3和上電極油循環(huán)管15，上電極加熱蓋子2與上電極加熱槽3緊密連接，上電極加熱槽3通過加熱槽安裝孔1-3固定在上電極屏蔽殼I上，上電極油循環(huán)管15的進油管長出油管短，上電極加熱槽3上有開孔用來固定上電極12，通過油循環(huán)對上電極進行加熱；
[0034]如圖1和圖2所示，納秒高壓脈沖和高壓直流電源通過出線裝置連接到上電極屏蔽內(nèi)腔10，在納秒高壓脈沖終端連接匹配電阻Rl和隔直電容C，高壓直流電源通過高壓引線連接保護電阻R2經(jīng)高壓引線連接到上電極12;
[0035]如圖1和圖5、7所示，所述下電極系統(tǒng)包括下電極6、下電極屏蔽殼11和下電極加熱裝置;所述下電極6中心處的正下方開一個凹槽20，下電極6上還開有下電極油循環(huán)槽16，用鋁皮將下電極油循環(huán)槽16焊接密封，下電極油循環(huán)槽16側面留兩個帶螺紋油口，下電極油循環(huán)槽16采用焊接密封可以防止裝置漏油對元器件造成影響;所述下電極屏蔽殼11使用四塊鋁板焊接而成用螺釘固定在下電極6上，下電極屏蔽殼11上有BNC安裝孔安裝BNC座;下電極屏蔽殼與下電極連接，一方面可以屏蔽外界信號，另一方面可以作為支撐固定作用；
[0036]如圖1和圖5所示，信號采集系統(tǒng)包括壓電傳感器18、吸音材料固定板8、吸音墊塊
9、放大器、示波器和計算機;所述凹槽20正中心位置安裝壓電傳感器18，在壓電傳感器18正下方安裝吸音墊塊9，用螺釘將吸音材料固定板8固定;所述壓電傳感器18產(chǎn)生的信號直接用同軸電纜引出連接到放大器，放大器信號經(jīng)同軸電纜引出到示波器，示波器經(jīng)過傳輸線保存到計算機。
[0037]試樣位于下電極的上表面的中心位置，試樣與上下電極之間緊密接觸，信號放大器安裝于下電極下表面，上電極屏蔽殼用環(huán)氧樹脂固化將上電極固定;上電極加直流高壓，下電極接地，當給試樣施加一定時間的高壓后，在上電極施加高壓窄脈沖，在試樣內(nèi)部就會產(chǎn)生超聲波;超聲波經(jīng)過下電極后被信號采集系統(tǒng)采集;高壓直流電源與上電極連接，高壓脈沖源經(jīng)過隔直電容后與上電極連接;信號采集系統(tǒng)與下電極連接;高壓直流電源用于產(chǎn)生高壓直流電場，在試樣上集聚空間電荷；高壓脈沖電源用于施加在試樣上產(chǎn)生空間電荷信號;信號采集系統(tǒng)將信號放大并采集;上電極系統(tǒng)內(nèi)的溫梯系統(tǒng)實現(xiàn)試樣上表面進行溫度控制;下電極溫梯系統(tǒng)實現(xiàn)試樣下表面溫度控制。
[0038]更具體地:壓電傳感器18緊貼下電極6經(jīng)過同軸電纜引出，吸音材料固定板8和吸音墊塊9緊貼壓電傳感器18，防止信號穿過壓電傳感器18后再次反射穿過傳感器;為了防止傳感器與下電極和吸聲材料之間存在氣泡，安裝之前界面上都滴上硅油將氣泡擠壓出去；傳感器引出線經(jīng)過BNC連接到放大器放大，放大器通過同軸電纜連接到示波器采集，示波器經(jīng)過傳輸線保存到計算機。
[0039]更具體地:如圖2所示，所述上電極屏蔽內(nèi)腔10內(nèi)填充環(huán)氧樹脂，將環(huán)氧樹脂澆筑高度與上電極屏蔽殼下表面、上電極下表面在同一平面上;上電極屏蔽殼I外圍上下設置兩個凸出圓盤，分別為上圓盤10-1和下圓盤10-2;上圓盤10-1是為了方便拆卸上電極12，下圓盤10-2上有螺孔，通過螺釘與上電極固定圈5實現(xiàn)緊密的機械連接。
[0040]更具體地:如圖1和圖2所示，所述出線裝置的高壓套管4外部有傘裙，高壓套管4內(nèi)放置的保護電阻R2用環(huán)氧樹脂固定。
[0041 ]更具體地:如圖1和圖2所示，所述上電極加熱蓋子2和上電極加熱槽3的材料均為聚四氟乙烯，上電極油循環(huán)管15為硅膠管，上電極加熱蓋子2上有兩個過孔，硅膠管穿過過孔后用密封膠封嚴，上電極加熱蓋子2與上電極加熱槽3之間用塑料螺釘緊密連接。聚四氟乙烯除了是優(yōu)良的絕緣介質(zhì)，同時也是很好絕熱介質(zhì)，可以保護上電極中電阻、電容不會因為溫度過高或過低而不能正常工作。
[0042 ]更具體地:如圖4和圖6所示，所述上電極固定圈5材料為不銹鋼，在上電極固定圈5上開一個抽真空孔5-3，抽真空孔5-3外部焊接一個不銹鋼管，并在不銹鋼管上加工管螺紋，以便以后外接一個真空閥及用來接抽真空的快速接口，在上電極固定圈5下墊上硅膠墊19，通過改變固定圈下的硅膠墊19的厚度來實現(xiàn)不同油隙的測量，同時為了讓試樣緊貼電極，上電極固定圈5上還開有螺紋孔5-1、通孔5-2、上密封圈安裝槽5-4和下密封圈安裝槽5-6; 8個螺紋孔5-1用來固定上電極屏蔽殼，8個通孔5-2將上電極固定圈5固定在下電極6上，上密封圈安裝槽5-4用來放置密封圈實現(xiàn)上電極12與上電極固定圈5密封，下密封圈安裝槽5-6用來實現(xiàn)固定圈5與下電極6實現(xiàn)密封。
[0043]雖然本實用新型所揭示的實施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本實用新型的技術方案而采用的實施方式，并非用于限定本實用新型。任何本實用新型所屬技術領域內(nèi)的技術人員，在不脫離本實用新型所揭示的核心技術方案的前提下，可以在實施的形式和細節(jié)上做任何修改與變化，但本實用新型所限定的保護范圍，仍須以所附的權利要求書限定的范圍為準。
【主權項】
1.一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，其特征在于:包括上電極系統(tǒng)、下電極系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、納秒高壓脈沖和高壓直流電源； 上電極(12)、油隙(21)、油紙(22)、下電極(6)自上而下布置，油紙(22)位于下電極(6)的上表面的中心位置，上電極(12)通過上電極固定圈(5)固定，使油紙(22)、上電極(12)和下電極(6)的中心線在一條線上； 所述上電極系統(tǒng)包括上電極(12)、上電極屏蔽殼(1)、隔直電容C、匹配電阻R1、加熱裝置、出線裝置和上電極固定圈(5);上電極屏蔽殼(I)上開有BNC安裝孔(1-2)、加熱槽安裝孔(1-3)和套管安裝孔(1-4)，上電極屏蔽殼(I)內(nèi)部構成上電極屏蔽內(nèi)腔(10)，上電極屏蔽內(nèi)腔(10)內(nèi)設置隔直電容C和匹配電阻Rl; 所述出線裝置包括高壓脈沖BNC接頭(17)和高壓套管(4)，高壓脈沖BNC接頭(17)穿過BNC安裝孔(1-2)安裝在上電極屏蔽殼(I)上，高壓套管(4)通過套管安裝孔(1-4)固定在上電極屏蔽殼(I)上，高壓套管(4)內(nèi)設置保護電阻R2;所述加熱裝置包括上電極加熱蓋子(2)、上電極加熱槽(3)和上電極油循環(huán)管(15)，上電極加熱蓋子(2)與上電極加熱槽(3)緊密連接，上電極加熱槽(3)通過加熱槽安裝孔(1-3)固定在上電極屏蔽殼(I)上，上電極油循環(huán)管(15)的進油管長出油管短，上電極加熱槽(3)上有開孔用來固定上電極(12); 納秒高壓脈沖和高壓直流電源通過出線裝置連接到上電極屏蔽內(nèi)腔(10)，在納秒高壓脈沖終端連接匹配電阻Rl和隔直電容C，高壓直流電源通過高壓引線連接保護電阻R2經(jīng)高壓引線連接到上電極(12); 所述下電極系統(tǒng)包括下電極(6)、下電極屏蔽殼(11)和下電極加熱裝置;所述下電極(6)中心處的正下方開一個凹槽(20)，下電極(6)上還開有下電極油循環(huán)槽(16)，用鋁皮將下電極油循環(huán)槽(16)焊接密封，下電極油循環(huán)槽(16)側面留兩個帶螺紋油口；所述下電極屏蔽殼(I I)固定在下電極(6)上； 信號采集系統(tǒng)包括壓電傳感器(18)、吸音材料固定板(8)、吸音墊塊(9)、放大器、示波器和計算機;所述凹槽(20)正中心位置安裝壓電傳感器(18)，在壓電傳感器(18)正下方安裝吸音墊塊(9)，用螺釘將吸音材料固定板(8)固定;所述壓電傳感器(18)產(chǎn)生的信號用同軸電纜引出連接到放大器，放大器信號經(jīng)同軸電纜引出到示波器，示波器經(jīng)過傳輸線保存到計算機。2.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，其特征在于:所述上電極屏蔽內(nèi)腔(10)內(nèi)填充環(huán)氧樹脂，將環(huán)氧樹脂澆筑高度與上電極屏蔽殼下表面、上電極下表面在同一平面上;上電極屏蔽殼(I)外圍上下設置兩個凸出圓盤，分別為上圓盤(10-1)和下圓盤(10-2);下圓盤(10-2)上有螺孔，通過螺釘與上電極固定圈(5)實現(xiàn)緊密的機械連接。3.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，其特征在于:所述出線裝置的高壓套管(4)外部有傘裙，高壓套管(4)內(nèi)放置的保護電阻R2用環(huán)氧樹脂固定。4.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，其特征在于:所述上電極加熱蓋子(2)和上電極加熱槽(3)的材料均為聚四氟乙烯，上電極油循環(huán)管(15)為硅膠管，上電極加熱蓋子(2)上有兩個過孔，硅膠管穿過過孔后用密封膠封嚴，上電極加熱蓋子(2)與上電極加熱槽(3)之間用塑料螺釘緊密連接。5.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于寬溫度梯度下的空間電荷測量裝置，其特征在于:所述上電極固定圈(5)材料為不銹鋼，在上電極固定圈(5)上開一個抽真空孔(5-3)，抽真空孔(5-3)外部焊接一個不銹鋼管，并在不銹鋼管上加工管螺紋，在上電極固定圈(5)下墊上硅膠墊(19)。
【文檔編號】G01R29/24GK205427056SQ201620227225
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】陳慶國, 殷丕盛, 池明赫, 張金峰, 王新宇, 王永紅, 聶洪巖, 魏新勞
【申請人】哈爾濱理工大學