[發明專利]一種絕緣材料表面電荷二維分布自動測量系統

在審

• 申請號: 201410458865.2
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104166055A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 張偉政;李智敏;季國劍;穆海寶;李元;申文偉;鄧軍波;張冠軍
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網河南省電力公司鄭州供電公司;西安交通大學
• 主分類號: G01R29/24
• 分類號: G01R29/24;G01R31/12
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳;李伊寧

技術領域

本發明涉及固體絕緣材料放電特性測試領域，尤其涉及一種絕緣材料表面電荷密度二維分布自動測量系統。

背景技術

目前,固體-間隙復合絕緣系統廣泛應用于高壓電力設備、高功率真空設備等領域，固體-間隙復合絕緣系統根據不同的應用場合選擇不同的氛圍，如輸電線路用絕緣子則暴露于大氣條件下，氣體絕緣組合開關(GIS)采用SF6氣體絕緣，高功率設備常采用真空-介質絕緣。固體-間隙的沿面因易發生沿面放電問題而成為固體-間隙復合絕緣系統的薄弱環節，成為制約高壓設備絕緣的關鍵技術問題。

以真空沿面絕緣為例，固體絕緣材料真空沿面放電特性與其表面電荷積聚有著密切的聯系。根據二次電子發射雪崩理論，一般認為在脈沖電壓作用下陰極三結合處(陰極-真空-絕緣子)由于電場集中而發射一次電子，這些電子在外加電場作用下向陽極運動，在運動過程中與材料表面發生碰撞，從而產生二次電子；這些二次電子在電場作用下會繼續向陽極運動，并與材料表面發生新的碰撞導致更多的二次電子發射；當二次電子發射達到一定程度時，會在材料表面形成電子崩通道，從而導致沿面閃絡。一次和二次電子與材料表面的碰撞會導致材料表面帶正電荷，這些正電荷會畸變材料表面的電場，并吸引更多的一次與二次電子與材料表面發生碰撞，從而影響沿面放電發展過程。在直流電壓下固體絕緣沿面更易產生靜電電荷積聚問題，靜電電荷積聚造成電場畸變，導致某種條件下沿面絕緣強度異常下降，并引發沿面閃絡。因此研究固體絕緣表面的電荷分布對真空中沿面放電發展機理具有重要意義。

由于技術限制問題，現有的絕緣材料表面電荷測量系統通常采用自制靜電探頭掃描材料表面電位分布，探頭存在精度低，抗干擾性差，信噪比低等問題，掃描結果不夠準確。

發明內容

本發明的目的是提供一種絕緣材料表面電荷二維分布自動測量系統，能夠精確有效地測量絕緣材料表面電荷密度二維分布，為研究絕緣材料的閃絡提供幫助。

本發明采用下述技術方案：

一種絕緣材料表面電荷二維分布自動測量系統，包括內部設置有二維電控位移臺的密閉腔體，二維電控位移臺的控制數據線與密閉腔體外的二維電控位移臺控制箱連接，二維電控位移臺控制箱與計算機連接，豎直設置的背板電極的一側表面固定在二維電控位移臺上，待測試品豎直固定在背板電極的另一側表面，待測試品的上下兩端分別連接高壓電極和接地電極；密閉腔體的一側設置有兩個延伸腔體，第一延伸腔體末端外部密封設置有一維磁耦合直線旋轉驅動器，位于密閉腔體內的一維磁耦合直線旋轉驅動器的運動端設置有絕緣夾具，Kelvin探頭固定在絕緣夾具上，Kelvin探頭的探測點垂直于待測試品，Kelvin探頭的輸出信號引線通過設置在第二延伸腔體末端的探頭輸出信號引線法蘭與密閉腔體外部的靜電電位計連接，靜電電位計的信號輸出端連接計算機的數據采集系統，密閉腔體的另一側設置有連接管，連接管的末端設置有真空泵。

所述的密閉腔體上設置有微動進氣閥和壓力表，連接管上設置有真空規管。

所述的二維電控位移臺由橫軸X和縱軸Y兩個電控位移臺組成。

所述的密閉腔體采用不銹鋼密閉腔體。

所述的待測試品的電極結構為平面型銅電極，銅電極厚度為0.2mm，采用導電雙面膠貼合在被測試品表面。

所述的數據采集系統包括信號調理模塊和數據采集卡，數據采集卡采用NI?PCI-6220，信號調理部分實現靜電電位計輸出信號的1/2分壓，分壓后的信號輸入數據采集卡進行采集，數據采集后的電位信號存儲至與掃描點位置對應的矩陣內。

所述的二維電控位移臺的控制數據線通過真空航空電源插頭與密閉腔體外的二維電控位移臺控制箱連接。

所述的Kelvin探頭與待測試品表面的距離通過一維磁耦合直線旋轉驅動器在0mm-170mm范圍精確調節。

所述的高壓電極連接高壓電源，高壓電源輸出電壓為0-100kV的直流、交流或沖擊電壓。

所述的Kelvin探頭采用3455ET探頭，靜電電位計采用TREK-341B靜電電位計。