[實(shí)用新型]一種固體電介質(zhì)材料陷阱參數(shù)采集系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420518081.X
• 申請(qǐng)日: 2014-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN203965524U
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張偉政;李智敏;趙林;穆海寶;李元;申文偉;張冠軍;季國(guó)劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;國(guó)網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司;西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R27/26
• 分類號(hào): G01R27/26
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳;李伊寧

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種絕緣材料介電性能測(cè)試裝置，尤其涉及一種固體電介質(zhì)材料陷阱參數(shù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前,聚合物絕緣材料以及油浸絕緣因其良好的介電性能而在電氣絕緣領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高以及直流輸電技術(shù)的發(fā)展，聚合物絕緣的空間電荷效應(yīng)問(wèn)題日漸突出，由此導(dǎo)致聚合物材料內(nèi)部電場(chǎng)畸變，引發(fā)局部放電及電樹枝發(fā)展，從而造成材料老化和絕緣失效問(wèn)題，如何抑制和消除絕緣中的空間電荷已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外電氣絕緣領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

目前關(guān)于聚合物老化機(jī)理的研究很多，其中比較有代表性的是加拿大的高觀志(Kwan-Chi?Kao)和國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)的屠德民等人提出的熱電子引發(fā)聚合物降解理論。在高電場(chǎng)作用下，電子/空穴通過(guò)肖特基效應(yīng)(Schottky?effect)或福勒-諾德海姆效應(yīng)(Fowler-Nordheim?effect)從電極注入到聚合物中，由于材料禁帶能隙內(nèi)存在大量的陷阱態(tài)，電子/空穴的平均自由路徑短，因此很快被陷阱俘獲而形成空間電荷。在空間電荷的入陷/復(fù)合過(guò)程中，當(dāng)電荷由高能態(tài)遷移到低能態(tài)時(shí)，多余的能量通過(guò)非輻射形式轉(zhuǎn)移給另一個(gè)電子，使后者變成熱電子。具有足夠能量的熱電子將導(dǎo)致分子降解而形成大量的大分子自由基，將進(jìn)一步引發(fā)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致聚合物的進(jìn)一步降解。熱電子的產(chǎn)生和熱電子的能量決定于陷阱的密度和深度，改變聚合物的陷阱深度或密度，就能改變熱電子的形成幾率和能量。因此測(cè)量和分析材料的陷阱特性如能級(jí)、密度等，對(duì)于材料的空間電荷形成和抑制機(jī)理以及聚合物材料的老化狀態(tài)表征和評(píng)估具有十分重要的意義。

另一方面，在嵌入式電極系統(tǒng)中，電極附近的陷阱電荷注入、輸運(yùn)、復(fù)合以及解吸附過(guò)程也會(huì)對(duì)沿面閃絡(luò)現(xiàn)象產(chǎn)生重要影響。電介質(zhì)的陷阱特性及表面帶電特性長(zhǎng)期以來(lái)一直受到廣泛關(guān)注，認(rèn)為其與真空條件下介質(zhì)的沿面閃絡(luò)特性密切相關(guān)。

基于上述分析，陷阱特性十分顯著地影響固體電介質(zhì)材料的介電和放電特性，并可能成為一種更為本征的固體電介質(zhì)材料性能表征參數(shù)，因此測(cè)量和分析固體絕緣材料的陷阱參數(shù)具有十分重要的意義。目前國(guó)內(nèi)研究人員一般通過(guò)測(cè)量等溫表面電位衰減獲得衰減電流，進(jìn)而得到材料表面的陷阱信息。但多數(shù)測(cè)量系統(tǒng)都存在系統(tǒng)充電效果不均勻、電荷注入不充分、測(cè)量記錄需要人工操作等問(wèn)題，從而造成了測(cè)量結(jié)果分散性大、重復(fù)性差、精度低等結(jié)果。

目前關(guān)于表面電位測(cè)量與記錄，大多采用等間隔時(shí)間人工方式記錄，耗費(fèi)時(shí)間，記錄不夠準(zhǔn)確。多數(shù)測(cè)量系統(tǒng)在完成電暈充電后，需要手動(dòng)將針尖更換為電位探頭測(cè)量表面電位衰減，此過(guò)程需要較長(zhǎng)的時(shí)間，難以測(cè)量充電完成后的瞬時(shí)電位信息。

充分的電荷注入是準(zhǔn)確測(cè)量材料陷阱特性的關(guān)鍵，固體電介質(zhì)材料需要在較高溫度(因材料而異，一般為60～80℃)下才能獲得較為充分的電荷注入。現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)沒有加熱條件，難以實(shí)現(xiàn)固體電介質(zhì)材料的預(yù)熱，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)效果。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種固體電介質(zhì)材料陷阱參數(shù)采集系統(tǒng)，能夠地進(jìn)行固體電介質(zhì)材料的陷阱能級(jí)和陷阱密度參數(shù)的采集，具有適用范圍廣、測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)單方便的特點(diǎn)。

本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：

一種固體電介質(zhì)材料陷阱參數(shù)采集系統(tǒng)，包括恒溫箱以及設(shè)置在恒溫箱內(nèi)的三電極電暈充電系統(tǒng)、表面電位測(cè)量系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)支撐系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)；

所述的三電極電暈充電系統(tǒng)包括從上至下同軸設(shè)置的多針電極和接地的金屬圓盤電極，多針電極連接直流充電電源，金屬圓盤電極的上表面用于放置待測(cè)試樣，金屬圓盤電極包括上下接觸且偏心設(shè)置的銅電極和鋁電極；

所述的表面電位測(cè)量系統(tǒng)包括設(shè)置在可調(diào)式絕緣固定架上的電容式靜電探頭，電容式靜電探頭的輸出端依次連接恒溫箱外的信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)采集電路；

所述的旋轉(zhuǎn)支撐系統(tǒng)包括設(shè)置在恒溫箱內(nèi)的上表面為金屬鋁板的絕緣支撐架，金屬鋁板的上表面設(shè)置有金屬轉(zhuǎn)盤，金屬轉(zhuǎn)盤的上表面設(shè)置有金屬加熱盒，金屬圓盤電極放置在金屬加熱盒上表面；當(dāng)進(jìn)行待測(cè)試樣電荷注入時(shí)，待測(cè)試樣位于多針電極下方；當(dāng)進(jìn)行表面電位衰減測(cè)量時(shí)，待測(cè)試樣位于電容式靜電探頭下方；

所述的溫度控制系統(tǒng)包括設(shè)置在金屬加熱盒內(nèi)的第一加熱裝置，以及設(shè)置在金屬鋁板下方絕緣支撐架上的第二加熱裝置，恒溫箱外的溫度控制器控制連接第一加熱裝置和第二加熱裝置。