[發(fā)明專利]一種超高溫的電聲脈沖法空間電荷測量裝置

在審

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• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107621578A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 何金良;李琦;胡軍;黨斌;周垚
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R29/24
• 分類號: G01R29/24
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發(fā)明涉及一種超高溫的電聲脈沖法空間電荷測量裝置，屬于高電壓與絕緣技術領域。

背景技術

目前，擠壓型高壓直流電纜常采用交聯(lián)聚乙烯作為絕緣材料，而直流電壓下的空間電荷積累會對這種電纜絕緣造成很多方面的影響：

1)空間電荷積累會導致介質內局部電場畸變，介質中的最高場強會達到外加電場的8倍，從而導致絕緣介質擊穿。

2)空間電荷顯著的電場畸變效應使得電纜絕緣中實際電場的計算和設計變得困難。

3)空間電荷的積累與消散是一個緩慢過程，所以當電纜以固定電壓極性長期工作之后，若電壓極性發(fā)生反轉使外加電場與空間電荷積累所產(chǎn)生的電場疊加增強，電場應力極大點會從絕緣層界面運動到絕緣層內部。

4)同時，電纜絕緣層中由于空間電荷的存在，將加速其電樹枝發(fā)展和老化過程

由于空間電荷對直流電纜的壽命有很大影響，因此有必要精確測量直流電纜中空間電荷的注入、分布和消散過程。空間電荷測量方法有很多種，但是目前應用最為普遍的是日本武藏工業(yè)大學的高田達雄教授所提出的電聲脈沖法。該方法在截止上施加電脈沖使得介質中空間電荷發(fā)生微小位移，改位移以聲波形式傳到電極被壓電傳感器采集、測量，從而反映介質中空間電荷的分布。目前用此方法測量常溫下絕緣介質的空間電荷的設備基本比較成熟。但是直流電纜在運行時由于導體發(fā)熱會使介質內部的溫度升高，因此有必要研究帶有控溫模塊的空間電荷測量裝置。

目前高溫空間電荷的限制因素是壓電傳感器的厚度和耐溫性能。傳統(tǒng)的壓電陶瓷是LiNbO₃，其居里溫度高達1000℃，但是厚度不能滿足測量薄膜樣品空間電荷的空間分辨率的要求。2004年，Y.Muramoto發(fā)明了一種上電極90℃，下電極75℃(通過循環(huán)冷卻裝置保護聚偏氟乙烯壓電薄膜)的空間電荷測量裝置。

因此尋求高溫壓電薄膜對解決高溫空間電荷測量至關重要，另一方面，為了減少放大器輸入端的外界干擾，放大器和下電極需要電氣接觸，因此，放大器在沒有冷卻裝置的情況下會暴露在高溫環(huán)境下，其工作性能會受到嚴峻考驗。總的來說，在高溫條件下如何選擇壓電薄膜和保護放大器正常工作是現(xiàn)有電聲脈沖法空間電荷測量裝置急需解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提出一種超高溫的電聲脈沖法空間電荷測量裝置，選擇合適的壓電傳感器，保護放大器正常工作，使電荷測量裝置能夠在高溫條件下正常工作。

本發(fā)明提出的超高溫的電聲脈沖法空間電荷測量裝置，包括環(huán)氧樹脂塊、直流金屬導電桿、脈沖金屬導電桿、上電極、半導電層、下電極、匹配電阻、高壓電容、溫度傳感器、加熱單元、壓電傳感器、聲波吸收層、地電極、放大器、屏蔽盒和金屬塊；所述的環(huán)氧樹脂塊通過法蘭與下電極相對固定，所述的直流金屬導電桿和脈沖金屬導電桿的下端分別通過直流絕緣套管和脈沖絕緣套管封裝在環(huán)氧樹脂塊中，所述的上電極置于直流金屬導電桿的下端部，并封裝在環(huán)氧樹脂塊中；所述的半導電層和待測樣品依次由上而下置于上電極的下端部；所述的匹配電阻與脈沖金屬導電桿連接；所述的高壓電容封裝在環(huán)氧樹脂塊中，高壓電容連接在直流金屬導電桿和脈沖金屬導電桿之間；所述的下電極置于待測樣品的下部，溫度傳感器與待測樣品相接觸；所述的加熱單元置于下電極的下部，所述的壓電傳感器與下電極相連，所述的聲波吸收層與壓電傳感器相連，所述的壓電傳感器和聲波吸收層的外面包裹有絕緣層，所述的地電極包裹在絕緣層外面；所述的屏蔽盒置于加熱單元的下部，所述的放大器置于屏蔽盒中，放大器的一端通過硬連接桿與壓電傳感器實現(xiàn)電氣連接，放大器的另一端為脈沖引出線，脈沖引出線伸出屏蔽盒；所述的金屬塊置于放大器的下部，放大器中設置有冷卻介質通道，冷卻介質通道的兩端分別與屏蔽盒外的冷卻介質進入通道和冷卻介質排出通道相連。

本發(fā)明提出的超高溫的電聲脈沖法空間電荷測量裝置，其優(yōu)點是：本發(fā)明提出的電荷測量裝置，可在高達140℃下測量電介質的空間電荷，因此可以用于在電場與溫度場共同作用下，研究電介質的空間電荷特性，本電荷測量裝置特別適用于電工絕緣材料的測試和研究。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的超高溫的電聲脈沖法空間電荷測量裝置結構示意圖。

圖2是本發(fā)明電荷測量裝置在不同溫度下測量的參考波形示意圖。