[發明專利]一種模擬實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010097558.1
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111276027A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 段成;呂亮;鄭建康;趙學風;蒲路;林濤;蘇小婷;饒子麒;汲勝昌
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;國網陜西省電力公司西安供電公司;國網陜西省電力公司電力科學研究院;國網陜西省電力公司
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種模擬實驗裝置及方法，單相工頻實驗變壓器的一次側通過空氣保護開關接入工頻市電，單相工頻實驗變壓器的二次側一端連接輸出雙觸開關，輸出雙觸開關分兩路，一路經整流裝置和電壓表與實驗箱連接，另一路直接與電壓表和實驗箱連接，單相工頻實驗變壓器二次側的另一端依次經保護電阻和電流表后分別與電壓表和實驗箱連接；工頻市電同時為實驗箱供電；實驗箱的可控溫度為室溫～600℃，用于為待測樣品提供一個恒溫、氣氛恒定的實驗環境。本發明可以模擬電工材料或器件的實際運行工況，進行多種實驗測試。

技術領域

本發明屬于電工材料、器件實驗技術領域，具體涉及一種模擬實驗裝置及方法。

背景技術

電工材料和器件被廣泛應用于能源、通信、交通等各個涉及國民經濟命脈的重要領域，其運行工況復雜，保障其安全穩定運行是設計人員和運維人員的共同責任。由于電工材料或器件在運行過程中通常處于高電場、高溫、非標準大氣壓或低氧濃度的惡劣環境，其絕緣特性關乎其使用壽命，而熱解、燃燒特性則決定其是否會引發重大惡性火災及爆炸事故，甚至直接危及人民的生命、財產安全，必須予以高度重視。

以電力電纜為例，由于我國能源需求不斷擴大，電力電纜作為重要的電力基礎設施，其使用量也在不斷增加。電力電纜主要結構包含外護套、填充材料、絕緣層以及線芯，其中外護套和絕緣層都為高分子聚合物，具有很好的燃燒性能且燃燒過程中會釋放出大量毒氣。電纜火災事故不僅會造成重大的經濟損失，甚至會威脅到電纜運維和搶修人員的生命安全。電纜外護套由于直接和外界空氣接觸，最容易引燃。研究表明，當PVC處于160℃環境下預熱，即使在1mm厚度上施加100V電壓也能將其引燃。電纜絕緣損壞是電纜失效最本質的原因，研究發現，絕緣劣化事故引發的溫度變化極快，僅在1s內，與穩態時期已存在非常大的差異，最高溫度突增800℃，在現實條件下，此時引發火災的危險性極高。現存的國內外標準通常對電纜本體或者電纜材料的燃燒性能進行研究，很少考慮到電纜在真實運行環境中電纜絕緣材料所承受的高電場。故對電纜絕緣材料在運行過程中突發火災情況下的燃燒特性的研究并不夠準確。

再以MOS器件為例，半導體材料對溫度敏感，其溫敏特性比較復雜，MOS器件的工作特性受到環境溫度的影響，研究MOS器件的高溫特性并提高其最高工作溫度可以使其應用領域更加廣泛。

國內外也很少有針對電力、電子材料或器件在高電場、高溫、非標準大氣壓或低氧濃度等復雜環境下的實驗裝置和研究方法。很多高電壓實驗的標準和測試方法也并沒有考慮到電力、電子材料或器件的實際運行工況，導致測試結果并不具有可信性。

由于電工材料或器件大都需要承受高場強，目前已有的實驗裝置不能滿足其惡劣復雜的運行環境。在實驗室中，可以對要測試的樣品施加所需電場、高溫、壓強或氧濃度，獲取一些可用于闡釋電力、電子材料或器件在不同運行環境下的絕緣特性或熱解、燃燒特性變化數據，同時也可以通過改變電場、溫度、壓強或氧濃度這四個物理量，考察單參量或四個參量的不同組合對樣品絕緣特性或熱解、燃燒性能的影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種模擬實驗裝置及方法，模擬電工材料或器件在承受高電場情況下，處于高溫、非標準大氣壓和低氧濃度等復雜工況下運行。

本發明采用以下技術方案：

一種模擬實驗裝置，包括單相工頻實驗變壓器，單相工頻實驗變壓器的一次側分兩路，一路通過空氣保護開關接入工頻市電，另一路和實驗箱連接，單相工頻實驗變壓器的二次側一端連接輸出雙觸開關，輸出雙觸開關分兩路，一路經整流裝置和電壓表與實驗箱連接，另一路與電壓表和實驗箱連接，單相工頻實驗變壓器二次側的另一端依次經保護電阻和電流表后分別與電壓表和實驗箱連接；工頻市電同時為實驗箱供電；實驗箱的可控溫度為室溫～600℃，用于為待測樣品提供一個恒溫、氣氛恒定的實驗環境。