[发明专利]一种测量磁性材料在交变磁场中热效应的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于热效应测量领域，特别是一种测量磁性材料在交变磁场中热效应的装置及方 法，可以测量磁性材料在一定温度条件下、一定强度交变磁场中的热效应，特别适用于输电 导线防覆冰用磁性材料的筛选。

背景技术

线路覆冰是严重威胁电力系统安全运行的自然灾害之一。据不完全统计，从1954年12 月到2006年底止，中国各地6千伏及以上电压等级的电网(包括输电线路和变电站)发生各种 各样的覆冰灾害有1000多起，其中35千伏及以上规模较大并引起电网严重故障的覆冰灾害 就有86起以上。特别是2008年初，我国南方大部分地区和西北地区东部出现了有气象记录 以来最严重的冰冻灾害，给电网造成了严重破坏，直接经济损失超过600亿，间接损失则达 到3000亿以上。因此，如何防止输电线路覆冰已成为保障电力系统安全运行的一项重要课题。

关于覆冰线路的除冰方法，国内外进行了广泛而深入的研究，先后出现了多种不同机制 的除冰方法，其中，低居里点磁性材料融冰法以其优异的特性引起了广泛关注。通过选用居 里温度较低的磁性材料，将其包覆到输电导线表面。当环境温度低于磁性材料的居里温度时， 材料处于铁磁态，由于交变磁场的作用，磁性材料中因磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗而产 生热效应，此部分能量损耗即为融冰所需的主要能量来源。而当环境温度较高时，磁性材料 处于顺磁态，损耗生热显著降低，从而可以减少不必要的能量损耗。

对于实际应用而言，在选择防覆冰用磁性材料过程中主要关注两个指标，一是磁性材料 的居里温度，另一是磁性材料在交变磁场中的热效应。居里温度的测量可以利用现有设备完 成，然而，如何评价磁性材料在交变磁场中的热效应，目前尚无统一的测试方法和现成的测 试手段，因此，本专利提出了一种磁性材料在交变磁场中热效应的测量方法及装置。

发明内容

为了克服现有技术中无法测量磁性材料在交变磁场中热效应的缺陷，本发明提出了一种 基于温升法测量磁性材料在交变磁场中热效应的装置及方法，通过模拟输电导线表面交变磁 场和环境温度变化，测量磁性材料在一定强度交变磁场中的发热量，将其作为评判磁性材料 融冰能力的指标，为防覆冰用磁性材料的筛选提供依据。

本发明的目的之一在于提供一种测量磁性材料在交变磁场中热效应的装置，包括交变磁 场发生装置、恒温装置及测温元件三部分，所述恒温装置中设有用于盛装待测样品的样品杯， 所述样品杯中装有测量介质；所述交变磁场发生装置对置于恒温装置中的待测样品通交变电 流且施加交变磁场；所述测温元件伸入到恒温装置中，用于监测测量介质的温度变化。

1、交变磁场发生装置部分：

所述交变磁场发生装置包括交变电源、交流电流表、变阻器及螺线管，所述交变电源的 一个出线端连接有交流电流表和变阻器，所述交变电源的另一出线端与变阻器的出线端之间 连接螺线管。

所述交变测长发生装置采用螺线管进行磁场加载，具体分为以下两种：

(1)螺线管采用长直螺线管加载磁场

长直螺线管尺寸参数如图1所示，采用漆包铜线单层密绕。在螺线管长度与直径之比(以 下简称长径比)L/2r大于2的情况下，螺线管内的轴向磁场在中心区域一定范围内是均匀的， 可以满足不同形状和尺寸待测样品的测量需求。

在采用长直螺线管磁场加载方式时，为了降低样品自身退磁场的影响，优先采用具有较 大长径比的圆柱形待测样品且其最好置于长直螺线管轴线的中心部分，特别规定待测样品的 长径比L/D＞10，且在测量过程中保持待测样品纵轴方向与长直螺线管的磁场平行。

(2)螺线管采用环形螺线管加载磁场

环形螺线管尺寸参数如图2所示，采用漆包铜线单层密绕，优选采用环形待测样品，环 形螺线管均匀密绕在环形待测样品上。由于环形待测样品磁路闭合，不存在退磁场的影响。 为保证磁化场沿待测样品径向分布均匀，要求圆环的径向厚度与平均直径之比越小越好，优 选环形待测样品的径向厚度h与平均直径之比不大于1/6。

对于上述两种磁场加载方式，交变磁场强度随着螺线管中交变电流强度的改变而改变， 通过调节交变电流强度可以调节交变磁场强度，满足不同磁场强度下热效应测量的需要。交 变磁场变化的频率取决于交变电流的频率，通过改变交变电流频率即可改变磁场交变频率， 实现从工频到高频的测量需要。对于输电导线防覆冰用磁性材料而言，特别关注工频交变磁 场下的热效应。