[发明专利]一种绝缘材料表面电荷二维分布自动测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及固体绝缘材料放电特性测试领域，尤其涉及一种绝缘材料表面电荷密度二维分布自动测量系统。

背景技术

目前,固体-间隙复合绝缘系统广泛应用于高压电力设备、高功率真空设备等领域，固体-间隙复合绝缘系统根据不同的应用场合选择不同的氛围，如输电线路用绝缘子则暴露于大气条件下，气体绝缘组合开关(GIS)采用SF6气体绝缘，高功率设备常采用真空-介质绝缘。固体-间隙的沿面因易发生沿面放电问题而成为固体-间隙复合绝缘系统的薄弱环节，成为制约高压设备绝缘的关键技术问题。

以真空沿面绝缘为例，固体绝缘材料真空沿面放电特性与其表面电荷积聚有着密切的联系。根据二次电子发射雪崩理论，一般认为在脉冲电压作用下阴极三结合处(阴极-真空-绝缘子)由于电场集中而发射一次电子，这些电子在外加电场作用下向阳极运动，在运动过程中与材料表面发生碰撞，从而产生二次电子；这些二次电子在电场作用下会继续向阳极运动，并与材料表面发生新的碰撞导致更多的二次电子发射；当二次电子发射达到一定程度时，会在材料表面形成电子崩通道，从而导致沿面闪络。一次和二次电子与材料表面的碰撞会导致材料表面带正电荷，这些正电荷会畸变材料表面的电场，并吸引更多的一次与二次电子与材料表面发生碰撞，从而影响沿面放电发展过程。在直流电压下固体绝缘沿面更易产生静电电荷积聚问题，静电电荷积聚造成电场畸变，导致某种条件下沿面绝缘强度异常下降，并引发沿面闪络。因此研究固体绝缘表面的电荷分布对真空中沿面放电发展机理具有重要意义。

由于技术限制问题，现有的绝缘材料表面电荷测量系统通常采用自制静电探头扫描材料表面电位分布，探头存在精度低，抗干扰性差，信噪比低等问题，扫描结果不够准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝缘材料表面电荷二维分布自动测量系统，能够精确有效地测量绝缘材料表面电荷密度二维分布，为研究绝缘材料的闪络提供帮助。

本发明采用下述技术方案：

一种绝缘材料表面电荷二维分布自动测量系统，包括内部设置有二维电控位移台的密闭腔体，二维电控位移台的控制数据线与密闭腔体外的二维电控位移台控制箱连接，二维电控位移台控制箱与计算机连接，竖直设置的背板电极的一侧表面固定在二维电控位移台上，待测试品竖直固定在背板电极的另一侧表面，待测试品的上下两端分别连接高压电极和接地电极；密闭腔体的一侧设置有两个延伸腔体，第一延伸腔体末端外部密封设置有一维磁耦合直线旋转驱动器，位于密闭腔体内的一维磁耦合直线旋转驱动器的运动端设置有绝缘夹具，Kelvin探头固定在绝缘夹具上，Kelvin探头的探测点垂直于待测试品，Kelvin探头的输出信号引线通过设置在第二延伸腔体末端的探头输出信号引线法兰与密闭腔体外部的静电电位计连接，静电电位计的信号输出端连接计算机的数据采集系统，密闭腔体的另一侧设置有连接管，连接管的末端设置有真空泵。

所述的密闭腔体上设置有微动进气阀和压力表，连接管上设置有真空规管。

所述的二维电控位移台由横轴X和纵轴Y两个电控位移台组成。

所述的密闭腔体采用不锈钢密闭腔体。

所述的待测试品的电极结构为平面型铜电极，铜电极厚度为0.2mm，采用导电双面胶贴合在被测试品表面。

所述的数据采集系统包括信号调理模块和数据采集卡，数据采集卡采用NI PCI-6220，信号调理部分实现静电电位计输出信号的1/2分压，分压后的信号输入数据采集卡进行采集，数据采集后的电位信号存储至与扫描点位置对应的矩阵内。

所述的二维电控位移台的控制数据线通过真空航空电源插头与密闭腔体外的二维电控位移台控制箱连接。

所述的Kelvin探头与待测试品表面的距离通过一维磁耦合直线旋转驱动器在0mm-170mm范围精确调节。

所述的高压电极连接高压电源，高压电源输出电压为0-100kV的直流、交流或冲击电压。

所述的Kelvin探头采用3455ET探头，静电电位计采用TREK-341B静电电位计。