[发明专利]压力波法模型电缆空间电荷测试系统

说明书

技术领域

本发明属于模型电缆空间电荷测试技术领域，具体涉及用于模型电缆空间电荷测试的压力波法模型电缆空间电荷测试系统。

背景技术

在直流高电场下，直流电缆面临的主要问题是绝缘介质中或者界面上会积累一定的空间电荷，如果空间电荷密度足够高，局部电场甚至可能超过绝缘介质的击穿电场，导致介质破坏。空间电荷测试技术，包括电声脉冲（pulsed electro-acoustic，PEA）法、压力波（Pressure wave propagation, PWP）法等，有力地推动了空间电荷的研究。目前，用于空间电荷测试的电缆绝缘厚度为2~6 mm，称之为模型电缆，而模型电缆空间电荷测试通常使用的方法为PEA法。

在PEA法测试中，外加高压电脉冲不可能太高，因此测试信号较小。另外，为了获得较准确的电脉冲信号，需采用宽带的PVDF压电薄膜，但这种传感器的灵敏度不高。所以在一般情况下外加单个电脉冲得到的信号是难以进行分析的，通常需要外加数百至数千次电脉冲，然后对所测得的信号进行平均化处理才能得到空间电荷信号。同时，在模型电缆绝缘空间电荷测试过程中，由于信号衰减较大，还需利用软件对基本空间电荷信号进行数据处理，方可用于空间电荷研究。这样，在模型电缆空间电荷测试中，PEA法所测的数据存在一定的随机性，并存在一定的信号失真。另外，受限于PVDF膜的使用温度，在PEA法测试系统的测试温度一般在70℃以下，但是由于研究的需要，经常需要测试模型电缆绝缘在70℃以上的空间电荷性能。这样，在测试温度这一环节上，PEA法存在一定的局限。

发明内容

本发明提出了一种压力波法模型电缆空间电荷测试系统，实现PWP法模型电缆空间电荷测试，信号较强，测试信号的真实可靠性，无温度局限性。

本发明技术方案如下：

压力波法模型电缆空间电荷测试系统，包括直流发生器、高压引线、保护电阻、、模型电缆、电容、金属屏蔽箱、脉冲激光器、放大器、示波器和均压环。

保护电阻、模型电缆、电容设置在金属屏蔽箱内，直流发生器、高压引线相连接；高压引线与保护电阻之间，保护电阻与模型电缆、电容之间分别通过均压环连接，高压引线穿过金属屏蔽箱的箱壁。

模型电缆包括靠近保护电阻的第一连接端、中间段和远离保护电阻的第二连接端，所述第一连接端和第二连接端为剥离一定长度外半导电屏蔽层的模型电缆的两端。

模型电缆的第一连接端通过均压环连接电容，电容、放大器、示波器依次顺序连接；第二连接端连接均压环后空接。

金属屏蔽箱的箱壁上设置有光孔，光孔处设置脉冲激光器，脉冲激光器的发射光能够通过光孔照射在模型电缆的中间段上。

模型电缆的中间段通过金属夹具、导线连接接地。

模型电缆的内、外半导电屏蔽层厚度均为0.8~1.2mm；

绝缘厚度为2~6 mm；

第一连接端和第二连接端的剥离长度为300~400 mm。

电容通过金属屏蔽箱的箱壁上的BNC接头与放大器相连接。

高压引线与保护电阻之间，保护电阻与模型电缆、电容之间，第二连接端的空接处均设置有均压环。均压环可将高压均匀分布在组件周围，保证各连接点位置不存在放电现象。保护电阻为电阻值为200 MΩ~2 GΩ。保护电阻不但能保护放大器和示波器，还能去除直流发生器产生纹波电压对测试信号的干扰。

BNC接头通过双层屏蔽信号线与放大器相连接。

放大器与示波器通过信号线连接。

电容的耐压值150~200 kV，电容0.5~2 nF。电容将直流高压与二次设备（放大器和示波器）隔离，并较好地耦合空间电荷信号。

金属屏蔽箱将保护电阻、电容、模型电缆等进行屏蔽并阻止来自外界的电磁干扰信号。

与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：

(1)提供了PWP法模型电缆空间电荷测试系统的具体构造；

(2)PWP法模型电缆空间电荷测试系统信号较强，解决了PEA法模型电缆空间电荷测试系统信号较弱及信噪比较低的问题；

(3)PWP法模型电缆空间电荷测试系统仅需测试一次即能得到稳定的空间电荷信号，解决了PEA法模型电缆空间电荷测试系统需重复几百次甚至上千次的测试而存在的随机性问题，保证了测试信号的真实可靠性；

(4)PWP法模型电缆空间电荷测试系统能用于70℃以上的空间电荷测试，解决了PEA法测试温度在70℃以下的局限性；

(5)利用金属屏蔽箱将电阻、电容、试样进行屏蔽，大大地降低了外界对测试系统的电磁干扰；