[发明专利]一种基于电声脉冲法的电介质材料空间电荷测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及电介质材料的空间电荷测量技术领域，尤其涉及一种基于电声脉冲法的电介质材料空间电荷测试装置。

背景技术

自上世纪80年代电声脉冲法（PEA）问世以来，国际国内开展了大量基于PEA技术的电介质材料（聚合物材料、陶瓷材料、油纸材料等）空间电荷输运特性研究。

电声脉冲法的原理是利用高压脉冲和绝缘介质中的电荷层的相互作用产生与材料中的电荷成正比的声压力波，然后将这些声压力波通过压电传感器转化为电信号并放大从而被数字示波器获取并显示，通过对该电压信号分析即可得出电介质内部空间电荷密度分布。

电声脉冲法的硬件设备最初是针对聚合物材料而设计的，自上个世纪末开始有学者将其运用到油纸绝缘介质的空间电荷测试中，经过近十几年的研究，取得了较好的进展。然而，对于油纸混合绝缘介质而言，绝缘油和绝缘纸自身的特点决定了对其采用PEA法测量空间电荷时需要特别关注测试细节问题。

首先，目前国内大部分电声脉冲法的测试平台采用开放式，即在开放的环境下进行空间电荷特性测试，测试时间一般为半小时到数小时。对于绝缘油和绝缘纸的组成的混合绝缘介质而言，因其自身的吸潮性，特别对于Mideloil，Biotempoil等具有较高水饱和含量的绝缘油及其油纸混合介质而言，长时间的开放性试验，必将使得油纸介质中的含水量受环境湿度的影响而产生变化。而现有研究成果表明，水分含量的变化会极大地影响油纸介质内部的空间电荷运动。类似的，对于聚合物介质，其测试过程中的吸潮性对其空间电荷测试的影响也不容忽视。

此外，水分含量的变化亦会影响油纸介质空间电荷信号处理。在电声脉冲法测试过程中，声速及声阻抗是影响空间电荷信号获取的非常重要的参数，含水量的变化将会影响介质中的声速及声阻抗，进而带来空间电荷测试数据的误差。

同时，在长期性空间电荷试验中，环境温度的变化也会对空间电荷的运动规律以及电声信号的分析处理带来极大地影响。因此，必须严格、准确地控制测试环境参数。

特别的，由于油纸混合绝缘介质疏松、易压缩的特质，当其被放置于上下电极之间时，油纸样本的厚度会受到上电极自重及电极压紧螺栓带来的压力作用大小的影响，而样本厚度对于基于电声脉冲法的空间电荷测试来讲，直接影响着样本内部的空间电荷分布情况。因此，如何确保多次试验中，油纸样本所受到的电极压紧程度的一致性，进而确保被测样品厚度不受影响，也是需要特别关注的。

值的注意的是，根据现有文献资料显示，部分PEA试验的测试环境为大试验室条件下的温湿度控制，如此虽能够达到控制环境参数的效果，但明显不够经济、节能；此外，大部分绝缘材料通常是工作在高温、高压并伴随着各种高能射线的恶劣环境下，例如，电力变压器运行时其热点温度可能达到90℃甚至更高。因此，在分析油纸绝缘材料空间电荷特性时，只有结合实际运行过程中的热点温度，引入较高温度场下的空间电荷的测量和分析，才能更好地了解在实际运行过程中电介质材料的空间电荷特性。然而，现有的基于PEA技术的空间电荷的研究，最高温度仅为60℃，尚未见较高温度下的空间电荷试验的报道。

发明内容

本发明提供了一种基于电声脉冲法的电介质材料空间电荷测试装置，用以实现测试环境参数（温度、湿度）可控，电极压力准确控制，电极温度准确控制，以及较高温度下的基于PEA技术的电介质材料空间电荷测试。由于在相对较小的封闭环境下测试，在提升测试结果准确性的同时，在一定程度上降低了试验测试所需能源成本。

所述测量装置包由密封罩、智能控制显示单元（罩内温度、罩内湿度、电极压力、电极温度）、上电极系统、下电极系统等部分组成。将用耐高温防静电透明PC工程塑料板制成的密封罩罩体28，利用尼龙材质的大六角固定螺栓3将其固定于铝制下电极12上（必要时也可以通过大六角固定螺栓3将密封罩罩体28拆卸掉），并利用丁腈橡胶材质的密封圈2垫在密封罩罩体28与铝制下电极12之间起到密封隔热作用。

所述密封罩罩体28一侧设有开启门，通过小六角固定螺栓15实现开启或密闭。

所述密封罩罩体28的一侧安装面板式智能控制显示单元13。该智能控制显示单元13由温湿度控制单元、电极压力测试单元和电极温度测试单元构成。温湿度控制单元主要由传感器、控制器、加热器（加热风扇）、温湿度显示等几部分组成。通过选择合适型号，可将其集成于智能控制显示单元13内部。